Internetschicht

Die Internetprotokollfamilie ist eine Familie von rund 500 Netzwerkprotokollen, die die Basis für die Netzkommunikation im Internet bilden. Häufig wird auch die Bezeichnung TCP/IP-Protokoll-Familie verwendet, es werden im Internet außerhalb des World Wide Web jedoch noch weitere Transportprotokolle verwendet.

Geschichte und praktische Verwendung des Internetprotokolls sind im Artikel TCP/IP beschrieben.

TCP/IP-Referenzmodell

Ungefähr 1970 begann die Entwicklung mit einer Studie der DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), die dem US-Verteidigungsministerium (DoD) untersteht, zur Entwicklung von Protokollen zur Datenkommunikation. Dabei entstand das DoD-Schichtenmodell, in dem die Aufgaben in vier Schichten unterteilt wurden. Dieses Modell ist Grundlage der Internetprotokollfamilie.

Zur Gliederung der Kommunikationsaufgaben werden in Netzwerken funktionale Ebenen, so genannte Schichten (layer), unterschieden. Für die Internetprotokollfamilie ist dabei das TCP/IP-Referenzmodell maßgebend. Es beschreibt den Aufbau und das Zusammenwirken der Netzwerkprotokolle aus der Internet-Protokoll-Familie und gliedert sie in vier aufeinander aufbauende Schichten. TCP/IP steht für Transmission Control Protocol/Internet Protocol.

Das TCP/IP-Referenzmodell ist auf die Internet-Protokolle zugeschnitten, die den Datenaustausch über die Grenzen lokaler Netzwerke hinaus ermöglichen („Internetworking“). Es wird weder der Zugriff auf ein Übertragungsmedium noch die Datenübertragungstechnik definiert. Vielmehr sind die Internet-Protokolle dafür zuständig, Datenpakete über mehrere Punkt-zu-Punkt-Verbindungen (Hops) weiterzuvermitteln und auf dieser Basis Verbindungen zwischen Netzwerkteilnehmern über mehrere Hops herzustellen.

Um Probleme der Netzwerkkommunikation im Allgemeinen zu betrachten, greift man stattdessen auf das ISO/OSI-Referenzmodell zurück. Es ist jedoch zu beachten, dass sich die Benennung der einzelnen Schichten in den Modellen unterscheidet.

TCP/IP-Schicht	≈ OSI-Schicht	Beispiel
Anwendungsschicht	5–7	HTTP, FTP, SMTP, POP, Telnet
Transportschicht	4	TCP, UDP, SCTP
Internetschicht	3	IP (IPv4,IPv6)
Netzzugangsschicht	1–2	Ethernet, Token Bus, Token Ring, FDDI

Die einzelnen Schichten erfüllen folgende Funktionen:

Anwendungsschicht: Die Anwendungsschicht (engl.: Application Layer) umfasst alle Protokolle, die mit Anwendungsprogrammen zusammenarbeiten und die Netzwerkinfrastruktur für den Austausch anwendungsspezifischer Daten nutzen.
Transportschicht: Die Transportschicht (engl.: Transport Layer) stellt eine Ende-zu-Ende-Verbindung her. Das wichtigste Protokoll dieser Schicht ist das Transmission Control Protocol (TCP), das Verbindungen zwischen jeweils zwei Netzwerkteilnehmern zum zuverlässigen (nicht „sicheren“, da das Wort „sicher“ im Sinne von fälschungssicher/abhörsicher gebraucht wird) Versenden von Datenströmen herstellt. Es gehören aber auch Datagramm-Protokolle – zum Beispiel das User Datagram Protocol (UDP) – in diese Schicht, bei denen nur die Zustellung an den richtigen Dienst zuverlässig gemacht und keine Verbindung aufgebaut wird.
Internetschicht: Die Internetschicht (engl.: Internet Layer) ist für die Weitervermittlung von Paketen und die Wegewahl (Routing) zuständig. Auf dieser Schicht und den darunterliegenden Schichten werden Punkt-zu-Punkt-Verbindungen betrachtet. Die Aufgabe dieser Schicht ist es, zu einem empfangenen Paket das nächste Zwischenziel zu ermitteln und das Paket dorthin weiterzuleiten. Kern dieser Schicht ist das Internet Protocol (IP) in der Version 4 oder 6, das einen Paketauslieferungsdienst bereitstellt. Sogenannte Dual-Stacks, wie zum Beispiel in Windows Vista oder Windows Server 2008, können dabei automatisch erkennen, ob sie einen Kommunikationspartner über IPv6 oder IPv4 erreichen können und nutzen vorzugsweise IPv6. Dies ist für entsprechend programmierte Anwendungen transparent. Die Internetschicht entspricht im ISO/OSI-Referenzmodell der Vermittlungsschicht.
Netzzugangsschicht: Die Netzzugangsschicht (engl.: Link Layer) ist im TCP/IP-Referenzmodell spezifiziert, enthält jedoch keine Protokolle der TCP/IP-Familie. Sie ist vielmehr als Platzhalter für verschiedene Techniken zur Datenübertragung von Punkt zu Punkt zu verstehen. Die Internet-Protokolle wurden mit dem Ziel entwickelt, verschiedene Subnetze zusammenzuschließen. Daher kann die Host-an-Netz-Schicht durch Protokolle wie Ethernet, FDDI, PPP (Punkt-zu-Punkt-Verbindung) oder 802.11 (WLAN) ausgefüllt werden. Die Netzzugangsschicht entspricht im ISO/OSI-Referenzmodell der Sicherungs- und Bitübertragungsschicht.

Protokollstapel

Anwendungsschicht (entspricht OSI-Layer 5–7)

HTTP – Hypertext Transfer Protocol (WWW)
HTTPS – Hypertext Transfer Protocol Secure
FTP – File Transfer Protocol – Dateitransfer
SMTP – Simple Mail Transfer Protocol – E-Mail-Versand
POP3 – Post Office Protocol (Version 3) – E-Mail-Abruf
IMAP – Internet Message Access Protocol – Zugriff auf E-Mails
Telnet – Unverschlüsseltes Login auf entfernten Rechnern (remote terminal)
DNS (Domain Name Service) – Umsetzung zwischen Domainnamen und IP-Adressen
SNMP – Simple Network Management Protocol – Verwaltung von Geräten im Netzwerk
SSH – Secure Shell (verschlüsseltes remote terminal)
IPFIX – Internet Protocol Flow Information Export
MBS/IP – Multi-purpose Business Security over IP
Z39.50 – Abfrage von Informationssystemen
XMPP – Extensible Message and Presence Protocol
NDMP – Network Data Management Protocol (ndmp.org, kein IETF RFC)
L2TP – Layer 2 Tunneling Protocol
NTP – Network Time Protocol

Transportschicht (entspricht OSI-Layer 4)

TCP (Transmission Control Protocol) – Übertragung von Datenströmen (verbindungsorientiert, zuverlässig)
UDP (User Datagram Protocol) – Übertragung von Datenpaketen (verbindungslos, unzuverlässig, geringer Overhead)
SCTP (Stream Control Transmission Protocol) – Transportprotokoll
TLS Transport Layer Security oder Secure Socket Layer (SSL) – Erweiterung des TCP mit Verschlüsselung