1. Das Internet-Protokoll (Teil A)

1.1. Einführung

Im Teil II geht es um Technologien, Protokolle, Planung und Management von Netzen. Die Internet-Technologie wird dabei wieder im Vordergrund stehen, aber auch relevante Alternativen werden berücksichtigt.

Nachdem Sie nun alle wesentlichen Internet-Anwendungen "perfekt" benutzen können und auch mit den noch nicht so bekannten Aspekten (Sicherheit, Video/Audio ...) vertraut sind, stellt sich Ihnen vielleicht die Frage:

Wozu muß ich das alles wissen?

Ein "Endanwender" sollte das Netz erfolgreich benutzen können, ohne die Details der "darunter" befindlichen Technik kennen (und verstehen) zu müssen.

Das setzt voraus, daß "jemand" das Netz und die Endsysteme korrekt eingerichtet hat und bei auftretenden Störungen schnelle Abhilfe schaffen kann.

Netz-Experten werden an den unterschiedlichsten Stellen gebraucht:

Die offensichtlichste Stelle ist sicherlich die Entwicklung neuer Netzlösungen.
Hierzu muß man bemerken, daß das "Erfinden" völlig neuer Techniken und Protokolle nur dann erfolgreich sein wird, wenn man damit irgendein konkretes Bedürfnis erfüllt, das mit den bisher bekannten Mitteln nicht oder wesentlich schlechter realisierbar war.
Häufiger kommt es vor, daß bekannte Techniken und Protokolle neu kombiniert oder für neue Umgebungen implementiert werden.
Die Beratung und Unterstützung von Anwendern beim Netzeinsatz ist sicher ein Gebiet mit zunehmender Bedeutung.
Wer hier sein Tätigkeitsfeld sieht, sollte klar zu erkennen geben, ob er eine herstellerunabhängige Beratung leistet oder letztendlich ein Produkt vertreiben will.
Als Netzanwender bei einer Firma oder Verwaltung haben Sie oft die schwierige Entscheidung zu treffen, welche Leistungen Sie beim Aufbau von Netzen selbst in die Hand nehmen und welche Sie an externe Partner vergeben ("Outsourcing").
Bei der ersten Variante ist offensichtlich, daß dazu fundierte Kenntnisse und Fähigkeiten gehören.
Weniger offensichtlich ist das bei der zweiten Variante. Auch dort braucht der Auftraggeber Mitarbeiter mit entsprechender Fachkenntnis, um Funktionalität und Qualität der externen Leistung beurteilen und Variantenentscheidungen treffen zu können. Die Ernüchterung bei manchem "Outsourcing-Projekt" in den vergangenen Jahren hat ihre Ursache in einer Unterschätzung dieser Notwendigkeit.
Schließlich stellt auch der Betrieb eines Netzes hohe Ansprüche an die fachliche Qualifikation der Verantwortlichen.
Wenn Störungen oder Durchsatzprobleme auftreten, sind solide Kenntnisse auch zu den "im Hintergrund" wirkenden Protokollen und Funktionen notwendig, um die Ursachen erforschen zu können. Ohne diese Kenntnisse ist man auf Spekulationen und ein zeit- und kostenaufwendiges "Herumprobieren" angewiesen.
Genauso ist eine reale Einschätzung der Folgen funktioneller oder quantitativer Erweiterungen wichtig, denn reale Netze sind "lebendig", irgendwo wird immer etwas hinzugefügt oder verändert.

Ehe wir uns in den folgenden Kapiteln spezielleren Aspekten zuwenden, ist ein Blick auf die etwas detaillierter dargestellte Internet-Protokollarchitektur sinnvoll:

In den bekannten vier Schichten Anwendung, Transport, Internet und Subnetz sehen Sie einige neue Elemente:

Ping soll hier stellvertretend für einige wenige Anwendungen stehen, die direkt auf die Internet-Schicht zugreifen. Ping nutzt die Komponente ICMP (Internet Control Message Protocol), die hauptsächlich Diagnosezwecken und der Meldung von Fehlern dient.
Es gibt Anwendungen, die nicht auf TCP als Transportprotokoll aufbauen, sondern auf dem einfacheren UDP (User Datagram Protocol). Dazu gehören
- NFS (Network File System),
- SNMP (Simple Network Management Protocol),
- DNS (Domain Name System).
Letzteres vermittelt die Abbildung zwischen symbolischen Rechnernamen und IP-Adressen. Das DNS wird meist indirekt innerhalb anderer Anwendungen genutzt.
NFS kann vom Protokoll her sowohl mit UDP als auch mit TCP zusammenarbeiten. Viele ältere Implementierungen von NFS Version 2 nutzten aber ausschließlich UDP. Einige neuere Implementierungen (z.B. im Betriebssystem Solaris 2.x, das ab Release 2.5 neben NFS Version 2 auch die aktuelle Version 3 unterstützt) können beide Transportprotokolle verwenden und wählen standardmäßig TCP, sofern der jeweilige Partner dies ebenfalls beherrscht.
Die Steuerung des Multicast-Routings wird beispielsweise von einem Konferenz-Manager ausgeführt. Er greift dazu auf das IGMP (Internet Group Management Protocol) in der Internet-Schicht zu.
Die Subnetz-Technologien haben wir hier in vier Gruppen einsortiert:
1. Punkt-zu-Punkt-Festverbindungen sind der einfache "klassische" Fall.
2. Durchschalte-Wählnetze werden im Zugangsbereich viel genutzt.
3. Andere Netze, die Pakete (X.25) oder Zellen (ATM) transportieren, sind als Subnetze ebenfalls gebräuchlich.
4. An Lokale Netze (LANs) dürfte der zahlenmäßig größte Teil der Endsysteme angeschlossen sein.
  Da innerhalb einer konkreten LAN-Technologie (z.B. Ethernet) eigene Adressen ("Ethernet-Adressen") vergeben werden, wird eine Abbildungsfunktion zwischen diesen und den IP-Adressen erforderlich. Zu diesem Zweck wurde das ARP (Address Resolution Protocol) eingeführt.

Eine andere Perspektve erhält man, wenn die "Verpackung" einer Nutzinformation (in diesem Fall einer mittels HTTP transportierten Web-Seite) betrachtet wird:

Jede Schicht fügt der Nutzlast (Payload) der höheren Schicht ihre eigenen Verwaltungsinformationen (Protokollköpfe) hinzu.
Wir sehen auch, daß für eine Dateneinheit in den unterschiedlichen Schichten unterschiedliche Begriffe gebräuchlich sind (Rahmen - Datagramm - Segment). Wenn man diese Differenzierung nicht herausstellen möchte, wird meist einfach von einem Paket gesprochen.

Nicht immer ist eine 1:1-Relation bei dieser "Verpackung" anzutreffen. So wird eine Web-Seite (HTTP-Dateneinheit) meist in mehrere TCP-Segmente bzw. IP-Datagramme aufgeteilt. Auch zwischen anderen Schichten kommen solche Aufteilungen oder Zusammenlegungen vor; das ist aber seltener.

Verfolgen wir z.B. den Weg einer Information von einem Ethernet-Anschluß bis zu einer Anwendung:

An mehreren Stellen erfolgt hier ein Demultiplexing, d.h. eine Aufteilung des Informationsstroms auf mehrere alternative Zweige zur Weiterverarbeitung.

Durch eine Typkennung im Ethernet-Rahmen wird zunächst zwischen ARP und IP unterschieden.

Im IP-Protokoll ist eine Kennung für das "nächsthöhere" Protokoll vorgesehen. Hier erfolgt die Unterscheidung nach TCP, UDP, ICMP oder IGMP.

In TCP bzw. UDP schließlich sorgen Portnummern für die Unterscheidung der einzelnen Anwendungen.

Literaturhinweise:

Die nachfolgenden Empfehlungen sind Übersichts- und Grundlagenwerke zum Teil II insgesamt; bei den einzelnen Kapiteln folgen dann noch Verweise auf vertiefende Spezialliteratur.

Volume 2: The Implementation.
Addison Wesley, 3rd pr. 1996, ISBN 020163354X, 1174 S., DM 109.90

Volume 3: TCP for Transactions, HTTP, NNTP, and the UNIX Domain Protocols.
Addison Wesley, 1996, ISBN 0201634953, 328 S., DM 95.00

Volume 1 enthält eine recht detaillierte und gut verständliche Darstellung der Funktionsweise von IP, TCP, UDP und den Standardanwendungen und ist für unsere Zwecke sehr empfehlenswert. Die zwei anderen Bände dieser Reihe sind deutlich spezieller. Band 2 dürfte primär für diejenigen besonders interessant sein, die sich für eine effiziente Implementation des Internet-Protokollstacks interessieren.

Comer, Douglas E.: Internetworking with TCP/IP.

Volume II: Design, Implementation, and Internals.
Mitverfasser: Stevens, David L.
Prentice Hall, 2nd Ed., 1994

Volume III: Client-Server Programming and Applications.
Mitverfasser: Stevens, David L.
Prentice Hall, 2nd Ed., 1996
Von Band 3 gibt es spezielle Versionen für BSD Sockets, Windows Sockets und TLI.

Das ist "der Klassiker" der TCP/IP-Literatur (aber vielleicht vergriffen). Für unsere Belange ist speziell der Band 1 von Interesse. Hier diskutiert Comer in sehr klarer und systematischer Weise die Grundprinzipien und viele Details der zentralen Internet-Protokolle, wobei er im Vergleich zu Richard Stevens weniger auf Spezifika konkreter Implementierungen eingeht. Dieses Buch und Volume 1 von Richard Stevens ergänzen sich hervorragend und ermöglichen einen schnellen und fundierten Einstieg in TCP/IP. Band 2 zeigt die aus dem Betriebssystem XINU stammende, speziell für Lehrzwecke entworfene Implementierung verschiedener Vertreter der TCP/IP-Protokollfamilie.

Siyan, Karanjit S.: Inside TCP/IP.
New Riders, 3rd ed. 1997, ISBN 1562057146, 774 S., DM 109.95

Diese Darstellung geht auf die Spezifika der Netzsoftware für MS Windows, NT, OS/2 u d Unix ein, ist aber nicht so tiefgründig und systematisch wie die vorhergehende.

Santifaller, Michael: TCP/IP und NFS in der Praxis.
Addison-Wesley, Bonn, 3. Auflage, 1995, ISBN 3893198768, 359 S., DM 69.90

Das ist eine gut verständliche Darstellung, die mehr auf die Anwendungen und weniger auf die Grundlagen und Prinzipien eingeht.