Für IP-basierte Netzwerke – so wie das Internet – veranschaulicht das 4-Schichten-TCP/IP-Modell, wie die Datenübertragung vonstatten geht. TCP/IP-Modell: Was ist das 4-Schichten-TCP-IP-Modell?
Das ISO/OSI-Modell veranschaulicht die Datenübertragung in Netzwerken, indem es deren Funktionen in sieben Schichten mit bestimmten Aufgaben aufteilt. Diese Schichten (Layer, kein Plural!) bauen aufeinander auf, sind prinzipiell aber unabhängig.
- Layer 1-3: Transportsystem
- Layer 4: vermittelt zwischen Anwender- und Transportsystem
- Layer 5-7: Anwendersystem (Tabelle dazu siehe unten)
Modell für das Internet – Modell für ein IP-Netzwerk
Schnell stellte sich aber heraus, dass das ISO-OSI-7-Schichten-Modell die Komponenten und Prozesse in IP-basierten Netzwerken wie dem Internet nicht adäquat darstellt, insbesondere
- weil die Layer 1 und 2 des OSI-Modells hier sinnvollerweise zu einer einzigen Netzwerkzugriffsschicht zusammengefasst werden und
- weil die beiden Layer Kommunikation und Darstellung bei TCP/IP-Software oft schon in den Protokollen der Anwendungsschicht integriert sind.
Das TCP/IP-Modell beinhaltet daher nur vier Schichten (Layer):
4. Netzwerkzugriffsschicht,
3. Internetschicht,
2. Transportschicht,
1. Anwenderschicht.
So funktioniert das TCP/IP-4-Schichten-Modell
Immer wieder sollte man sich klar machen: Wie das ISO-OSI-7-Schichten-Modell ist das TCP/IP-Modell ein Modell für die Datenübertragung – es hat nichts mit der tatsächlichen (physikalischen) Übertragungstechnik zu tun: dort gibt es weder 7 noch 4 Ebenen. Die Layer spiegeln aber gut bestimmte Prozesse und Aufgaben wider.
- TCP/IP-Layer 4 Process/Application (mit Port-Nummer) = OSI-Layer 7 Application (Anwendungsschicht) + OSI-Layer 6 Presentation (Darstellungsschicht) + OSI-Layer 5 Session (Kommunikationssteuerungsschicht) – IP-Komponente: Host (PC, Drucker, Server) – Analog-Beispiel: Addressierung und Versand.
- TCP/IP-Layer 3 Host-to-Host (TCP/UDP) = OSI-Layer 4 Transport – IP-Komponente: Router – Analog-Beispiel: Briefkasten.
- TCP/IP-Layer 2 Internet (IP) = OSI-Layer 3 Network – IP-Komponente: Bridge – Analog-Beispiel: Sammeln, Sortieren, Übergabe an Verkehrsmittel.
- TCP/IP-Layer 1 Network-Access/Interface = OSI-Layer 2 Datalink + OSI-Layer 1 Physical – IP-Komponente: Hub – Analog-Beispiel: Bahn, LKW, Flugzeug.
(Unten dazu die Grafik „4-Schichten des TCP-IP-Modells und die 7 Schichten des ISO-OSI-Modells“.)
So werden Datenpakete verschickt
Jeweils die gleiche Schicht von Sender und Empfänger kommuniziert „virtuell“ miteinander. Praktisch sieht dies so aus: Ein Paket, das übertragen werden soll, besteht aus mehreren Komponenten, wobei jede Schicht die von ihr benötigten Header-Daten ergänzt oder beim Empfang entfernt.
- Der Sender schickt ein Paket, und in jeder Schicht werden die für sie wichtigen Header-Daten an die eigentlichen Nutzdaten angehängt und nach „unten“ weitergereicht.
- Der Empfänger verarbeitet die Daten, indem er sie schichtweise von außen nach innen wieder entfernt, interpretiert und das Paket nach „oben“ weitergibt.
(Siehe unten Grafik: „IP-Schichtenmodell“)
TCP/IP-Modell: Netzwerksicherungsschicht
1. Die Grundlage des TCP/IP-Protokollturms bildet die Netzwerksicherungsschicht, deren Aufgabe der eigentliche Datentransport ist. Die Netzwerksicherungsschicht (Leitungen, Kabel wie Ethernet, Token Ring, Telefonleitungen) kümmert sich um:
- Anpassung der Daten an das technisch zugrunde liegende Netzwerk (zum Beispiel Ethernet)
- die Umsetzung von IP-Paketen in Netzwerkframes
- die Übersetzung der IP-Adresse in eine Hardware-Adresse
TCP/IP-Modell: Internetschicht
2. Die Internetschicht kümmert sich um
- den grundlegenden „Paketdienst“, der die IP-Pakete an die Netzwerkzugriffsschicht weitergibt
- die Entgegennahme der Pakete
- das Zerteilen bzw. Wiederzusammensetzen der Pakete, wobei die Pakete unterschiedliche Größen haben können
- die Ermittlung des richtigen Weges
TCP/IP-Modell: Transportschicht
3. Die Transportschicht kümmert sich um
- den Transport von Paketen und dessen Überwachung mittels der beiden Protokolle TCP und UDP
TCP/IP-Modell: Anwendungsschicht
4. Die Anwendungsschicht kümmert sich um
- die Bereitstellung von Applikationen bzw. direkt nutzbaren (Dienst)Protokollen wie FTP, HTTP usw.
Unten findet sich dazu eine Grafik, die dies anhand eines klassischen Post-Beispiels erläutert („Übertragung via TCP-IP-Modell anhand Post-Beispiel“).
Zusammenfassung 4-Schichten-TCP/IP-Modell
- Übertragungsmodell – kein physikalisches Übertragungsverfahren!
- auf Internet angepasstes ISO-OSI-Modell
- 4 Layer: Netzwerkzugriff-, Internet-, Transport-, Anwender-Schicht
- Gleiche Schichten von Sender und Empfänger kommunizieren „virtuell“ miteinander. (Sender:) Jede Schicht ergänzt die von ihr benötigten Teile (Header-Daten) beim Datenpaket bzw. (Empfänger:) entfernt sie.
Neben dem 4-Schichten-TCP/IP-Modell und dem ISO-OSI-7-Schichten-Modell gibt es auch noch das 5-Schichten-Modell der Client-Server-Netze. Alle drei haben gemeinsam, dass sie die abstrakten technologischen Prozesse veranschaulichen und besser handelbar machen sollen.