Was ist die Transportschicht?

Das Open Systems Interconnection-Modell oder OSI-Modell ist ein konzeptionelles Modell, das verwendet wird, um die Teile zu beschreiben, aus denen ein Computernetzwerk besteht. Es soll vor allem ein alltagstaugliches Verständnis für die Entwicklung von Netzwerkstandards und -protokollen schaffen. Das Modell ist ziemlich nützlich, um die Grundlagen der Computernetzwerke zu verstehen.

Es ist jedoch sehr zu beachten, dass die reale Implementierung von Protokollen etwas davon abweicht. Es gibt viele Layer-Crossing-Protokolle. Auch moderne Netzwerkkonzepte passen nicht unbedingt gut ins OSI-Modell. Dennoch ist es hilfreich, die Grundlagen zu verstehen.

Das OSI-Modell hat sieben Schichten, wobei die niedrigeren Zahlen den Bare-Metal-Kabeln näher kommen, die Daten übertragen. Die Transportschicht ist Schicht vier. Die Transportschicht ist für die Bereitstellung von Ende-zu-Ende-Kommunikationsdiensten zwischen kommunizierenden Geräten verantwortlich. Transportschichtprotokolle können verbindungsorientiert sein. Sie können aber auch verbindungslos sein.

TCP steht für Transmission Control Protocol und ist das bekannteste und am häufigsten verwendete Protokoll der Transportschicht. Es ist verbindungsorientiert und bildet eine bidirektionale Kommunikation und verfügt über Fehlererkennungs- und Neuübertragungsfunktionen. UDP, das beliebteste Protokoll der Transportschicht, steht für Universal Datagram Protocol. Es ist verbindungslos und der Absender weiß nie, ob der Empfänger jemals eine Übertragung erhalten hat. Zusammen machen diese beiden Protokolle den größten Teil des Netzwerkverkehrs im Internet aus. Sie sind auch die einzigen beiden Protokolle, die auf allen wichtigen Betriebssystemen implementiert sind.

TLS oder Transport Layer Security ist ein Verschlüsselungsprotokoll, das unter anderem in HTTPS verwendet wird. Obwohl TLS die Wörter „Transport Layer“ in seinem Namen enthält, arbeitet es auf Schicht 6 des OSI-Modells, der Präsentationsschicht, und verschlüsselt Daten, bevor sie zu den eigentlichen Protokollen der Transportschicht gelangen.

Merkmale von Transportschichtprotokollen

Transportschichtprotokolle können verbindungsorientiert sein. Dies ist für eine Anwendung in der Regel einfacher zu verwalten, da es sich um einen einzelnen Datenstrom handelt und nicht um eine möglicherweise unvollständige Reihe von Datagrammen. Auch die Reihenfolge der Daten ist generell wichtig. Während Netzwerke normalerweise dazu führen, dass die Pakete in der Reihenfolge zugestellt werden, in der sie gesendet wurden, kann man sich nicht unbedingt darauf verlassen. Segmente können nummeriert werden, damit sie neu geordnet werden können, wenn sie in der falschen Reihenfolge angezeigt werden.

Die Fehlererkennung kann unter Verwendung von Fehlererkennungscodes wie einer Prüfsumme implementiert werden. Eine Empfangsnachricht kann gesendet werden, die den erfolgreichen Empfang mit einem ACK und einen Fehler mit einem NACK bestätigt. Beim Empfang eines NACK oder einer Zeitüberschreitung kann der Sender die Übertragung automatisch wiederholen. Die Flusskontrolle kann sicherstellen, dass der Sender nicht so schnell sendet, dass der Empfänger nicht mithalten kann.

Die Überlastungsvermeidung trägt dazu bei, auch unter hoher Last eine optimale Netzwerkleistung sicherzustellen. Ein langsamer Start beispielsweise zwingt einige Verbindungen dazu, langsam zu starten und die Geschwindigkeit zu erhöhen, sodass sie das Netzwerk nicht überlasten. Dies ist besonders wichtig in Bezug auf erneute Übertragungen, da eine Netzwerküberlastung die Ursache des ersten Problems gewesen sein könnte und eine erneute Übertragung das Problem verschlimmert. Multiplexing ermöglicht die Definition von Portnummern, sodass mehrere Übertragungen gleichzeitig auf demselben Computer stattfinden können und alle zur richtigen Anwendung gelangen, ohne sich gegenseitig zu stören.

Keines dieser Merkmale ist für Transportschichtprotokolle obligatorisch. TCP beispielsweise unterstützt alle oben genannten Funktionen. UDP unterstützt jedoch nur Multiplexing.

Verbindungsorientiert vs. verbindungslos

Typischerweise sind die meisten Netzwerkkommunikationen bidirektional und folgen einem Anfrage-Antwort-Muster. Web-Traffic ist ein hervorragendes Beispiel dafür. Für Request-Response-Anwendungsfälle ist TCP ideal. Es bietet eine zuverlässige Verbindung zwischen den beiden Parteien. Wenn ein Segment nicht richtig empfangen wird, kann dies dazu führen, dass eine Webseite nicht korrekt angezeigt wird. Die automatische Fehlerprüfung und Wiedergabe hilft jedoch, diese Fehler so schnell wie möglich zu erkennen und zu beheben. Die zusätzliche Transportzeit fällt dabei weniger ins Gewicht als kaputte Inhalte.

Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Übertragungszeit kann erforderlich sein, wenn Sie einen Live-Videostream ansehen, Audio streamen oder ein Online-Videospiel spielen. Es ist sicherlich nicht ideal, um ein Datagramm zu verlieren, aber es ist vorzuziehen, auf die erneute Übertragung zu warten, da der Inhalt zu dem Zeitpunkt, an dem er es war, bereits weitergewandert ist. Daher verwenden Echtzeit- und Streaming-Inhalte in der Regel UDP. Es ist leichter und schneller, da es im Gegensatz zu TCP keine erfolgreiche Übertragung garantiert.

Abschluss

Die Transportschicht ist Schicht 4 des OSI-Modells. Es ist für die Bereitstellung von End-to-End-Kommunikationsdiensten zwischen kommunizierenden Geräten verantwortlich. Protokolle auf dieser Ebene können zuverlässige Verbindungen bieten, selbst über instabile oder verbindungslose Verbindungen, vorausgesetzt, dass der meiste Datenverkehr problemlos durchkommt. Beide Optionen sind hilfreich und haben viele Anwendungsfälle. Zusammen machen TCP und UDP den größten Teil des Netzwerkverkehrs im Internet aus.