2.3 TCP/IP-Modell Überblick Das TCP/IP-Modell ist ein praxisnahes Schichtenmodell für Netzwerke und das Internet. TCP/IP steht für: Transmission Control Protocol / Internet Protocol Der Name kommt von zwei besonders wichtigen Protokollen: TCP = Transmission Control Protocol IP = Internet Protocol Wichtig: TCP/IP bezeichnet nicht nur TCP und IP allein, sondern eine ganze Protokollfamilie. Deshalb spricht man auch von der: Internetprotokollfamilie Warum ist das TCP/IP-Modell wichtig? Das TCP/IP-Modell ist besonders wichtig, weil es die Grundlage moderner Netzwerke und des Internets bildet. Während das OSI-Modell vor allem als theoretisches Referenzmodell zum Lernen und Einordnen verwendet wird, ist das TCP/IP-Modell näher an der praktischen Umsetzung. Vereinfacht gesagt: OSI-Modell = Lern- und Referenzmodell TCP/IP-Modell = praxisnahes Modell für reale Netzwerke und das Internet Für die IHK ist wichtig: Du solltest das OSI-Modell kennen, aber auch verstehen, wie TCP/IP praktisch dazu passt. Begriff: TCP/IP-Modell Das TCP/IP-Modell beschreibt, wie Daten in IP-basierten Netzwerken übertragen werden. Es ordnet Netzwerkaufgaben in mehrere Schichten ein. Typische Aufgaben sind: - Daten von Anwendungen bereitstellen - Transport zwischen Anwendungen ermöglichen - IP-Adressierung und Routing durchführen - Daten im lokalen Netzwerk übertragen - Bits über ein Medium senden Die Schichten des TCP/IP-Modells Das TCP/IP-Modell wird häufig mit vier Schichten dargestellt. TCP/IP-Schicht Aufgabe Beispiele Anwendungsschicht Dienste für Anwendungen bereitstellen HTTP, DNS, DHCP, SMTP, IMAP Transportschicht Kommunikation zwischen Anwendungen transportieren TCP, UDP Internetschicht logische Adressierung und Routing IP, ICMP Netzzugangsschicht Zugriff auf das lokale Netzwerk und Übertragung Ethernet, WLAN, MAC Wichtig: Das TCP/IP-Modell hat weniger Schichten als das OSI-Modell. Das bedeutet aber nicht, dass Aufgaben fehlen. Mehrere OSI-Schichten werden im TCP/IP-Modell zusammengefasst. TCP/IP-Schicht 1: Netzzugangsschicht Die Netzzugangsschicht beschreibt, wie Daten im lokalen Netzwerk übertragen werden. Sie umfasst im TCP/IP-Modell Aufgaben, die im OSI-Modell hauptsächlich zu Schicht 1 und Schicht 2 gehören. Typische Themen: - Netzwerkkarte - Ethernet - WLAN - MAC-Adresse - Switch - Ethernet-Frame - Übertragungsmedium - Zugriff auf das Netzwerk Fachlich genauer: Die Netzzugangsschicht fasst Aufgaben der Bitübertragungsschicht und der Sicherungsschicht zusammen. Bezug zum OSI-Modell: TCP/IP OSI-Bezug Netzzugangsschicht OSI-Schicht 1 und OSI-Schicht 2 Merksatz: Netzzugangsschicht = lokales Netzwerk, MAC-Adresse, Ethernet, WLAN TCP/IP-Schicht 2: Internetschicht Die Internetschicht kümmert sich um die logische Adressierung und die Weiterleitung zwischen Netzwerken. Das wichtigste Protokoll dieser Schicht ist IP. Typische Themen: - IPv4 - IPv6 - IP-Adresse - Subnetzmaske - Routing - Router - ICMP - Ping - Traceroute Die Internetschicht sorgt dafür, dass Datenpakete über Netzwerkgrenzen hinweg zum Ziel gelangen können. Bezug zum OSI-Modell: TCP/IP OSI-Bezug Internetschicht OSI-Schicht 3 Merksatz: Internetschicht = IP-Adresse und Routing Begriff: IP IP steht für: Internet Protocol IP ist für die logische Adressierung und Weiterleitung von Paketen zuständig. Das bedeutet: IP legt fest, von welcher IP-Adresse ein Paket kommt und zu welcher IP-Adresse es gesendet werden soll. Wichtig: IP stellt keine zuverlässige Zustellung sicher. IP kümmert sich hauptsächlich um Adressierung und Weiterleitung. Die zuverlässige Übertragung übernimmt bei Bedarf eine höhere Schicht, zum Beispiel TCP. TCP/IP-Schicht 3: Transportschicht Die Transportschicht sorgt für die Kommunikation zwischen Anwendungen auf verschiedenen Geräten. Die wichtigsten Protokolle dieser Schicht sind: TCP UDP TCP ist verbindungsorientiert und zuverlässig. UDP ist verbindungslos und hat weniger Verwaltungsaufwand. Typische Themen: - Ports - Sockets - TCP - UDP - TCP-Handshake - Sequenznummern - ACK-Bestätigungen - Datagramme - Verbindungsaufbau - Verbindungsabbau Bezug zum OSI-Modell: TCP/IP OSI-Bezug Transportschicht OSI-Schicht 4 Merksatz: Transportschicht = TCP, UDP und Ports Begriff: TCP TCP steht für: Transmission Control Protocol TCP ist ein verbindungsorientiertes und zuverlässiges Transportprotokoll. TCP sorgt unter anderem für: - Verbindungsaufbau - geordnete Datenübertragung - Bestätigungen - erneute Übertragung verlorener Daten - Verbindungsabbau Typisches Beispiel: HTTPS über TCP-Port 443 Merksatz: TCP = zuverlässig und verbindungsorientiert Begriff: UDP UDP steht für: User Datagram Protocol UDP ist ein verbindungsloses Transportprotokoll. UDP sendet Daten ohne vorherigen Verbindungsaufbau. UDP bietet keine eingebaute Garantie für: - Zustellung - Reihenfolge - erneute Übertragung verlorener Daten Typische Beispiele: DNS DHCP VoIP Streaming Online-Gaming Merksatz: UDP = verbindungslos und mit wenig Verwaltungsaufwand TCP/IP-Schicht 4: Anwendungsschicht Die Anwendungsschicht stellt Netzwerkdienste für Programme bereit. Sie fasst im TCP/IP-Modell Aufgaben zusammen, die im OSI-Modell den Schichten 5, 6 und 7 zugeordnet werden. Typische Protokolle und Dienste: - HTTP - HTTPS - DNS - DHCP - SMTP - POP3 - IMAP - FTP - SSH Bezug zum OSI-Modell: TCP/IP OSI-Bezug Anwendungsschicht OSI-Schicht 5, 6 und 7 Wichtig: Im TCP/IP-Modell werden Sitzungsschicht, Darstellungsschicht und Anwendungsschicht meistens zur Anwendungsschicht zusammengefasst. Merksatz: Anwendungsschicht = Netzwerkdienste für Anwendungen TCP/IP-Modell und OSI-Modell grob zugeordnet TCP/IP-Modell OSI-Modell Beispiele Anwendungsschicht Schicht 5 bis 7 HTTP, DNS, DHCP, SMTP Transportschicht Schicht 4 TCP, UDP, Ports Internetschicht Schicht 3 IP, ICMP, Routing Netzzugangsschicht Schicht 1 bis 2 Ethernet, WLAN, MAC, Switch Wichtig: Die Zuordnung ist eine fachliche Orientierung. In der Praxis sind die Grenzen nicht immer so sauber sichtbar wie im Modell. Begriff: Protokollfamilie Eine Protokollfamilie ist eine Gruppe von Protokollen, die zusammenarbeiten. TCP/IP ist eine Protokollfamilie. Beispiele aus der TCP/IP-Protokollfamilie: Protokoll Aufgabe IP Adressierung und Routing ICMP Kontroll- und Fehlermeldungen TCP zuverlässiger Transport UDP verbindungsloser Transport HTTP Webseitenübertragung DNS Namensauflösung DHCP automatische IP-Konfiguration SMTP E-Mail-Versand IMAP E-Mail-Abruf Merksatz: TCP/IP ist nicht nur TCP und IP, sondern eine ganze Familie zusammenarbeitender Netzwerkprotokolle. Begriff: Host Ein Host ist ein Gerät in einem Netzwerk, das eine eigene Netzwerkadresse besitzt und kommunizieren kann. Beispiele: - PC - Notebook - Server - Smartphone - Drucker - NAS - virtuelle Maschine Im TCP/IP-Kontext bedeutet das: Ein Host hat normalerweise eine IP-Adresse und kann Daten senden oder empfangen. Begriff: Router Ein Router verbindet verschiedene Netzwerke miteinander. Er entscheidet anhand der Ziel-IP-Adresse, wohin ein Paket weitergeleitet werden soll. Typischer Bezug: TCP/IP-Internetschicht OSI-Schicht 3 Merksatz: Router verbinden Netze. Switches verbinden Geräte im lokalen Netz. Begriff: Paket Ein Paket ist eine Dateneinheit auf der IP-Ebene. Bei IPv4 oder IPv6 spricht man von IP-Paketen. Ein IP-Paket enthält unter anderem: - Quell-IP-Adresse - Ziel-IP-Adresse - Steuerinformationen - Nutzdaten Merksatz: Paket = Dateneinheit der IP-Schicht Begriff: Frame Ein Frame ist eine Dateneinheit im lokalen Netzwerk, zum Beispiel bei Ethernet. Ein Ethernet-Frame enthält unter anderem: - Ziel-MAC-Adresse - Quell-MAC-Adresse - Typfeld - Nutzdaten - Prüfsumme Merksatz: Frame = Dateneinheit im lokalen Netzwerk Begriff: Segment und Datagramm Auf der Transportschicht unterscheidet man häufig: TCP-Segment UDP-Datagramm Ein TCP-Segment gehört zu TCP. Ein UDP-Datagramm gehört zu UDP. Merksatz: TCP arbeitet mit Segmenten. UDP arbeitet mit Datagrammen. Warum hat TCP/IP weniger Schichten als OSI? Das OSI-Modell beschreibt die Kommunikation sehr genau in sieben Schichten. Das TCP/IP-Modell ist stärker an der praktischen Umsetzung orientiert und fasst bestimmte Aufgaben zusammen. Beispiel: OSI-Schicht 5 = Sitzungsschicht OSI-Schicht 6 = Darstellungsschicht OSI-Schicht 7 = Anwendungsschicht Im TCP/IP-Modell werden diese Aufgaben meistens zusammengefasst zur: Anwendungsschicht Auch OSI-Schicht 1 und OSI-Schicht 2 werden im TCP/IP-Modell häufig zusammengefasst zur: Netzzugangsschicht Beispiel: Webseite aufrufen im TCP/IP-Modell Wenn ein Client eine Webseite aufruft, arbeiten mehrere TCP/IP-Schichten zusammen. Beispiel: Anwendungsschicht: Der Browser verwendet HTTP oder HTTPS. Transportschicht: TCP stellt eine Verbindung zum Server her. Internetschicht: IP adressiert das Paket zum Zielserver. Netzzugangsschicht: Ethernet oder WLAN überträgt die Daten im lokalen Netzwerk. Vereinfacht: HTTP/HTTPS → TCP → IP → Ethernet/WLAN Oder als Ablauf: Browser erzeugt HTTP-Anfrage. TCP transportiert die Anfrage zuverlässig. IP sorgt für die Adressierung zum Webserver. Ethernet oder WLAN überträgt die Daten im lokalen Netz. Beispiel: DNS-Anfrage im TCP/IP-Modell DNS wird häufig verwendet, um einen Namen in eine IP-Adresse aufzulösen. Beispiel: www.example.org → passende IP-Adresse Ablauf vereinfacht: Anwendungsschicht: DNS-Anfrage wird erzeugt. Transportschicht: UDP wird häufig für DNS-Anfragen verwendet. Internetschicht: IP adressiert die Anfrage zum DNS-Server. Netzzugangsschicht: Ethernet oder WLAN überträgt die Daten im lokalen Netzwerk. Vereinfacht: DNS → UDP → IP → Ethernet/WLAN Wichtig: DNS ist ein Anwendungsprotokoll, nutzt aber häufig UDP auf der Transportschicht und IP auf der Internetschicht. IHK-Prüfungswissen Für AP1 und AP2 solltest du zum TCP/IP-Modell besonders können: - erklären, dass TCP/IP ein praxisnahes Schichtenmodell ist - TCP/IP als Protokollfamilie verstehen - die wichtigsten TCP/IP-Schichten benennen - TCP/IP grob dem OSI-Modell zuordnen - TCP und UDP der Transportschicht zuordnen - IP und ICMP der Internetschicht zuordnen - Ethernet und WLAN der Netzzugangsschicht zuordnen - HTTP, DNS, DHCP und E-Mail-Protokolle der Anwendungsschicht zuordnen - erklären, warum TCP/IP weniger Schichten als OSI hat Typische Prüfungsfallen TCP/IP ist nicht nur TCP und IP. TCP/IP bezeichnet eine Protokollfamilie. IP ist nicht zuverlässig im Sinne von TCP. IP adressiert und routet Pakete. TCP und UDP gehören zur Transportschicht. ICMP gehört nicht zu TCP oder UDP. ICMP gehört in den IP-/Internetschicht-Bereich. DNS ist kein Schicht-3-Protokoll, auch wenn es für IP-Adressen wichtig ist. DHCP ist kein reines Schicht-3-Protokoll, auch wenn es IP-Konfiguration bereitstellt. Das TCP/IP-Modell ist praxisnäher als das OSI-Modell. Das OSI-Modell hat sieben Schichten. Das TCP/IP-Modell wird häufig mit vier Schichten dargestellt. Wichtige Begriffe kurz erklärt Begriff Kurze Erklärung TCP/IP Protokollfamilie für IP-basierte Netzwerke TCP zuverlässiges, verbindungsorientiertes Transportprotokoll UDP verbindungsloses Transportprotokoll mit wenig Verwaltungsaufwand IP Protokoll für logische Adressierung und Routing ICMP Kontroll- und Fehlermeldeprotokoll im IP-Netz HTTP Protokoll zur Übertragung von Webseiten DNS Namensauflösung von Namen zu IP-Adressen DHCP automatische Vergabe von IP-Konfiguration Ethernet Technik für lokale Netzwerke WLAN drahtloses lokales Netzwerk Host Gerät mit Netzwerkadresse Router Gerät zur Verbindung verschiedener Netzwerke Frame Dateneinheit im lokalen Netzwerk Paket Dateneinheit auf IP-Ebene Segment TCP-Dateneinheit Datagramm UDP-Dateneinheit Merksätze TCP/IP ist die Grundlage moderner IP-Netzwerke. TCP/IP ist eine Protokollfamilie, nicht nur TCP und IP. Das TCP/IP-Modell ist praxisnäher als das OSI-Modell. OSI hat 7 Schichten. TCP/IP wird häufig mit 4 Schichten dargestellt. Anwendungsschicht = HTTP, DNS, DHCP, SMTP Transportschicht = TCP, UDP, Ports Internetschicht = IP, ICMP, Routing Netzzugangsschicht = Ethernet, WLAN, MAC TCP = zuverlässiger Transport UDP = verbindungsloser Transport IP = Adressierung und Routing ICMP = Kontroll- und Fehlermeldungen Ethernet = lokale Übertragung im LAN DNS → UDP/TCP → IP → Ethernet HTTP/HTTPS → TCP → IP → Ethernet