Web-Design

6. Einheit

Übertragungsprotokolle

Definition

Um eine geordnete Kommunikation zu gewährleisten, muss es Vereinbarungen über den Ablauf dieser Kommunikation geben. Diese Vereinbarungen werden in der Informatik als Protokolle bezeichnet.
Eine Kommunikation läuft im Allgemeinen über mehrere Stufen an. Ein Beispiel aus dem noch nicht computerisierten Bereich:
Ich möchte mit einem Freund aus China über afrikanische Musik diskutieren. Da keiner von uns beiden die Muttersprache des anderen beherrscht, vereinbaren wir, die Diskussion in Esperanto zu führen. Unser Kommunikationsprotokoll auf der obersten Ebene besteht also aus dem Wortschatz und der Grammatik des Esperanto. Damit unsere Botschaft allerdings den Partner erreicht, brauchen wir ein Übertragungsmedium, z.B. die Briefpost oder das Telefon. Beide Dienste verlangen jeweils ihr eigenes Protokoll: nämlich
  1. Briefpost:
  2. Telefon:
Mehr brauchen mein chinesischer Freund und ich nicht über die Kommunikationsregeln zu wissen. Die Kenntnis der Protokolle der obersten Ebene (Sprachvereinbarung) und der darunter liegenden Ebene (Briefpost bzw. Telefon) genügen für eine erfolgreiche Kommunikation. Trotzdem wissen wir natürlich, dass sowohl für den Transport eines Briefes vom Briefkasten zum Zielort als auch für die Schaltung einer Telefonverbindung weitere Protokolle notwendig sind, um die wir als Endnutzer uns aber nicht zu kümmern brauchen.
Die Protokolle der beiden oberen Ebenen (Sprache und Briefpost/Telefon) sind unabhängig kombinierbar: Wir können eine beliebige Sprache als oberstes Protokoll wählen und sie wahlweise mit Briefpost oder Telefon kombinieren.

Ein Protokoll zur weltweiten Computervernetzung: Internet

Bei der Kommunikation von Computern untereinander wird eine ganze Protokollfamilie (protocol stack) benötigt, wobei das niedrigste Protokoll definiert, wie Bits physikalisch realisiert werden, und das höchste Protokoll angibt, mit welcher Weise die Applikationen ihre Informationen austauschen (z.B.: WWW, FTP, E-Mail-Versand, Telnet).

Auf einer mittleren Ebene regelt das Internet-Protokoll (IP), wie Informationen zwischen Computern über die Grenzen lokaler Netze hinaus weltweit ausgetauscht werden können. Es ist auf Mitveranlassung des amerikanischen Verteidigungsministeriums (DoD) entwickelt worden mit dem Ziel, eine Computervernetzung zu entwickeln, die möglichst resistent gegen feindliche Angriffe ist (Dieses Ziel ist erreicht worden: Im ersten Golfkrieg war es den USA nicht möglich, die Internet-Verbindungen im Irak auszuschalten).
 
Ein kurzer historischer Überblick
1969 vom DoD als ARPAnet gegründet
1972 öffentliche Präsentation
1981 Aufteilung in militärische und zivile Nutzung
1985 Universitäre Nutzung
1986 Zusammenführung mehrerer Netze zum jetzigen Internet

Jeder Rechner, der weltweit am Internet teinehmen möchte, braucht eine weltweit eindeutige Internet-Adresse, bestehend aus 4 Bytes.
Da der Inhalt eines Bytes als ganze Zahl zwischen 0 und 255 interpretiert werden kann, gibt man die Internetadresse i.a. durch diese 4 Zahlen (im Dezimalsystem), getrennt durch Punkte, an. Unser Servoj hat z.B. die Internet-Adresse   141.40.138.20.   =
1 0 0 0 1 1 0 1
0 0 1 0 1 0 0 0
1 0 0 0 1 0 1 0
0 0 0 1 0 1 0 0

In Zukunft wird die Internet-Adresse auf 6 Bytes vergrößert werden.

Da Zahlenkombinationen für Menschen nur schwer zu merken sind, haben die meisten (jedoch nicht alle!) am Internet teilnehmenden Rechner neben ihrer vierstelligen numerischen Internetadresse auch einen Namen (auch symbolische Internetadrese oder Internet-Domainname genannt), der nach dem folgenden Schema gebildet ist:

Internet Domain Name
Rechner Subdomains Toplevel
servoj.
cip.forst.tu-muenchen.
 de

Wenn nur der Name des Zielrechners bekannt ist, muss zunächst über eine Anfrage über das Netz an den "Name Server" die zugehörige Adresse ermittelt werden, bevor die Kommunikation beginnen kann.

Das Internet-Protokoll erlaubt auch Alias-Namen. Z.B. heißt der Rechner "servoj.cip.forst.tu-muenchen.de" mit Alias-Namen auch "w3.forst.tu-muenchen.de" und der Rechner "obelix.forst.tu-muenchen.de", auf dem sich die Web-Seiten der Studienfakultät für Forstwissenschaft und Ressourcenmanagement befinden, heißt mit Alias-Namen auch "www.forst.tu-muenchen.de".

Ein weiteres Charakteristikum des Internet-Protokolls ist es, die Daten paketweise zu übertragen: Bei der Paketübertragung wird die zu übertragende Datenmasse in einzelne Pakete von mehreren bis vielen Bytes zerlegt. An den Anfang jedes Datenpakets wird ein Paketkopf  angefügt, der u.a. die Adresse des sendenden und des empfangenden Computers enthält.

Schema eines Datenpakets

Vorspann (Header)
ZieladresseAbsendersonst. Kontrollinformation
NUTZDATEN Nachspann (Trailer)

Über dieselbe Datenleitung können nacheinander Datenpakete mit unterschiedlichen Ausgangs- und Zieladressen transportiert werden.
Ein Datenpaket wird über das Internet von Rechner zu Rechner geleitet, bis es am Ziel ankommt. Dabei werden Datenstaus und zeitweilig ausgefallene Rechner umgangen. Es ist durchaus möglich, dass Pakete desselben Datenstroms auf unterschiedlichen Wegen zum Ziel kommen. Dabei passiert es auch, dass die Pakete in einer anderen Reihenfolge eintreffen, als sie ausgeschickt wurden. In der Kontrollinformation des Paket-Vorspanns ist die Nummer des Pakets eingetragen, an Hand derer die eintreffenden Pakete wieder in die richtige Reihenfolge gebracht werden können.

Von einem PC in einem Privathaushalt werden die Internetpakete über das Telefonnetz an den Provider geschickt und von dort über das Netz geroutet.
Ein Internetpaket kann auf seinem Weg vom Sender zum Ziel unterschiedliche Kanäle benutzen, zum Beispiel von einem heimischen PC über die Telefonleitung zum Provider, von dort über Glasfaserleitungen oder Satellitenfunk größerer Strecken zurücklegen und das letzte Stück wieder über die Telefonleitung zu einem Privat-PC.