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TeX
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\subsection{Wie funktioniert das Internet?}
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Wir stellen uns das Internet als abstrakte Wolke vor, bei dem
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jeder Nutzer eine Adresse hat, und über diese mit anderen kommunizieren kann.
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Also Analogie dient der Briefversand, der grundsätzlich ähnlich funktioniert.
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Ein Teilnehmer am Internet zeichnet sich aus durch
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\begin{itemize}
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\item Seine konkrete \vocab{IP-Adresse}.
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\item Den \vocab{Port}, den er verwendet.
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\item Das Protokoll, über das er kommuniziert (üblicherweise TCP oder UDP)
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\end{itemize}
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\todoimg{3-1 11}
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\subsection{Das \acf{ip}}
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Zur Zeit wird \vocab{IPv4}, d.h.~die vierte Version des \acl{ip}, verwendet.
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\Ac{ip} ist ein \vocab{Netzwerkprotokoll}, d.h.~es dient zur Kommunikation von
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\begin{itemize}
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\item Rechner-Router
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\item Router-Router
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\end{itemize}
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im Netzwerk.
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Das \acf{ip} sendet hierzu immer sogenannte \vocab{IP-Datagramme} auf einmal, deren Länge durch $64 \unit{KByte}$ begrenzt ist. In der Praxis kann diese jedoch kleiner sein, und ist durch die Netzwerke beschränkt. Das Ziel des Datagrammes wird durch die IP-Adresse angegeben, die $32$ Bit lang ist.
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\begin{warning}
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Datagramme können \alert{verloren} gehen sowie \alert{verdoppelt}, \alert{verfälscht} oder in \alert{falscher Reihenfolge} ausgeliefert werden. IP hat hierzu keinerlei Garantien.
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\end{warning}
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Das neuere Protokoll \vocab{IPv6} funktioniert ähnlich wie IPv4. Es vergrößert den Adressraum auf 128 Bit und ermöglicht es so, jedem Gerät im Internet eine eigene Adresse zuzuweisen.
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\subsection{Das \acf{udp}}
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Das \ac{udp} ist ein minimales \vocab{Transportprotokoll}. Es arbeitet nur in Endgeräten und nutzt den Dienst von IP um mit anderen Zielrechnern zu kommunizieren.
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\ac{udp} nutzt Ports, um mehrerer Prozesse gleichzeitig zu unterstützen.
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\begin{warning}
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Da \ac{udp} auf \ac{ip} aufsetzt und keine zusätzlichen Garantien bietet, ist \ac{udp} ebenfalls unzuverlässig.
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\end{warning}
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Ein \ac{udp} Datagramm besteht aus
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\begin{itemize}
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\item Source Port
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\item Länge der übermittelten Daten
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\item Destination Port
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\item Checksum
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\item übertragene Daten
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\end{itemize}
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Die Checksumme ist hierbei tatsächlich der einzige (optionale!) Schutz vor Datenkorruption.
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Im Gegensatz zum \ac{tcp} ist \ac{udp} verbindungslos.
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\subsection{Das \acf{tcp}}
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Das \ac{tcp} ist wesentlich aufwendiger als \ac{udp},
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löst aber die Unzuverlässigkeiten des IP.
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Auch hier werden source und destination port angegeben, jedoch auch weitaus mehr Metainformationen,
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die Folgendes sicherstellen:
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\begin{itemize}
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\item Verlorene Datagramme werden wiederholt.
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\item Verdoppelte Datagramme werden verworfen.
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\item Datagramme werden potenziell umsortiert, um die Reihenfolge sicherzustellen.
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\item Verfälschte Datagramme werden erkannt (Checksumme) und ggf.~wiederholt.
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\end{itemize}
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Der größte Unterschied hierbei ist jedoch vor allem, dass \alert{eine feste Verbindung}
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zwischen Sender und Empfänger aufgebaut werden muss, um \ac{tcp} zu nutzen.
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Hierzu \vocab[Verbindungsaufbau!initiieren]{initiiert} ein Anwenderprogramm einen Verbindungsaufbau. Akzeptiert die gegenüberliegende Seite diesen Verbindungsaufbau, können Daten in beide Richtungen versendet werden.
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\begin{table}[htpb]
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\centering
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\begin{minipage}{0.45\textwidth}
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\begin{tabular}{l | l}
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Decimal & Description \\
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\hline
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$0$ & Reserved \\
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$1$ & TCP Multiplexer \\
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$5$ & Remote Job Entry \\
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$7$ & Echo \\
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$9$ & Discard \\
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$11$ & Active Users \\
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$13$ & Daytime \\
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$15$ & Network status program \\
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$17$ & Quote of the Day \\
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$19$ & Character Generator \\
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$20$ & File Transfer Protocol (data) \\
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$21$ & File Transfer Protocol \\
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$22$ & ssh (secure shell) \\
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$23$ & Telnet \\
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$25$ & SMTP (Mail Transfer) \\
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$37$ & Time \\
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|
$42$ & Host Name Server \\
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$43$ & Who is \\
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\end{tabular}
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\end{minipage}
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\begin{minipage}{0.45\textwidth}
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\begin{tabular}{l | l}
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|
Decimal & Description \\
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\hline
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$53$ & Domain Name Server \\
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$77$ & Any private RJE service \\
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$79$ & Finger \\
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$80$ & World Wide Web HTTP \\
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$93$ & Device Control Protocol \\
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$95$ & SUPDUP Protocol \\
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$101$ & NIC Host Name Server \\
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$102$ & ISO-TSAP \\
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$103$ & X.400 Mail Service \\
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$104$ & X.400 Mail Sending \\
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$111$ & Sun Microsystems RPC \\
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$113$ & Authentication Service \\
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$117$ & UUCP Path Service \\
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$119$ & USENET News Transfer Protocol \\
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$129$ & Password Generator Protocol \\
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$139$ & NETBIOS Session Service \\
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$160-223$ & Reserved \\
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\end{tabular}
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\end{minipage}
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\caption{Well-Known Ports bei der Verwendung von \ac{tcp}}
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\label{tab:well-known-tcp-ports}
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\end{table}
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\begin{table}[htpb]
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|
\centering
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\begin{minipage}{0.45\textwidth}
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\begin{tabular}{l | l}
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|
Decimal & Description \\
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|
\hline
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$0$ & Reserved \\
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$7$ & Echo \\
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|
$9$ & Discard \\
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|
$11$ & Active Users \\
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|
$13$ & Daytime \\
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$15$ & Who is up or NETSTAT \\
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|
$17$ & Quote of the Day \\
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|
$19$ & Character Generator \\
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|
$22$ & ssh (secure shell) \\
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|
$37$ & Time \\
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|
$42$ & Host Name Server \\
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|
$43$ & Who is \\
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|
$53$ & Domain Name Server \\
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|
\end{tabular}
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|
\end{minipage}
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\begin{minipage}{0.45\textwidth}
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\begin{tabular}{l | l}
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|
Decimal & Description \\
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|
\hline
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|
$67$ & Bootstrap Protocol Server \\
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|
$68$ & Bootstrap Protocol Client \\
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$69$ & Trivial File Transfer \\
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$80$ & World Wide Web HTTP \\
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$111$ & Sun Microsystems RPC \\
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$123$ & Network Time Protocol \\
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$161$ & SNMP net monitor \\
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$162$ & SNMP traps \\
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$512$ & UNIX comsat \\
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$513$ & UNIX rwho daemon \\
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$514$ & system log \\
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$525$ & Time daemon \\
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\end{tabular}
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\end{minipage}
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\caption{Well-Known Ports bei der Verwendung von \ac{udp}}
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\label{tab:well-known-udp-ports}
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\end{table}
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\autoref{tab:well-known-tcp-ports} und \autoref{tab:well-known-udp-ports} zeigen Ports von \ac{tcp} und \ac{udp}, die standardmäßig für die Server-Prozesse der
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beschriebenen Dienste vorhergesehen sind.
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Prinzipiell spricht nichts dagegen, über einen dieser Ports andere Verbindungen zu realisieren,
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allerdings erfordert das Verwenden eines Ports $< 1024$ in den meisten UNIX-Umgebungen Administrator-Rechte.
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Client-Anwendungen verwenden üblicherweise einen beliebigen Port.
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Betriebssysteme vergeben hierfür \vocab{Dynamic Ports} (zwischen \code{49152 = 0xC000} und \code{65535 = 0xFFFF}).\footnote{Unter Linux teilweise auch $32768$ bis $61000$. Ursprünglich waren alle Ports $\ge 1024$ für Client-Anwendungen vorgesehen.}
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\todoimg{3-1 21}
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\subsection{\ac{tcp} und \ac{udp} über \ac{ip}}
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Wir fassen also zusammen, dass \ac{tcp} und \ac{udp} über \ac{ip} kommunizieren.
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Die (potenziell vielen) Router, die zwischen den beiden Endgeräten sitzen, müssen jedoch
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nichts von \ac{udp} oder \ac{tcp} wissen, sie kommunizieren nur über \ac{ip}.
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\subsection{Das Format eines \ac{ip}-Datagrammes}
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Ein \ac{ip}-Datagramm umfasst insbesondere
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\begin{itemize}
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\item Quelle und Ziel als IP-Adressen: 32 Bit (IPv4) oder 128 Bit (IPv6)
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\item Das Protokoll der höheren Schicht (nur als Spezifikation, z.B.~\ac{tcp} oder \ac{udp}).
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\item Einige Kontrollfunktionen.
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\end{itemize}
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\subsection{Vergleich von \ac{tcp} und \ac{udp} über \ac{ip}}
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Bei der Abwägung, welches der beiden Protokolle man verwenden sollte,
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sollte Folgendes beachtet werden:
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\begin{itemize}
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\item \ac{tcp} ist zuverlässig, verbindungsorientiert und eignet sich für Byte-Streams. Es entsteht allerdings ein erheblicher Overhead.
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\item \ac{udp} ist ein minimaler Dienst, der möglichst wenig Overhead erzeugt.
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\end{itemize}
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\subsection{IPC}
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Die Netzwerkkommunikation ist insbesondere ein Fall von IPC, die jedoch auch Kommunikation zwischen Prozessen auf verschieden Rechnern ermöglicht.
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Diese Prozesse können u.U.~auf verschiedenen Betriebssystemen laufen.
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Netzwerkkommunikation ermöglicht auch IPC auf dem gleichen System, hierzu wird die Loopback-Adresse \code{127.0.0.1} bzw. \code{::1} verwendet.
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Außerdem stehen \vocab{Unix Domain Sockets} zur Verfügung, die das selbe API verwenden, aber nur für die Kommunikation innerhalb eines Systems verwendet werden.
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