Grundlagen: Protokolle 

Ein Protokoll ist eine exakte Spezifikation technischer Geräte wie Daten zu verarbeiten sind. Diese Spezifikationen sind notwendig, um eine Kommunikation zwischen unterschiedlichen Systemen (z. B. Geräte verschiedener Hersteller) zu ermöglichen.

Die Computerkommunikation wird durch Netzwerkprotokolle standardisiert. Diese regeln auf Grundlage des OSI-Modells (Open Systems Interconnection Reference Model) den Datenaustausch.

OSI-Modell 

Das von der International Standard Organisation (ISO) geschaffene Modell teilt den Kommunikationsprozess in 7 Schichten (engl. layers) auf. Aufgrund der Vielzahl von Aufgaben, die bei der Computerkommunikation bewältigt werden müssen, hat sich dies als ideal erwiesen.

Auf jeder Schicht arbeitet ein bestimmtes Protokoll, dass die nötigen Aufgaben dieser Schicht erfüllt und die Daten dann an die nächste Schicht weiterreicht. Auf Seiten des Senders von Schicht 7 zu Schicht 1, auf Seiten des Empfängers vice versa. Da die einzelnen Schichten mehr oder weniger unabhängig von einander sind, können je nach Anwendung unterschiedliche Protokolle zusammenarbeiten. Alle Protokolle gemeinsam bilden eine Protokoll-Familie.

Die Daten werden beim Senden in kleine Pakete aufgeteilt und durchlaufen dann die Protokolle der einzelnen Schichten. Jedes Protokoll erweitert das Datenpaket um zusätzliche Informationen in Form von sog. Headern. Diese Information wird auf der Empfängerseite von den jeweiligen Protokollen verarbeitet. Sie dient beispielsweise dazu, dass die einzelnen Pakete wieder korrekt zusammengesetzt werden können.

Physikalische Schicht (Schicht 1) 

(engl. physical layer, auch Bitübertragungsschicht) Die Protokolle dieser Schicht regeln die physikalische Übertragung zwischen zwei benachbarten Systemen und spezifizieren die dafür notwendigen Medien (Kabel, Antennen, Stecker etc.).

Sicherungsschicht (Schicht 2) 

(engl. data link layer) Auf dieser Schicht wird zu jedem angeschlossenen System eine eindeutige Adresse definiert. Es wird dafür gesorgt, dass alle Datenpakete fehlerfrei übertragen werden. Dazu muss der Empfänger jedes erhaltene Paket bestätigen. Es wird auch verhindert, dass ein Empfänger mit Paketen "überflutet" wird und nicht mehr ordnungsgemäß empfangen und bestätigen kann. In solch einem Fall muss der Sender seine Übertragungsrate herabsetzen. Man nennt dies Flusskontrolle.

Netzwerkschicht (Schicht 3) 

(engl. network layer, auch Vermittlungsschicht) Während sich die Protokolle der unteren beiden Schichten nur mit der Datenübertragung zwischen zwei direkt miteinander verbundenen Systemen beschäftigen, sorgen die Protokolle dieser Schicht für die Weiterleitung des Datenpakets über mehrere Zwischenstationen zum Empfänger.

Transportschicht (Schicht 4) 

(engl. transport layer) Diese Schicht stellt eine sog. Ende-zu-Ende-Verbindung her, d. h. sie sorgt dafür, dass zwei Systeme auch über mehrere Zwischenstationen so miteinander kommunizieren können, als wären sie direkt verbunden. Dies geschieht durch den Aufbau einen virtuellen Verbindung zwischen den zwei Systemen. Diese Verbindung wird als Sitzung (engl. session) bezeichnet. Die darüber liegenden Protokolle können nun mit einem kontinuierlichen Datenstrom arbeiten.

Schließlich laufen auf einem System meistens mehrere Dienste parallel. Die Protokolle dieser Ebene definieren virtuelle Kanäle, sog. Ports, so dass verschiedene Datenpakete den entsprechenden Protokollen der darüber liegenden Schicht zugeordnet werden können.

Bei Bedarf bieten Protokolle dieser Schicht, ähnlich wie auf Schicht 2, zusätzliche Flusskontrolle, Paketbestätigung und Fehlerüberprüfung.

Sitzungsschicht (Schicht 5) 

(engl. session layer, auch Kommunikationssteuerungsschicht) Diese Ebene steuert den Aufbau, die Durchführung und das Beenden einer Sitzung. Es wird z. B. dafür gesorgt, dass beim Zusammenbruch einer Sitzung diese wieder aufgenommen werden kann.

Darstellungsschicht (Schicht 6) 

(engl. presentation layer) Die Protokolle dieser Schicht bereiten die Daten für die Anwendung vor, indem sie u. a. eine einheitliche Codierung und Kompression ermöglichen.

Anwendungsschicht (Schicht 7) 

(engl. application layer) Auf die Protokolle dieser letzten Schicht setzen schließlich die Anwendungen auf. Die Protokolle sind auf den direkten Austausch mit der Anwendung spezialisiert und stellen ihr Funktionalitäten zur Verfügung.

Grundsätzliche Funktionsweise der Datenübertragung 

Die Daten der Anwendung des Senders durchlaufen in kleinen Paketen die Protokolle der einzelnen Schichten von 7-1. Die Protokolle jeder Schicht fügen dem Datenpaket zusätzliche Informationen in Form von Headern hinzu und das Paket wird an das Nachbarsystem übertragen, welches den Header der Schicht-2- Protokolle ausliest, um den Empfänger zu ermitteln.

Sollte es selbst nicht der Empfänger sein, wird mit Hilfe der Protokolle von Schicht 3 die nächste Zwischenstation (next hop) ermittelt, die Header der unteren zwei Schichten neu generiert und das Paket versendet.

Sollte es der Empfänger sein, wird durch ein bestimmte Abfolge von Paketen und deren Bestätigung eine Sitzung geöffnet. Es besteht nun eine Ende-zu-Ende-Verbindung über - möglicherweise - mehrere Zwischenstationen und die Daten können kontinuierlich über die Protokolle des einzelnen Schichten übertragen werden.

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