Netwerkprotocol

Van Wikipedia, de gratis encyclopedie
Spring naar navigatie Spring naar zoeken

Een netwerkprotocol (ook wel netwerkprotocol genoemd ) is een communicatieprotocol voor de uitwisseling van gegevens tussen computers of processen die met elkaar zijn verbonden in een computernetwerk ( distributed system ). De overeenkomst bestaat uit een set regels en formaten ( syntaxis ) die het communicatiegedrag van de communicerende entiteiten in de computers ( semantiek ) bepalen.

De uitwisseling van berichten vereist vaak de interactie van verschillende protocollen die verschillende taken uitvoeren (bijvoorbeeld internetprotocolfamilie ). Om de bijbehorende complexiteit het hoofd te kunnen bieden, zijn de afzonderlijke protocollen in lagen georganiseerd. In het kader van een dergelijke architectuur behoort elk protocol tot een specifieke laag en is het verantwoordelijk voor het uitvoeren van specifieke taken (bijvoorbeeld verzenden naar een specifiek knooppunt - laag 2). Hogere laagprotocollen maken gebruik van de services van lagere laagprotocollen (laag 3 vormt een logisch netwerk en gebruikt laag 2 voor fysieke levering). Samen vormen de protocollen die op deze manier zijn gestructureerd een protocolstack - gebaseerd op het ISO-OSI-referentiemodel (zie ook DoD-lagenmodel ). Nieuws van een bepaalde laag wordt ook wel protocol data units (protocol data units) genoemd.

De typische structuur van een datapakket

De structuur van een datapakket beschreven in een protocol bevat belangrijke informatie over het pakket voor gegevensuitwisseling, zoals:

  • de afzender en ontvanger zodat niet-ontvangers het pakket negeren
  • het type pakket (bijv. verbinding tot stand brengen , verbroken verbinding of pure gebruikersgegevens)
  • de pakketgrootte die de ontvanger kan verwachten
  • in het geval van meerdelige verzendingen, het serienummer en het totale aantal pakketten
  • een controlesom om een ​​foutloze verzending te reproduceren

Deze informatie wordt als header voor de gebruikersgegevens geplaatst of als trailer bijgevoegd.

Bovendien worden in sommige protocollen vaste pakketvolgorden beschreven voor het tot stand brengen en wissen van verbindingen. Deze maatregelen veroorzaken verder dataverkeer (verkeer) op de datalijnen - de zogenaamde overhead . Deze overhead is ongewenst omdat het de capaciteit belast, maar wordt meestal geaccepteerd vanwege de belangrijke taken die protocollen uitvoeren.

In de internetprotocolfamilie is het User Datagram Protocol (UDP) ook beschikbaar in de transportlaag, een protocol met slechts lage overhead dat geen end-to-end controle van de transmissie garandeert, zodat datagrammen verloren kunnen gaan of de bestelling waarin ze zijn ontvangen, komt niet overeen met de verzending. Daarentegen wordt met het Transmission Control Protocol (TCP) de volledige levering van de datapakketten gemonitord en worden deze ook in de juiste volgorde gezet zodat een samenhangende datastroom naar de applicatie wordt overgedragen.

Onderscheidende kenmerken van netwerkprotocollen

  • Als communicatie slechts in één richting plaatsvindt , wordt dit simplex genoemd en stromen de gegevens afwisselend in beide richtingen, vanuit half-duplex of gelijktijdig in beide richtingen, vanuit full-duplex .
  • Als de communicatie via een kloksignaal wordt gesynchroniseerd , spreekt men van synchrone datatransmissie , anders van asynchrone datatransmissie.
  • Het aantal partijen dat aan de communicatie deelneemt: Als er altijd maar één ontvanger is voor een verzending, wordt dit unicast genoemd , en verzendingen naar meerdere deelnemers worden multicast genoemd . Als het pakket naar iedereen wordt verzonden, is het een broadcast .
  • Positie van de communicatiedeelnemers: Als ze aan elkaar gelijk zijn, spreekt men van peer-to-peer of symmetrische, anders asymmetrische communicatie. Het meest wijdverbreide asymmetrische model is het client-server-systeem , waarbij een serviceprovider (de server ) verzoeken van verschillende clients verwerkt (waarbij het altijd de clients zijn die de communicatie initiëren, dwz een kanaal openen ).
  • Als er op een reactie wordt gewacht na een verzoek, wordt dit synchrone communicatie genoemd , anders wordt het asynchrone communicatie genoemd .
  • Berichten of datapakketten worden verzonden tijdens pakketgerichte communicatie , terwijl streaming werkt met een continue datastroom van individuele karakters.
  • In verbindingsgeoriënteerde protocollen worden het begin en het einde van een verbinding gedefinieerd door speciale pakketreeksen. Binnen zo'n verbinding zorgt het protocol er meestal voor dat pakketten in een bepaalde volgorde aankomen en/of zorgt ervoor dat de pakketten opnieuw worden verzonden als ze niet zijn aangekomen (bijvoorbeeld TCP). Verbindingsloze protocollen bieden dit gemak niet, maar hebben een lagere overhead ( bijvoorbeeld UDP , RTP ).

Taken van een protocol

Typische taken van een netwerkprotocol worden hieronder vermeld. Of ze in een bepaald protocol worden weergegeven, wordt bepaald door het doel ervan.

  • Een veilige en betrouwbare verbinding tussen de computers die bij de communicatie betrokken zijn ( handshake )
  • De betrouwbare bezorging van pakketten
  • Herhaaldelijk verzenden van pakketten die niet zijn aangekomen
  • Levering van de datapakketten bij de gewenste ontvanger(s)
  • Zorgen voor een foutloze verzending ( checksum )
  • Het samenvoegen van inkomende datapakketten in de juiste volgorde
  • Voorkomen van lezen door onbevoegde derden (via encryptie )
  • Voorkomen van manipulatie door onbevoegde derden (via MAC's of elektronische handtekeningen )

Functioneel voorbeeld

Een eenvoudig praktisch voorbeeld wordt getoond met behulp van de verbindingsopbouwprocedure van het TCP-protocol ( handshake- procedure).

  1. Eerst stuurt computer 1 een datapakket waarin staat dat hij verbinding wil maken met computer 2.
  2. Computer 2 antwoordt dat hij er klaar voor is.
  3. Computer 1 bevestigt vervolgens aan Computer 2 dat hij begrijpt dat Computer 2 gereed is.

De verbinding is nu tot stand gebracht en de daadwerkelijke gegevensuitwisseling kan beginnen, in het voorbeeld een bestandsoverdracht op applicatieniveau.

  1. Computer 1 stuurt een datapakket met de vraag welke bestanden beschikbaar zijn.
  2. Computer 2 antwoordt met een lijst met beschikbare bestanden.
  3. Computer 1 stuurt een datapakket waarin een specifiek bestand wordt opgevraagd.
  4. Computer 2 antwoordt dat het bestand bestaat, beschrijft het bestand en begint met de overdracht.

Protocollen voor gegevensoverdracht

Er zijn een aantal basisprotocollen die het dataverkeer in een netwerk reguleren. Ze worden beschikbaar gemaakt voor alle andere programma's op deze computer door de netwerkstack - een speciaal systeemprogramma. Deze protocollen dienen als standaard voor gegevensoverdracht tussen verschillende systemen, maar worden niet door de gebruiker gebruikt. Meestal wordt een van deze protocollen gebruikt voor een netwerk. De internetprotocolfamilie wordt gebruikt voor internet , voornamelijk TCP/IP en UDP.

Netwerkprotocol voordelen nadeel
Laag 3 & 4 protocollen
TCP/IP en UDP
  • routeerbaar
  • IP zorgt ervoor dat het datapakket zijn bestemming bereikt; TCP of UDP regelen de gegevensoverdracht;
  • niet gebonden aan een fabrikant, maar door iedereen geaccepteerd
  • kan worden gebruikt in zowel LAN's als WAN's
  • geschikt voor complexe (TCP) en eenvoudige (UDP) transmissies
  • relatief grote stapel, ongunstig voor zeer eenvoudige of kleine ( embedded ) systemen
  • UDP eerder voor kleine datapakketten, waarvan de levering niet kritisch is
  • TCP eerder voor grote transmissies of datastromen met gegarandeerde vrijheid van fouten
IPX / SPX
  • routeerbaar
  • wordt ondersteund door veel besturingssystemen
NetBEUI
  • weinig overhead
  • dienovereenkomstig eenvoudig te configureren en in te stellen
  • alleen geschikt voor zeer kleine netwerken
  • niet routeerbaar
  • kan niet op internet worden gebruikt
  • Ondersteuning voor Microsoft Windows 2000 stopgezet
AppleTalk
  • comfortabel
  • groot gebruiksgemak
  • eenvoudige foutenanalyse
  • gemakkelijke uitbreidbaarheid
  • eenvoudig in te stellen
  • alleen geschikt voor kleine netwerken
  • lage datadoorvoer met snellere verbindingen (> 10 Mbit/s)
  • alleen gebruikt door Apple-besturingssystemen, nu vervangen door TCP / IP
BACnet
  • alleen voor elementaire gegevens
  • bijna geen gebruik in andere gebieden

Protocollen voor specifieke toepassingen

De functies van de protocollen bouwen op elkaar voort: Transportprotocollen bereiden het transmissiepad voor op applicatieprotocollen die er in principe onafhankelijk van zijn. Dit zorgt ervoor dat applicatieprogramma's op verschillende systemen met elkaar kunnen communiceren zodra deze systemen op de een of andere manier verbinding kunnen maken. Het Internet Protocol regelt bijvoorbeeld de wereldwijd unieke adressering van computers. Deze adressering wordt dan bijvoorbeeld gebruikt door het Transmission Control Protocol voor datatransmissie en het Simple Mail Transfer Protocol voor het verzenden van e-mails. Deze laag-voor-laag opbouw van de protocollen wordt weergegeven met behulp van het OSI-model .

Applicatieprotocollen dienen ook als standaard voor transmissie tussen verschillende programma's van hetzelfde type. Bekende voorbeelden:

verhaal

In de begindagen van computernetwerken was gegevensoverdracht moeilijk, omdat er regels nodig zijn voor de ene computer om de andere te begrijpen. Aanvankelijk werden ze alleen voor het betreffende doel in de applicatieprogramma's geïmplementeerd - met als nadeel dat dit programma moest worden aangepast aan de bestaande netwerktechnologie en het applicatieprogramma aan de andere kant(en). Als gevolg hiervan waren vaak alleen dezelfde systemen compatibel met elkaar, wat niet in de laatste plaats door fabrikanten werd gebruikt om klanten aan te moedigen hun producten extra te kopen. Met constante nieuwe ontwikkelingen en de omvang van de netwerken nam echter ook hun heterogeniteit toe , zodat de vraag naar universeel toepasbare technologie en programmaselectie bleef heersen. Als gevolg hiervan ontwikkelden computerfabrikanten eind jaren zeventig en tachtig gemodulariseerde protocollen, die vanaf dat moment als transmissiestandaarden in gesloten computernetwerken werden beschouwd.

In 1968 voerde het staatsonderzoeksinstituut ARPA op instigatie van het Amerikaanse ministerie van Defensie (DoD) experimenten uit waarmee fundamentele kennis over het functioneren van computernetwerken moest worden verkregen. Als praktisch resultaat werd in 1969 het ARPANET- project gelanceerd, dat de transparante overdracht van gegevens tussen verschillende abonneesystemen moest mogelijk maken - ongeacht de route, het medium of de omstandigheden van de overdracht. Vanaf 1983 had de internetprotocolfamilie zich in het ARPANET gevestigd als een verzameling coherente standaarden voor betrouwbare en efficiënte gegevensoverdracht. Het wordt ook gebruikt nadat het ARPANET als internet voor het publiek beschikbaar werd gesteld, en omdat er sinds de jaren 2000 veel computers met internet zijn verbonden, wordt het voor veel netwerktoepassingen als een quasi-standaard beschouwd.

Zie ook

literatuur

  • Hein, Reisner: TCP/IP verpakt. mitp-Verlag, Bonn 2001.
  • G. Siegmund: Technologie van de netwerken. 5e druk, 1296 pagina's, Berlijn en Offenbach: VDE Verlag, 2003.
  • H. König: Protocol Engineering - Principe, beschrijving en ontwikkeling van communicatieprotocollen. BG Teubner, Stuttgart / Leipzig / Wiesbaden, 2003.

web links

WikiWoordenboek: netwerkprotocol - uitleg van betekenissen, woordoorsprong, synoniemen, vertalingen