Netzwerkprotokoll
Ein Netzwerkprotokoll umfasst eine Reihe etablierter Regeln, die vorschreiben, wie Daten zu formatieren, zu übertragen und zu empfangen sind, damit Computernetzwerkgeräte – von Servern und Routern bis hin zu Endpunkten – unabhängig von den Unterschieden in den zugrunde liegenden Infrastrukturen, Designs oder Standards kommunizieren können.
Um Informationen erfolgreich senden und empfangen zu können, müssen die Geräte auf beiden Seiten eines Kommunikationsaustauschs Protokollkonventionen akzeptieren und befolgen. In Netzwerken kann die Unterstützung von Protokollen in Software, Hardware oder beidem integriert sein.
Ohne Datenverarbeitungsprotokolle wüssten Computer und andere Geräte nicht, wie sie miteinander kommunizieren können. Mit Ausnahme von Spezialnetzwerken, die um eine bestimmte Architektur herum aufgebaut sind, könnten daher nur wenige Netzwerke funktionieren, und das Internet, wie wir es kennen, würde nicht existieren. Praktisch alle Endnutzer eines Netzwerks sind für die Konnektivität auf Netzwerkprotokolle angewiesen.
Wie Netzprotokolle funktionieren
Netzprotokolle unterteilen größere Prozesse in diskrete, eng definierte Funktionen und Aufgaben auf jeder Ebene des Netzwerks. Im Standardmodell, dem sogenannten OSI-Modell (Open Systems Interconnection), regeln ein oder mehrere Netzprotokolle die Aktivitäten auf jeder Ebene des Telekommunikationsaustauschs. Die unteren Schichten beschäftigen sich mit dem Datentransport, während sich die oberen Schichten des OSI-Modells mit Software und Anwendungen befassen.
Eine Reihe von zusammenarbeitenden Netzprotokollen wird als Protokollsuite bezeichnet. Die TCP/IP-Suite, die in der Regel in Client-Server-Modellen verwendet wird, umfasst zahlreiche Protokolle auf verschiedenen Schichten –wie der Daten-, Netzwerk-, Transport- und Anwendungsschicht –, die zusammenarbeiten, um Internetverbindungen zu ermöglichen. Dazu gehören:
- TCP (Transmission Control Protocol), das eine Reihe von Regeln zum Austausch von Nachrichten mit anderen Internetpunkten auf der Ebene von Informationspaketen verwendet;
- UDP (User Datagram Protocol), das als alternatives Kommunikationsprotokoll zu TCP fungiert und für den Aufbau von Verbindungen mit geringer Latenz und Verlusttoleranz zwischen Anwendungen und dem Internet verwendet wird;
- IP (Internet Protocol), das eine Reihe von Regeln zum Senden und Empfangen von Nachrichten auf der Ebene von IP-Adressen verwendet; und
- weitere Netzwerkprotokolle, darunter das Hypertext Transfer Protocol (HTTP) und das File Transfer Protocol (FTP), die jeweils über festgelegte Regeln für den Austausch und die Anzeige von Informationen verfügen.
Jedes Paket, das über ein Netzwerk gesendet und empfangen wird, enthält binäre Daten. Die meisten Datenverarbeitungsprotokolle fügen am Anfang jedes Pakets einen Header hinzu, um Informationen über den Absender und das vorgesehene Ziel der Nachricht zu speichern. Einige Protokolle fügen am Ende auch einen Footer mit zusätzlichen Informationen ein. Netzwerkprotokolle verarbeiten diese Header und Footer als Teil der zwischen den Geräten übertragenen Daten, um Nachrichten ihrer Art zu identifizieren.
Netzwerkprotokolle sind häufig in einer Industrienorm festgelegt, die von Gruppen wie den Folgenden entwickelt, definiert und veröffentlicht wird:
Haupttypen von Netzwerkprotokollen
Im Allgemeinen gibt es drei Arten von Netzwerkprotokollen: Kommunikation (zum Beispiel Ethernet), Verwaltung (beispielsweise Simple Mail Transfer Protocol, SMTP) und Sicherheit (etwa Secure Shell, SSH).
In diese drei großen Kategorien fallen Tausende von Netzwerkprotokollen, die einheitlich eine Vielzahl von definierten Aufgaben bewältigen, darunter Authentifizierung, Automatisierung, Korrektur, Komprimierung, Fehlerbehandlung, Dateiabruf, Dateiübertragung, Link-Aggregation, Routing, Semantik, Synchronisierung und Syntax.
Wie man Netzwerkprotokolle implementiert
Damit Netzwerkprotokolle funktionieren, müssen sie in Software codiert werden, entweder als Teil des Betriebssystems (OS) oder als Anwendung. Oder sie sind in der Hardware des Computers implementiert. Die meisten modernen Betriebssysteme verfügen über integrierte Softwaredienste, die für die Implementierung einiger Netzwerkprotokolle vorbereitet sind. Andere Anwendungen, wie Webbrowser, sind mit Softwarebibliotheken ausgestattet, die die für das Funktionieren der Anwendung erforderlichen Protokolle unterstützen. Darüber hinaus ist die Unterstützung von TCP/IP- und Routing-Protokollen in direkter Hardware implementiert, um die Leistung zu verbessern.
Jedes Mal, wenn ein neues Protokoll implementiert wird, wird es der Protokollsuite hinzugefügt. Die Organisation von Protokollsuiten gilt als monolithisch, da alle Protokolle unter der gleichen Adresse gespeichert sind und aufeinander aufbauen.
Die Schwachstellen von Netzprotokollen
Netzprotokolle sind nicht auf Sicherheit ausgelegt. Ihr mangelnder Schutz kann es böswilligen Angriffen wie Abhören und Cache Poisoning ermöglichen, das System zu beeinträchtigen. Der häufigste Angriff auf Netzwerkprotokolle ist die Bekanntgabe falscher Routen, wodurch der Datenverkehr über kompromittierte Hosts statt über die richtigen geleitet wird.
Netzwerkprotokoll-Analysatoren sind Werkzeuge, die Systeme vor bösartigen Aktivitäten schützen, indem sie Firewalls, Antivirenprogramme und Antispyware-Software ergänzen.
Wie Netzwerkprotokolle verwendet werden
Netzwerkprotokolle machen das moderne Internet erst möglich, da sie es Computern erlauben, über Netzwerke hinweg zu kommunizieren, ohne dass die Nutzer sehen oder wissen müssen, welche Vorgänge im Hintergrund ablaufen. Einige spezifische Beispiele von Netzwerkprotokollen und deren Verwendung sind:
- Post Office Protocol 3, oder POP3, ist die neueste Version eines Standardprotokolls, das für den Empfang eingehender E-Mails verwendet wird.
- SMTP wird zum Senden und Verbreiten ausgehender E-Mails benutzt.
- FTP dient zur Übertragung von Dateien von einem Computer zum anderen.
- Telnet ist eine Sammlung von Regeln, die dazu dienen, ein System mit einem anderen über eine Remote-Anmeldung zu verbinden. Der lokale Computer sendet die Verbindungsanfrage, und der entfernte Computer nimmt die Verbindung an.
Weitere Beispiele für Netzwerkprotokolle sind:
- Address Resolution Protocol (ARP)
- Blocks Extensible Exchange Protocol (BEEP)
- Border Gateway Protokoll (BGP)
- Binary Synchronous Communications (BSC)
- Canonical Text Services (CTS)
- Domain Name System (DNS)
- Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)
- Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP)
- HTTP Secure (HTTPS)
- Human Interface Device (HID)
- Internet Control Message Protocol (ICMP)
- Internet Message Access Protocol (IMAP)
- Gopher
- Media Access Control (MAC)
- Network News Transfer Protocol (NNTP)
- Open Shortest Path First (OSPF)
- Secure Sockets Layer (SSL)
- Simple Network Management Protocol (SNMP)
- Transport Layer Security (TLS)
- Universal Description, Discovery and Integration (UDDI)
- Voice over IP (VoIP)
- X10
Das Wort Protokoll stammt vom griechischen Protocollon ab, was in etwa bedeutet: ein Blatt Papier, das in ein Manuskript geklebt wurde und den Inhalt beschreibt.
