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| ===== Weblinks ===== | | ===== Weblinks ===== |
| # https://de.wikipedia.org/wiki/Netzwerkprotokoll | | # https://de.wikipedia.org/wiki/Netzwerkprotokoll |
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| = TMP =
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| == Beschreibung ==
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| ; '''Netzwerkprotokolle''' sind Festlegungen für den Austausch von [[Daten]] zwischen
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| * [[Computer]]
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| * [[Prozess (Informatik)|Prozessen]]
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| die in einem [[Rechnernetz]] miteinander verbunden sind
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| === Vereinbarung ===
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| ; Syntax
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| * Regeln und Formate
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| ; Semantik
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| * Verhalten der kommunizierenden Instanzen
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| === Schichtenmodelle ===
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| ; Der Austausch von Nachrichten erfordert häufig ein Zusammenspiel verschiedener Protokolle, die unterschiedliche Aufgaben übernehmen
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| ; Um die damit verbundene Komplexität beherrschen zu können, werden die einzelnen Protokolle in [[Schichtenarchitektur|Schichten]] organisiert.
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| * Im Rahmen einer solchen Architektur gehört jedes Protokoll einer bestimmten Schicht an und ist für die Erledigung der speziellen Aufgaben zuständig (etwa Übermitteln an einen bestimmten Knoten – Schicht 2).
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| * Protokolle höherer Schichten verwenden Dienste von Protokollen tieferer Schichten (Schicht 3 bildet ein logisches Netzwerk und verwendet Schicht 2 für die physische Zustellung).
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| ; Zusammen bilden die so strukturierten Protokolle einen [[Protokollstapel]] – in Anlehnung an das [[OSI-Modell|ISO-OSI-Referenzmodell]] (siehe auch [[DoD-Schichtenmodell]]).
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| * Nachrichten einer bestimmten Schicht werden auch als ''Protokolldateneinheiten'' (protocol data units) bezeichnet.
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| == Aufbau eines Datenpaketes ==
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| ; Der in einem Protokoll beschriebene Aufbau eines [[Datenpaket]]es
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| * enthält für den Datenaustausch wichtige Informationen über das Paket wie beispielsweise:
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| * dessen [[Absender]] und Empfänger, damit Nicht-Empfänger das Paket ignorieren
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| * den Typ des Pakets (beispielsweise [[Datenübertragung|Verbindungsaufbau]], Verbindungsabbau oder reine Nutzdaten)
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| * die Paketgröße, die der [[Empfänger (Information)|Empfänger]] zu erwarten hat
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| * bei mehrteiligen [[Datenübertragung|Übertragung]]en die laufende Nummer und Gesamtzahl der Pakete
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| * eine [[Prüfsumme]] zum Nachvollziehen einer fehlerfreien Übertragung
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| ; Diese Informationen werden den [[Nutzdaten]] als ''Header'' vorangestellt oder als ''Trailer'' angehängt
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| ; Außerdem werden in manchen Protokollen feste Paketsequenzen für den Verbindungsaufbau und -abbau beschrieben
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| * Diese Maßnahmen verursachen weiteren [[Datenverkehr]] (Traffic) auf den Datenleitungen – den sogenannten ''Overhead''
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| * Dieser Overhead ist unerwünscht, weil er die Kapazität belastet, wird aber aufgrund der wichtigen Aufgaben, die Protokolle leisten, in der Regel in Kauf genommen
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| ; In der [[Internetprotokollfamilie]] steht mit dem [[User Datagram Protocol]] (UDP) in der Transportschicht auch ein Protokoll mit nur geringem Overhead zur Verfügung
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| * Das keine Ende-zu-Ende-Kontrolle der Übertragung gewährleistet, sodass Datagramme eventuell verloren gehen können oder die Reihenfolge beim Empfang nicht der beim Versand entspricht.
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| ; Im Gegensatz dazu wird beim [[Transmission Control Protocol]] (TCP) die vollständige Zustellung der Datenpakete überwacht und diese außerdem in die richtige Reihenfolge gebracht, so dass der Anwendung ein zusammenhängender Datenstrom übergeben wird.
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| == Unterscheidungsmerkmale ==
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| {| class="wikitable sortable options"
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| ! Option !! Beschreibung
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| | Richtung || Findet die Kommunikation nur in eine ''Richtung'' statt, spricht man von [[Duplex (Nachrichtentechnik)|Simplex]], fließen die Daten wechselweise in beide Richtungen, von [[Duplex (Nachrichtentechnik)|Halbduplex]] oder gleichzeitig in beide Richtungen, von [[Vollduplex]].
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| | Taktsignal || Wird die Kommunikation über ein [[Taktsignal]] ''synchronisiert'', spricht man von [[Synchrone Datenübertragung|synchroner Datenübertragung]], ansonsten von asynchroner Datenübertragung.
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| | Anzahl von Parteien || Die ''Anzahl von Parteien'', die an der [[Kommunikation]] teilnehmen: Gibt es für eine Übermittlung immer nur einen Empfänger, spricht man von [[Unicast]], bei Übertragungen an mehrere Teilnehmer von [[Multicast]].
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| * Wird das Paket an alle gesandt, so ist es ein [[Broadcast]].
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| | Stellung || ''Stellung'' der Kommunikationsteilnehmer: Sind diese untereinander gleichberechtigt, spricht man von [[Peer-to-Peer]] oder symmetrischer, anderenfalls von asymmetrischer Kommunikation.
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| * Das am weitesten verbreitete asymmetrische Modell ist das [[Client-Server-System]], bei dem ein Dienstanbieter (der [[Server]]) Anfragen von verschiedenen [[Client]]s bearbeitet (wobei es immer die Clients sind, die die Kommunikation initiieren, d. h. einen [[Kanal (Informationstheorie)|Kanal]] öffnen).
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| | Synchrone Kommunikation || Wird nach einer Anfrage auf ''Antwort'' gewartet, spricht man von [[Synchrone Kommunikation|synchroner Kommunikation]], andernfalls von [[Asynchrone Kommunikation|asynchroner Kommunikation]].
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| | Paketorientierte Kommunikation || Während einer ''paketorientierten Kommunikation'' werden [[Nachricht]]en bzw. [[Datenpaket]]e übertragen, beim ''Streaming'' wird mit einem kontinuierlichen [[Datenstrom]] einzelner Zeichen gearbeitet.
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| | Verbindungsoriente Kommunikation || Bei ''verbindungsorientierten (connection oriented) Protokollen'' wird durch spezielle Paketsequenzen der Anfang und das Ende einer Verbindung definiert.
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| |}
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| Innerhalb einer solchen Verbindung wird durch das Protokoll meistens gewährleistet, dass Pakete in einer bestimmten Reihenfolge ankommen und/oder sichergestellt, dass die Pakete nochmals gesendet werden, falls sie nicht angekommen sind (zum Beispiel TCP). ''Verbindungslose (connectionless) Protokolle'' bieten diesen Komfort nicht, haben aber einen geringeren Overhead (zum Beispiel [[User Datagram Protocol|UDP]], [[Real-Time Transport Protocol|RTP]]).
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| == Aufgaben ==
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| ; Aufgaben eines Netzwerkprotokolls
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| * Ob sie in einem bestimmten Protokoll abgebildet sind, wird durch dessen Einsatzzweck bestimmt.
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| * Ein sicherer und zuverlässiger Verbindungsaufbau zwischen den an der Kommunikation beteiligten Computern ([[Handshake]])
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| * Das verlässliche Zustellen von Paketen
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| * Wiederholtes Senden nicht angekommener Pakete
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| * Zustellen der Datenpakete an den/die gewünschten Empfänger
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| * Das Sicherstellen einer fehlerfreien Übertragung ([[Prüfsumme]])
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| * Das Zusammenfügen ankommender Datenpakete in der richtigen Reihenfolge
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| * Das Verhindern des Auslesens durch unbefugte Dritte (durch [[Kryptografie]])
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| * Das Verhindern der Manipulation durch unbefugte Dritte (durch [[Message Authentication Code|MACs]] oder [[elektronische Signatur]]en)
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| == Beispiel ==
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| Anhand des Verbindungsaufbau-Prozederes des TCP-Protokolls soll ein einfaches praktisches Beispiel gezeigt werden ([[Handshake]]-Verfahren).
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| # Zunächst schickt Computer 1 ein [[Datenpaket]], in dem steht, dass er eine Verbindung zu Computer 2 aufbauen möchte.
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| # Darauf antwortet Computer 2, dass er dazu bereit ist.
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| # Computer 1 bestätigt anschließend Computer 2, dass er verstanden hat, dass Computer 2 bereit ist.
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| Die Verbindung ist damit hergestellt, und der eigentliche Datenaustausch kann beginnen, im Beispiel eine Dateiübertragung auf Anwendungsebene.
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| # Computer 1 schickt ein Datenpaket, in dem angefragt wird, welche Dateien verfügbar sind.
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| # Darauf antwortet Computer 2 mit einer Liste der verfügbaren Dateien.
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| # Computer 1 schickt ein Datenpaket, in dem eine bestimmte Datei angefordert wird.
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| # Darauf antwortet Computer 2, dass die Datei existiert, beschreibt die Datei und beginnt mit der Übertragung.
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| == Protokolle zur Datenübermittlung ==
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| ; Es gibt eine Reihe von grundsätzlichen Protokollen, die den Datenverkehr in einem Netzwerk regeln
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| * Sie werden vom Netzwerkstack – einem speziellen Systemprogramm – allen weiteren Programmen auf diesem Rechner zur Verfügung gestellt.
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| * Diese Protokolle dienen als Standard für die Datenübermittlung zwischen unterschiedlichen Systemen, dienen aber keiner Anwendung durch den Benutzer.
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| * Dabei legt man sich in der Regel auf eines dieser Protokolle für ein Netzwerk fest.
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| * Für das Internet wird die [[Internetprotokollfamilie]] verwendet, vor allem TCP/IP und UDP.
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| ! Netzwerkprotokoll !! Vorteile !! Nachteile
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| !colspan="3"| [[OSI-Modell|Schicht-3&4]]-Protokolle
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| | [[Transmission Control Protocol/Internet Protocol|TCP/IP]] und [[User Datagram Protocol|UDP]]
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| * routingfähig
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| * IP sorgt dafür, dass das Datenpaket sein Ziel erreicht; TCP oder UDP kontrollieren die Datenübertragung
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| * an keinen Hersteller gebunden, aber von allen akzeptiert
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| * ist sowohl in LANs als auch in WANs nutzbar
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| * für komplizierte (TCP) und einfache (UDP) Übertragungen geeignet
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| * verhältnismäßig großer Stack, ungünstig für sehr einfache oder kleine ([[Eingebettetes System|eingebettete]]) Systeme
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| * UDP eher für kleine Datenpakete, deren Zustellung nicht kritisch ist
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| * TCP eher für große Übertragungen oder Datenströme mit garantierter Fehlerfreiheit
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| | [[Internetwork Packet Exchange|IPX]]/[[Sequenced Packet Exchange|SPX]]
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| * routingfähig
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| * wird von vielen Betriebssystemen unterstützt
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| * nicht für große Netzwerke geeignet, da Routen nicht zusammengefasst werden können
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| * SPX: schlechte [[Wide Area Network|WAN]]-Leistung, da nur jeweils ein Paket angefordert wird (vgl. [[TCP Receive Window]])
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| * bei Nicht-Novellnetzwerken nicht zu empfehlen
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| * Unterstützung nach [[Microsoft Windows XP]]/[[Microsoft Windows Server 2003]] eingestellt
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| | [[NetBEUI]]
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| * wenig [[Overhead (EDV)|Overhead]]
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| * entsprechend einfach zu konfigurieren und einzurichten
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| * nur für sehr kleine Netzwerke geeignet
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| * nicht routingfähig
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| * nicht im Internet einsetzbar
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| * Unterstützung nach [[Microsoft Windows 2000]] eingestellt
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| | [[AppleTalk]]
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| * komfortabel
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| * große Bedienerfreundlichkeit
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| * einfache Fehleranalyse
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| * leichte Erweiterbarkeit
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| * leicht einzurichten
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| * nur für kleine Netzwerke geeignet
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| * geringer [[Datendurchsatz]] bei schnelleren Verbindungen (>10 Mbit/s)
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| * nur von Apple-Betriebssystemen genutzt, inzwischen durch TCP/IP ersetzt
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| | [[BACnet]]
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| * speziell für [[Gebäudeleittechnik]]
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| * schnelle Kommunikation
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| * nur für elementare Daten
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| * fast keine Verwendung in anderen Bereichen
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| == Protokolle für bestimmte Anwendungen ==
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| ; Die Funktionen der Protokolle bauen aufeinander auf
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| * Transportprotokolle bereiten den Übertragungsweg für von ihnen prinzipiell unabhängige Anwendungsprotokolle
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| * Das stellt sicher, dass Anwendungsprogramme auf unterschiedlichen Systemen untereinander kommunizieren können, sobald diese Systeme in der Lage sind, auf irgendeine Art eine Verbindung herzustellen.
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| * So regelt etwa das [[Internet Protocol]] die weltweit eindeutige Adressierung von Rechnern
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| * Diese Adressierung nutzen dann beispielsweise das [[Transmission Control Protocol]] zur Datenübertragung und das [[Simple Mail Transfer Protocol]] zum Übermitteln von E-Mails
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| ; Dieser schichtweise Aufbau der Protokolle wird mithilfe des [[OSI-Modell]]s dargestellt
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| ; Auch dienen Anwendungsprotokolle als Standard für die Übertragung zwischen unterschiedlichen Programmen gleichen Typs.
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| ; Bekannte Beispiele
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| * Laden von [[Webseite]]n – [[Hypertext Transfer Protocol|HTTP]]
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| * Abholen von [[E-Mail]]s – [[Post Office Protocol|POP]] oder [[Internet Message Access Protocol|IMAP]]
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| * Übertragung von Dateien – [[File Transfer Protocol|FTP]], [[BitTorrent]] oder viele andere
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| == Geschichte ==
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| ; In der Anfangszeit der Vernetzung von Computern gestaltete sich die Datenübertragung schwierig, denn damit ein Computer einen anderen versteht, werden Regelwerke benötigt.
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| * Zunächst wurden sie in den Anwendungsprogrammen nur für den jeweiligen Nutzungszweck [[Implementierung|implementiert]] – mit dem Nachteil, dass dieses Programm an die vorhandene Netzwerktechnik und das Anwendungsprogramm auf der bzw.
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| * den Gegenseiten angepasst werden musste.
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| * Daraus folgte, dass oft nur gleiche Systeme untereinander kompatibel waren, was nicht zuletzt von Herstellern auch genutzt wurde, um die Kunden auch zu weiteren Anschaffungen ihrer Produkte zu animieren.
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| * Mit stetigen Neuentwicklungen und der Größe der Netzwerke stieg jedoch auch ihre [[Heterogenität]], so dass sich die Forderung nach universell einsetzbarer Technik und Programmauswahl immer weiter durchsetzte.
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| * Dadurch wurden in den späten 1970er- und in den 1980er-Jahren von Computerherstellern modularisierte Protokolle entwickelt, die von nun an in abgeschlossenen Rechnernetzen als Übertragungsstandards galten.
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| ; Im Jahr 1968 wurden auf Veranlassung des amerikanischen Verteidigungsministeriums (DoD) von der staatlichen Forschungseinrichtung [[Advanced Research Project Agency|ARPA]] Versuche durchgeführt, mit denen grundlegende Erkenntnisse über die Funktionsweise von Rechnernetzen gewonnen werden sollten.
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| * Als praktisches Ergebnis wurde 1969 das [[ARPANET]]-Projekt aufgelegt, das die transparente Übertragung von Daten zwischen unterschiedlichen Teilnehmersystemen ermöglichen sollte – unabhängig von der Strecke, dem Medium oder dem Umstand der Übertragung.
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| * Ab 1983 hatte sich im ARPANET die [[Internetprotokollfamilie]] als Sammlung zusammenhängender Standards zuverlässiger und leistungsfähiger Datenübertragung durchgesetzt.
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| * Sie wird auch verwendet, nachdem das ARPANET als [[Internet]] der Öffentlichkeit zugänglich wurde, und gilt dadurch, dass viele Computer spätestens seit den 2000er Jahren mit dem Internet in Verbindung stehen, als Quasistandard für viele Netzwerkanwendungen.
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| [[Kategorie:Netzwerk/Protokoll]] | | [[Kategorie:Netzwerk/Protokoll]] |
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