Internet Protocol

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Internet Protocol (IP) - Netzwerkprotokoll auf OSI-Layer 3

Beschreibung

Internet Protocol (IP) ist ein in Computernetzen weitverbreitetes Netzwerkprotokoll und stellt durch seine Funktion die Grundlage des Internets dar

Anwendung HTTP IMAP SMTP DNS …
Transport TCP UDP
Internet IP (IPv4, IPv6)
Netzzugang Ethernet TokenBus TokenRing WLAN …

Das Internet Protocol (IP) ist ein in Computernetzen weit verbreitetes Netzwerkprotokoll und stellt durch seine Funktion die Grundlage des Internets dar.

  • Das IP ist die Implementierung der Internetschicht des TCP/IP-Modells bzw. der Vermittlungsschicht (engl. Network Layer) des OSI-Modells.
  • IP ist ein verbindungsloses Protokoll, das heißt bei den Kommunikationspartnern wird kein Zustand etabliert.

Eigenschaften und Funktionen

Das Internet Protocol bildet die erste vom Übertragungsmedium unabhängige Schicht der Internetprotokolle

  • Das bedeutet, dass mittels IP-Adresse und Subnetzmaske (subnet mask) für IPv4, bzw. Präfixlänge bei IPv6, Computer innerhalb eines Netzwerkes in logische Einheiten, sogenannte Subnetze, gruppiert werden können.
  • Auf dieser Basis ist es möglich, Computer in größeren Netzwerken zu adressieren und ihnen IP-Pakete zu senden, da logische Adressierung die Grundlage für Routing (Wegewahl und Weiterleitung von Netzwerkpaketen) ist.

Adressvergabe

Öffentliche IP-Adressen müssen in der Regel weltweit eindeutig zugeordnet werden können, daher ist deren Vergabe durch die Internet Assigned Numbers Authority (IANA) geregelt.

IPv4#Adressknappheit Bei IPv4 ist der zu vergebende Adressraum weitgehend aufgebraucht.

  • Die IANA hat im Februar 2011 die letzten Adressblöcke an die RIRs vergeben.

Versionsgeschichte

Im Mai 1974 veröffentlichten Vint Cerf und Bob Kahn in einer Forschungsarbeit ein Netzwerkprotokoll zur übergreifenden Kommunikation zwischen unterschiedlichen paketvermittelten Netzen.
  • In dem Modell führen Endgeräte () ein „Übertragungskontrollprogramm“ ( – TCP) aus, das die Übermittlung eines kontinuierlichen Datenstroms zwischen Prozessen sicherstellt. Gateways übernehmen die Umformung von Paketen an Netzwerkgrenzen.
Die erste vollständige Protokollspezifikation erschien mit RFC 675 im Dezember 1974. Das monolithische Übertragungskontrollprogramm wurde später in eine Modularchitektur geteilt, die aus dem Internetprotokoll () zur Host-zu-Host-Kommunikation und dem Übertragungskontrollprotokoll ( – TCP) zur Prozess-zu-Prozess-Kommunikation bestand.
  • Das Modell wurde bekannt als TCP/IP-Referenzmodell.
Beide Protokolle wurden mehrfach überarbeitet, ehe sie zum praktischen Einsatz kamen.
  • Neben der finalen Bezeichnung als „Internet Protocol“ wurde in Entwürfen auch „Internetwork Protocol“,verwendet.
  • Bei größeren Änderungen des IP-Headers wurde eine im Header enthaltene Versionsnummer hochgezählt.
  • Bei der Einführung von TCP/IP im ARPANET am 1. Januar 1983 trugen IP-Pakete daher die Versionsnummer 4.
  • Vorherige Versionen waren nicht verbreitet.
Im ersten Protokollentwurf war ein Adressierungsschema variabler Länge vorgesehen, bestehend aus einer mindestens 4 Bit langen Netzadresse, einer 16 Bit langen Hostadresse und einer 24 Bit langen Portnummer. Später wurden IP-Adressen auf 32 Bit festgelegt, bestehend aus 8 Bit Netzadresse und 24 Bit Hostadresse. Die Portnummer wurde zu TCP verschoben und auf 16 Bit gekürzt.
  • Mit RFC 791 wurden Netzklassen eingeführt, um mehr Flexibilität bei der Aufteilung einer IP-Adresse in Netz- und Hostteil zu haben. Subnetting war zu dem Zeitpunkt noch nicht vorgesehen. Jon Postel kümmerte sich um die Vergabe von Netzadressen – eine Rolle, die später als Internet Assigned Numbers Authority bezeichnet wurde.
Mit der sich abzeichnenden Knappheit von IP-Adressen begann Anfang der 1990er Jahre die Entwicklung eines Nachfolgeprotokolls.
  • Zur Unterscheidung wurde das etablierte Internetprotokoll entsprechend der Versionsnummer im IP-Header als IPv4 und das neue Internetprotokoll als IPv6 bezeichnet.
  • Die wichtigste Neuerung ist der erheblich größere Adressraum: gegenüber den 32-Bit-Adressen bei IPv4 (ergibt ca. 4 Milliarden, oder 4,3·109 Adressen) verwendet IPv6 128-Bit-Adressen (ergibt ca. 340 Sextillionen, oder 3,4·1038 Adressen).
IPv5

Die Versionsnummer 5 war durch das experimentelle Internet Stream Protocol belegt, das nicht als Nachfolger, sondern als Ergänzung parallel zum Internetprotokoll gedacht war.

  • Das Internet Stream Protocol wurde später aufgegeben ohne eine nennenswerte Verbreitung erlangt zu haben.
  • Die Versionsnummern 7 bis 9 wurden für verschiedene Vorschläge eines IPv4-Nachfolgers verwendet, die jedoch zugunsten von IPv6 aufgegeben wurden.
Verbreitung von IPv6
Die Verbreitung von IPv6 nimmt langsam zu, liegt jedoch hinter der Verbreitung von IPv4.

Zuverlässigkeit

Designgrundsätze

Die Designgrundsätze der Internetprotokolle nehmen an, dass die Netzinfrastruktur an jedem einzelnen Netzelement oder Übertragungsmedium von Natur aus unzuverlässig ist.

  • Auch setzen diese voraus, dass sich die Infrastruktur in Bezug auf Verfügbarkeit von Verbindungen und Knoten dynamisch verhält.
  • Um jedoch die Netzinfrastruktur aufrechtzuerhalten, wird das Hauptaugenmerk der Datenübertragung vorsätzlich größtenteils auf den Endknoten jeder einzelnen Datenübermittlung gelegt.
  • Router im Übertragungspfad schicken Datenpakete nur zu direkt erreichbaren und bekannten Übergängen, die die für den Bestimmungsort festgelegten Adressen vom Routenplanungspräfix vergleichen.

Demzufolge stellen diese Internetprotokolle nur beste Übergänge zur Verfügung, wodurch diese Dienste als unzuverlässig charakterisiert werden.

  • Das IP ist verbindungslos, jedes einzelne Datenpaket wird unabhängig behandelt.
  • Da jeder einzelne Übermittlungsweg eines Datenpaketes neu definiert wird (dynamisch), ist es möglich, dass die Pakete auf verschiedenen Pfaden zu ihrem Bestimmungsort gesendet werden.

Die Internetprotokoll-Version 4 (IPv4) stellt den benötigten Schutz zur Verfügung, um sicherzustellen, dass der Protokollkopf jedes Datenpaketes fehlerfrei ist.

  • Ein Routenplanungsknoten berechnet eine Prüfsumme für den Paketkopf.
  • Wenn die Prüfsumme ungültig ist, verwirft der Routenplanungsknoten das Paket.
  • Der Routenplanungsknoten muss keinen Endknoten bekannt geben, obwohl das Internetkontrollnachrichtenprotokoll (ICMP) solche Ankündigungen erlaubt.
  • Im Gegensatz dazu verfügt die Internetprotokoll-Version 6 (IPv6) über keine Prüfsumme, was zu einer schnelleren Verarbeitung während der Routenplanung führt.

Alle Fehlerquellen im Übertragungsnetz müssen entdeckt und mithilfe der Übertragung auf Endknoten ersetzt werden.

  • Die oberen Schicht-Protokolle der Internetprotokoll-Familie sind dafür verantwortlich, Zuverlässigkeitsprobleme aufzulösen.
  • Zum Beispiel kann ein Host Daten zurückhalten und eine Richtigstellung durchführen, bevor die Daten an den jeweiligen Empfänger geliefert werden.

Linkkapazität und Leistungsfähigkeit

Selbst wenn der Übermittlungspfad verfügbar und zuverlässig ist, besteht wegen der dynamischen Natur und der Heterogenität des Internets und seiner Bestandteile keine Garantie, dass auch tatsächlich jeder dieser einzelnen Pfade fähig ist, eine Datenübermittlung durchzuführen.

  • Zum Beispiel stellt die erlaubte Übermittlungsgröße der jeweiligen Datenpakete eine technische Einschränkung dar.
  • Jede Anwendung muss versichern, dass richtige Übertragungseigenschaften verwendet werden.

Ein Teil dieser Verantwortung liegt auch in den oberen Schicht-Protokollen.

  • IPv6 verwendet die Fähigkeit, die maximale Übertragungseinheitsgröße einer lokalen Verbindung, sowie den dafür komplett geplanten Pfad zum Bestimmungsort zu untersuchen.
  • Die IPv4-Zwischennetzwerkanschlussschicht hat die Fähigkeit ursprünglich, große Datenpakete automatisch in kleinere Einheiten für die Übertragung zu zerlegen.

Das Transmission Control Protocol (TCP) ist ein Beispiel eines Protokolls, das seine Segment-Größe reguliert, um kleiner als der maximal erlaubte Durchfluss, die Maximum Transmission Unit (MTU), zu sein.


Anhang

Siehe auch

Sicherheit

Dokumentation

RFC
RFC Titel
791 Internet Protocol
8200 Internet Protocol, Version 6

Links

Weblinks
  1. ICANN IPv6 News Conference'
  2. ICANN: Phasen der IPv4 Vergabe
  3. Fachbegriffe – Das Internetprotokoll


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