Regeln der Kommunikation (Protokolle)

Einführung

Wir haben gelernt, dass Geräte eindeutige Adressen brauchen. Aber das reicht nicht: Beide Seiten müssen auch die gleichen Regeln befolgen. Diese Regeln nennen wir Protokolle.

Warum Regeln notwendig sind

Beispiel aus dem Alltag: Telefongespräch

Stellen Sie sich vor, zwei Menschen telefonieren ohne Regeln:

• Beide reden gleichzeitig → keiner versteht den anderen
• Einer redet zu schnell → der andere kann nicht folgen
• Beide verwenden unterschiedliche Sprachen → keine Verständigung

Deshalb gibt es Regeln:

• Einer spricht, der andere hört zu
• Dann wird gewechselt
• Man spricht deutlich und nicht zu schnell
• Beide sprechen die gleiche Sprache

Im Netzwerk genauso

Ohne Regeln würde Chaos entstehen:

• Alle Geräte senden gleichzeitig → Kollisionen
• Daten kommen in falschem Format an → nicht lesbar
• Keine Fehlerprüfung → fehlerhafte Daten bleiben unbemerkt

Was ist ein Protokoll?

Ein Protokoll ist eine Sammlung von Regeln, die festlegen:

1. Format: Wie müssen Daten strukturiert sein?
2. Reihenfolge: In welcher Abfolge passieren Dinge?
3. Verhalten: Was tun bei bestimmten Ereignissen?
4. Fehlerbehandlung: Was tun bei Problemen?

Protokoll = Vereinbarung

Beide Seiten müssen das gleiche Protokoll verwenden:

• Sender und Empfänger sprechen die "gleiche Sprache"
• Sonst funktioniert keine Kommunikation

Unterschiedliche Protokolle für unterschiedliche Aufgaben

Es gibt nicht ein Protokoll für alles, sondern viele spezialisierte Protokolle:

Beispiele wichtiger Protokolle

Ethernet (Layer 2)

• Regelt Kommunikation im lokalen Netzwerk
• Legt fest: Wie sehen Frames aus?
• Kollisionsvermeidung, MAC-Adressen

IP - Internet Protocol (Layer 3)

• Regelt Adressierung und Routing
• Legt fest: Wie erreichen Pakete ihr Ziel?
• IP-Adressen, Paket-Format

TCP - Transmission Control Protocol (Layer 4)

• Regelt zuverlässige Datenübertragung
• Legt fest: Wie stellen wir sicher, dass alles ankommt?
• Bestätigungen, Fehlerkorrektur, Reihenfolge

UDP - User Datagram Protocol (Layer 4)

• Regelt schnelle, unzuverlässige Übertragung
• Legt fest: Schnell senden, keine Garantien
• Für Video-Streams, VoIP

HTTP - Hypertext Transfer Protocol (Layer 7)

• Regelt Abrufen von Webseiten
• Legt fest: Wie frage ich eine Webseite an?
• Requests, Responses, Status-Codes

HTTPS - HTTP Secure (Layer 7)

• Wie HTTP, aber verschlüsselt
• Sichere Datenübertragung

DNS - Domain Name System (Layer 7)

• Regelt Namensauflösung
• Legt fest: Wie wird "google.com" zu "142.250.185.46"?

DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol (Layer 7)

• Regelt automatische IP-Vergabe
• Legt fest: Wie bekommt ein Gerät automatisch eine IP?

Das Schichtenprinzip (Überblick)

Protokolle arbeiten in Schichten (Layers) zusammen:

OSI-Modell (vereinfacht)

Layer 7 - Anwendung        HTTP, HTTPS, DNS, DHCP
Layer 4 - Transport        TCP, UDP
Layer 3 - Vermittlung      IP
Layer 2 - Sicherung        Ethernet, WLAN
Layer 1 - Bitübertragung   Kabel, Funk

Warum Schichten?

1. Abstraktion: Jede Schicht kümmert sich nur um ihre Aufgabe
2. Unabhängigkeit: Änderungen in einer Schicht beeinflussen andere nicht
3. Wiederverwendbarkeit: HTTP funktioniert über Ethernet UND WLAN

Das Zwiebelprinzip (Encapsulation)

Daten werden in Schichten "verpackt":

Anwendung: E-Mail schreiben
    ↓ + HTTP-Header
Transport: TCP-Segment (mit Bestätigungen)
    ↓ + IP-Header
Vermittlung: IP-Paket (mit Adressen)
    ↓ + Ethernet-Header
Sicherung: Ethernet-Frame (mit MAC-Adressen)
    ↓
Bitübertragung: Elektrische Signale

Beim Empfänger wird alles wieder ausgepackt:

Bitübertragung: Signale empfangen
    ↓ Ethernet-Header entfernen
Sicherung: Frame verarbeiten
    ↓ IP-Header entfernen
Vermittlung: Paket verarbeiten
    ↓ TCP-Header entfernen
Transport: Segment verarbeiten
    ↓ HTTP-Header entfernen
Anwendung: E-Mail lesen

Protokolle in Aktion: Webseite abrufen

Wenn Sie "www.example.com" aufrufen, arbeiten mehrere Protokolle zusammen:

1. DNS: "Was ist die IP von example.com?"
   Antwort: "93.184.216.34"

2. TCP: "Verbindung zu 93.184.216.34:443 aufbauen"
   - SYN senden
   - SYN-ACK empfangen
   - ACK senden
   → Verbindung steht

3. HTTPS: "GET / HTTP/1.1" (Webseite anfordern)
   - Anfrage senden
   - Antwort empfangen
   - HTML-Code kommt an

4. TCP: "Verbindung beenden"
   - FIN senden
   - ACK empfangen
   → Verbindung geschlossen

Alle Pakete werden von IP weitergeleitet und von Ethernet im lokalen Netzwerk übertragen.

Zusammenfassung

Grundprinzip

• Protokolle sind Regeln für die Kommunikation
• Beide Seiten müssen das gleiche Protokoll verwenden
• Ohne Protokolle würde Chaos herrschen

Verschiedene Protokolle

• Verschiedene Aufgaben = verschiedene Protokolle
• Ethernet, IP, TCP, UDP, HTTP, DNS, DHCP, ...
• Jedes Protokoll hat einen spezifischen Zweck

Schichtenprinzip

• Protokolle arbeiten in Schichten zusammen
• Jede Schicht hat eine eigene Aufgabe
• Encapsulation: Daten werden Schicht für Schicht verpackt

Wichtig

• Protokolle machen Kommunikation erst möglich
• Standardisierung ermöglicht Interoperabilität
• Ohne Protokolle funktioniert kein Netzwerk

In der nächsten Lektion lernen Sie verschiedene Kommunikationsarten kennen.