TCP/UDP und Varianten Seminar ... - Informatik 4

1 Einleitung
Seit der Entstehung des ARPANET, dem Vorläufer des Internet, hat die Bedeutung heterogener Netzwerke
stark zugenommen. Dabei auftretende Schwierigkeiten sind nicht nur das Vernetzen von sehr
unterschiedlichen Rechnersystemen, sondern auch die verschiedenen Netzwerktopologien und die
dadurch entstehende unterschiedliche Güte von Verbindungen im Netzwerk. Auch ist eine einheitliche
Programmierschnittstelle unabdingbare Voraussetzung für ein heterogenes Netzwerk, denn es
wird sich kaum ein Mensch die Arbeit machen wollen, sich für jedes erdenkbare System und jeden
vorstellbaren Anwendungszweck mit anderen Schnittstellen vertraut zu machen. Daher wird ein flexibles
Protokoll wie das Transmission Control Protocol (TCP) benötigt, ein verbindungsorientiertes
Protokoll, dass die Dienste des Internet Protokoll (IP) nutzt, und eine Programmierschnittstelle zur
Verfügung stellt, die es möglich macht, unabhängig von der Netzwerktopologie und der Verbindungsqualität
zu programmieren. TCP ist mittlerweile für alle gängigen Systeme verfügbar, meistens ist es
schon mehr oder weniger fest im Betriebssystem verankert.
Da es in der Vergangenheit wegen zu hohem Datenverkehr zu Verbindungszusammenbrüchen kam,
wurde es notwendig Varianten von TCP zu entwickeln, die vor allem zusätzliche Fluss- und Staukontrolle
beherrschen, um Überlastungen des Netzwerks vorzubeugen.
Neben dem verbindungsorientiertem TCP gibt es noch ein verbindungsloses Gegenstück, das User
Datagram Protocol (UDP). Auf dieses Protokoll möchte ich zuerst eingehehen, da es nicht nur zeitlich
vor TCP (wenn auch nur kurz) liegt, sondern auch auf der technischen Seite, allein schon aufgrund
der Verbindungslosigkeit einfacher ist.
2 Grundlagen
Um einen Überblick zu erhalten, was ein in der Transportschicht angesiedeltes Protokoll leisten soll,
ist ein kurzer Blick auf die Transportschicht unabdingbar.
Die Transportschicht ist im ISO/OSI-Referenzmodell als vierte Schicht zwischen der Vermittlungsschicht
und der Sitzungsschicht angesiedelt. Die TCP/IP Protkokollsuite macht eine grobere Aufteilung
in nur vier Schichten, welche im Folgendem erläutert werden:
Die unterste Schicht ist die Link-Schicht. Sie beinhaltet sehr hardwarenahe Dienste, wie zum Beispiel
Netzwerkkartentreiber. Hier ist auch Address Resolution Protokoll (ARP) [5] enthalten, das für die
Zuordnung von IP-Adressen zu Hardwareadressen (MAC) zuständig ist. Es schickt dazu ein Ethernet-
Frame an alle Hosts in einem Netzwerk, in dem die MAC-Adresse zu einer IP-Adresse angefordert
wird (ARP-Request), woraufhin sich der entsprechende Host meldet, indem er mit einem Ethernetframe
mit der entsprechenden MAC- sowie IP-Adresse antwortet (ARP-Reply). ARP verwendet ein
Cache, um Adressen für einen gewissen Zeitraum zwischenzuspeichern.
In der Netzwerkschicht ist das Internet Protocol (IP) und das Internet Control Message Protocol
(ICMP) interessant, denn vor allem auf die Dienste von IP baut die Transportschicht auf. Sie beinhaltet
TCP und UDP und stellt den in der Application-Schicht zu findenden Anwendungen, wie z.B.
FTP, Email, usw. einen Dienst bereit. Einer der Hauptgründe, Netzwerk- und Transportschicht zu
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