TCP-Protokoll: Verstehen, was das Transmission Control Protocol ist und wie es funktioniert
Das Transmission Control Protocol (TCP) ist die Standardmethode für die Datenkommunikation zwischen verschiedenen Geräten über ein Netzwerk. Es stellt eine Verbindung zwischen dem Sender und dem Empfänger her und hält sie während des Übertragungsvorgangs aufrecht.
Mit seinen Mechanismen sorgt TCP dafür, dass alle Datenpakete unverändert ankommen. Außerdem bietet es eine nahtlose und zuverlässige Übertragung über verschiedene Geräte hinweg. Es wird für E-Mail-Dienste und Peer-to-Peer-Austauschverfahren wie Secure Shell (SSH) und File Transfer Protocol (FTP) verwendet.
In diesem Artikel erfahren Sie alles, was Sie über TCP wissen müssen, wie es funktioniert und welche Unterschiede es zwischen dem Stack- und dem OSI-Modell gibt. Schließlich werden wir die Standardmethode und das User Datagram Protocol (UDP) vergleichen.
Was ist TCP?
TCP steht für Transmission Control Protocol und wird für die Übertragung von Daten über Netzwerke verwendet. Es zerlegt die Informationen in Pakete, bevor es sie an den Zielort sendet. Mit seinen erweiterten Funktionen bietet TCP im Vergleich zu anderen Protokollen ein zuverlässigeres Übertragungssystem.
So funktioniert TCP
TCP zerlegt die Daten in Pakete und leitet sie an die Internetprotokollschicht (IP) weiter, um sicherzustellen, dass jede Nachricht ihren Zielcomputer erreicht. Dies hilft, Probleme zu vermeiden und die Effizienz des Prozesses zu erhalten.
Pakete können über mehrere Routen geleitet werden, wenn der eigentliche Pfad überlastet oder nicht verfügbar ist. Dadurch wird die Leistung des Netzes verbessert.
Das Internetprotokoll unterteilt die Kommunikationsaufgaben in mehrere Schichten, um den Übertragungsprozess zu standardisieren. Alle Pakete durchlaufen mindestens vier Schichten, bevor sie ihr Ziel erreichen.
Das IP verwendet beim Verbindungsaufbau ein Drei-Wege-Handshake-Verfahren, um sicherzustellen, dass es mehrere Sockets in beide Richtungen gleichzeitig übertragen kann.
Allerdings müssen das Gerät und der Server die Pakete synchronisieren und bestätigen, bevor die TCP-Sockets ausgehandelt, getrennt und übertragen werden.
Dann durchläuft TCP die verschiedenen Schichten und setzt die Pakete wieder zusammen. Schließlich überträgt das Protokoll die Daten an die empfangende Anwendung.
Während dieses Prozesses ordnet TCP das Segmentnummerierungssystem, behandelt verlorene Pakete und verwaltet die Flusskontrolle.
Warum TCP wichtig ist
Dieses High-Level-Protokoll ist ein Kernelement bei der Festlegung von Vorschriften und Standards für die Datenübertragung zwischen mehreren Programmen über Netzwerke. Für den Internetzugang stützen sich HTTP und HTTPS auf die TCP-Verbindung.
Als zuverlässiges Protokoll stellt es sicher, dass die Kommunikation unabhängig von den Geräten und Standorten einheitlich erfolgt. Außerdem schützt es die Datenübertragung durch fortschrittliche Kontrollmechanismen wie Bestätigungen und Mechanismen zur Stauvermeidung.
TCP ist nicht nur herstellerunabhängig, sondern lässt auch neue Protokolle zu.
Das TCP-Stack-Modell
Das TCP-Stack-Modell enthält vier Schichten:
- Anwendungsschicht. Stellt die Verbindung zwischen der Anwendung und den Daten her. Sie eröffnet auch den Zugang zu mehreren Netzressourcen.
- Transportschicht. Stellt TCP-Verbindungen her und bestimmt, wie viele Daten gesendet werden sollen.
- Internet-Schicht. Sendet IP-Pakete über verschiedene Netzwerke an das eigentliche Ziel.
- Verbindungsschicht oder Netzwerkschnittstellenschicht. Steuert die physische Nachrichtenübermittlung und die Medien für die Datenübertragung.
Beim Durchlaufen der einzelnen TCP-Schichten werden die Daten auf der Grundlage ihrer Transportprotokolle und Funktionen neu verpackt.
Anfragen werden über den Stack an den Webserver weitergeleitet und beginnen auf der Anwendungsschicht als Daten. Das System unterteilt die Informationen auf jeder Stufe in verschiedene Pakettypen. Die Daten werden dann zur Transportschicht weitergeleitet, wo sie in TCP-Segmente unterteilt werden.
Der nächste Schritt ist die Weiterleitung an die Internetschicht, wo sie zu Datagrammen werden. Die Pakete werden zur Netzwerkschicht weitergeleitet, um ein TCP-Segment zu bilden. Sobald der Webserver antwortet, wandern die Daten über den Stapel nach oben und erreichen die Anwendungsschicht im ursprünglichen Format.
Das OSI-Modell
Während das TCP-Stack-Modell die Daten nach der Verwendung von Protokollen einrahmt, ist das OSI-Modell (Open System Interconnection) eine konzeptionelle Methode, die auf der Art der Netzkommunikation basiert.
Das OSI-Modell besteht aus sieben Schichten:
- Anwendungsschicht. Ermöglicht es der Software, verständliche Informationen zu senden, zu empfangen und den Benutzern zu präsentieren.
- Präsentationsschicht. Verschlüsselt die Informationen und stellt sicher, dass die Daten in einem lesbaren Format vorliegen.
- Sitzungsschicht. Verwaltet die Verbindungen und steuert die Ports sowie die Sitzungen.
- Transportschicht. Überträgt Daten über Übertragungsprotokolle wie TCP und UDP.
- Netzwerkschicht. Definiert das Routing und den physischen Pfad der Pakete.
- Datenverbindungsschicht. Bestimmt das Datenformat im Netz und prüft auf Fehler.
- Physikalische Schicht. Überträgt Bitströme über das physikalische Medium.
Bei der OSI-Methode werden die Daten nach unten verschoben, wobei jede Schicht Informationen hinzufügt. Sobald sie die letzte Stufe erreicht haben, werden sie über das Netz übertragen.
TCP gegenüber UDP
UDP ist eine Alternative zu TCP und bietet verschiedene Möglichkeiten zur Kommunikation im Netz. Während Ersteres zuverlässige Übertragungen gewährleistet, stehen bei Letzterem Effizienz und Geschwindigkeit im Vordergrund. Hier sind sechs gemeinsame Unterschiede zwischen TCP und UDP:
- Der Diensttyp. TCP ist ein verbindungsbasiertes Protokoll, bei dem die kommunizierenden Geräte eine Verbindung herstellen müssen, bevor die eigentlichen Daten übertragen werden. Im Vergleich dazu ist UDP ein verbindungsloses Protokoll, das Informationen überträgt, ohne zu prüfen, ob der Empfänger das Signal annehmen kann.
- Fehlerprüfungsmechanismen. TCP bietet umfangreiche Verfahren zur Fehlererkennung, wie z. B. die Bestimmung der Verbindungszeitüberschreitung, die Bereitstellung eines Prüfsummenfelds und das Empfangen und Senden von Bestätigungen. Im Gegensatz dazu führt UDP nur eine grundlegende Fehlerprüfung mit Hilfe von Prüfsummen durch.
- Reihenfolge. Bei TCP kommen die Pakete in einer bestimmten Reihenfolge beim Empfänger an. Bei UDP hingegen sendet das System unabhängige Pakete ohne Sequenznummern.
- Wiederholung der Datenübermittlung. TCP sendet verlorene oder beschädigte Pakete erneut, während UDP dies nicht tut.
- Flusskontrollmechanismus. TCP verwendet diese Technik, um die Datenübertragungsgeschwindigkeit zu kalibrieren und die Rate zu begrenzen, wenn ein Sender Daten überträgt. UDP verfügt nicht über einen Flusskontrollmechanismus.
- Datenstromtypen. TCP interpretiert Daten als Bytes und überträgt das IP-Paket an Segmentgrenzen. Im Gegensatz dazu liest UDP Daten als Nachrichten, die Bündel enthalten.
- Header-Länge. Ein TCP-Header hat eine Länge von 20-60 Byte, während UDP acht Bytes mit fester Länge hat.
Übertragungssteuerungsprotokoll FAQ
In diesem Abschnitt beantworten wir häufig gestellte Fragen zu TCP.
Was ist der Unterschied zwischen TCP und IP?
TCP und IP sind zwei Kernkomponenten der Internet-Protokollsuite. Während ersteres für die sichere Übertragung und Weiterleitung von Daten über die Netzarchitektur sorgt, definiert letzteres die IP-Adresse.
Das TCP/IP-Modell besteht aus mehreren Protokollen, wie dem Internet Control Message Protocol (ICMP) und dem Address Resolution Protocol (ARP).
Was sind TCP-Ports?
Ein TCP-Port besteht aus 16-Bit-Ganzzahlen ohne Vorzeichen. Die Internet Assigned Numbers Authority (IANA) verwaltet die Zuweisung von Portnummern für verschiedene Zwecke.
Derzeit gibt es insgesamt 65.535 TCP-Ports, darunter zum Beispiel Port 21 für FTP, Port 110 für das Post Office Protocol (POP) und Port 143 für das Internet Message Access Protocol (IMAP).
Fazit
Das Transmission Control Protocol (TCP) ist ein Standardprotokoll für den Versand von Daten und Nachrichten über Netzwerke, das zuverlässige Dienste und fortschrittliche Mechanismen bietet. TCP definiert, wie mehrere Computer oder Anwendungsprogramme miteinander verbunden werden können und gewährleistet eine sichere Datenübertragung zwischen ihnen.
Das TCP-Stack-Modell verwendet vier Schichten für die Datenübertragung - Anwendung, Transport, Internet und Netzwerk. Das OSI-Modell hingegen sieht sieben Stufen vor: Anwendung, Präsentation, Sitzung, Transport, Netzwerk, Datenverbindung und physische Ebene.
Es gibt drei wesentliche Unterschiede zwischen TCP und UDP:
- TCP ist ein verbindungsorientiertes Protokoll, während UDP ein verbindungsloses Protokoll ist.
TCP bietet umfangreiche Verfahren zur Fehlerkontrolle. Im Vergleich dazu führt UDP nur grundlegende Fehlerüberwachungsmechanismen durch.
TCP sendet Datenpakete in einer bestimmten Reihenfolge, während UDP dies nicht tut.