Internet Protocol

Funktion

Das Internet-Protokoll erhält Informationen von einem Quellcomputer zu einem Zielcomputer. Es sendet diese Informationen in Form von Paketen.

Gegenwärtig sind zwei Versionen des Internet-Protokolls in Gebrauch: IPv4 und IPv6, wobei IPv4 die am häufigsten verwendete Version ist. IP gibt Computern auch eine IP-Adresse, um sich gegenseitig zu identifizieren, ähnlich wie eine typische physische Adresse.

IP ist das primäre Protokoll in der Internetschicht der Internet Protocol Suite, die eine Reihe von Kommunikationsprotokollen ist, die aus sieben Abstraktionsschichten besteht (siehe OSI-Modell),

Der Hauptzweck und die Hauptaufgabe von IP ist die Lieferung von Datagrammen vom Quell-Host (Quellcomputer) an den Ziel-Host (Empfangscomputer) auf der Grundlage ihrer Adressen. Um dies zu erreichen, umfasst IP Methoden und Strukturen, um Tags (Adressinformationen, die Teil der Metadaten sind) innerhalb von Datagrammen zu platzieren. Der Prozess des Einfügens dieser Tags in Datagramme wird als Kapselung bezeichnet, man denke an eine Anologie mit dem Postsystem. IP ist dem US-Postsystem insofern ähnlich, als es erlaubt, ein Paket (ein Datagramm) zu adressieren (Kapselung) und vom Absender (Quellhost) in das System (das Internet) zu stellen. Es besteht jedoch keine direkte Verbindung zwischen Sender und Empfänger. 

Das Paket (Datagramm) ist fast immer in Stücke unterteilt, aber jedes Stück enthält die Adresse des Empfängers (Ziel-Host). Letztendlich kommt jedes Stück beim Empfänger an, oft auf verschiedenen Wegen und zu verschiedenen Zeiten. Diese Routen und Zeiten werden auch durch das Postsystem bestimmt, das die IP ist. Das Postsystem (in der Transport- und Anwendungsschicht) setzt jedoch alle Stücke vor der Lieferung an den Empfänger (Ziel-Host) wieder zusammen.

Hinweis: IP ist eigentlich ein verbindungsloses Protokoll, was bedeutet, dass die Verbindung zum Empfänger (Ziel-Host) nicht vor der Übertragung (durch den Quell-Host) aufgebaut werden muss. Um die Analogie fortzusetzen, muss keine direkte Verbindung zwischen der physischen Rücksendeadresse auf dem Brief/Paket und der Empfängeradresse bestehen, bevor der Brief/das Paket verschickt wird.

Ursprünglich war IP ein verbindungsloser Datagrammdienst in einem 1974 von Vint Cerf und Bob Kahn geschaffenen Übertragungskontrollprogramm. Als Format und Regeln angewandt wurden, um Verbindungen zu ermöglichen, entstand das verbindungsorientierte Transmission Control Protocol. Beide zusammen bilden die Internet Protocol Suite, die oft als TCP/IP bezeichnet wird.

Internet Protocol Version 4 (IPv4) war die erste größere Version von IP. Dies ist das dominierende Protokoll des Internets. iPv6 ist jedoch aktiv und in Gebrauch, und sein Einsatz nimmt weltweit zu.

Adressierung und Routing sind die komplexesten Aspekte des IP. Die Intelligenz im Netz befindet sich jedoch an Knotenpunkten (Netzverbindungspunkten) in Form von Routern, die Datagramme an das nächste bekannte Gateway auf dem Weg zum Endziel weiterleiten. Die Router verwenden interne Gateway-Protokolle (IGPs) oder externe Gateway-Protokolle (EGPs), um bei der Entscheidung über die Weiterleitungsroute zu helfen. Die Routen werden durch das Routing-Präfix innerhalb der Datagramme bestimmt. Der Routing-Prozess kann daher komplex werden. Aber mit Lichtgeschwindigkeit (oder fast Lichtgeschwindigkeit) bestimmt die Routing-Intelligenz die beste Route, und die Datagrammteile und Datagramme kommen schließlich alle an ihrem Ziel an.

IP-Pakete

IP-Pakete oder Datagramme bestehen aus zwei Teilen. Der erste Teil ist der Header, der wie ein Etikett auf einem Umschlag aussieht. Der zweite Teil ist die Nutzlast, die wie ein Brief in einem Umschlag aussieht. Der Header enthält die Quell- und Ziel-IP-Adressen und einige zusätzliche Informationen. Diese Informationen werden als Metadaten bezeichnet und beziehen sich auf das Paket selbst. Das Einfügen von Daten in ein Paket mit einem Header ist Kapselung.

Leitweglenkung

Jeder Computer in einem Netzwerk führt eine Art Routing durch. Dedizierte Computer sprechen miteinander, um herauszufinden, wohin sie Pakete senden sollen. Diese Computer werden als Router bezeichnet und kommunizieren über Routing-Protokolle.

Bei jedem Sprung auf der Reise eines Pakets liest ein Computer den Header. Der Computer sieht die Ziel-IP-Adresse und findet heraus, wohin das Paket gesendet werden soll.

Zuverlässigkeit

Das ARPANET, der frühe Vorfahre des Internets, wurde entwickelt, um einen Atomkrieg zu überleben. Wenn ein Computer zerstört würde, würde die Kommunikation zwischen allen anderen Computern immer noch funktionieren. Computernetzwerke folgen immer noch dem gleichen Design.

Computer, die miteinander kommunizieren, handhaben die "intelligenten" Funktionen zur Vereinfachung von Computernetzwerken. Statt einer zentralen Instanz prüfen die Endknoten auf Fehler. Die Aufbewahrung der "intelligenten" Dinge auf den Endcomputern oder Knoten erfolgt nach dem End-to-End-Prinzip.

Das Internet-Protokoll sendet Pakete aus, ohne sicherzustellen, dass sie sicher ankommen. Dies ist eine Zustellung nach besten Kräften und unzuverlässig. Die Pakete könnten durcheinander geraten, verloren gehen, vervielfältigt werden oder nicht in Ordnung sein. Protokolle auf höherer Ebene wie das Transmission Control Protocol (TCP) stellen sicher, dass Pakete korrekt zugestellt werden. IP ist auch verbindungslos, so dass es die Kommunikation nicht verfolgt.

Internet Protocol Version 4 (IPv4) verwendet eine Prüfsumme, um in einem IP-Header auf Fehler zu prüfen. Jede Prüfsumme ist für eine Quell-/Zielkombination eindeutig. Ein Routing-Knoten generiert eine neue Prüfsumme, wenn er ein Paket erhält. Wenn sich die neue Prüfsumme von der alten unterscheidet, weiß der Routing-Knoten, dass das Paket schlecht ist und wirft es weg. IPv6 geht davon aus, dass ein anderes Protokoll auf Fehler prüft und lässt die Prüfsumme weg. Damit soll die Leistung verbessert werden.

Geschichte

1974 veröffentlichte das Institute of Electrical and Electronics Engineers ein Papier mit dem Titel "A Protocol for Packet Network Intercommunication". Das Papier beschrieb eine Möglichkeit, wie Computer mittels Paketvermittlung miteinander kommunizieren können. Ein großer Teil dieser Idee war das "Transmission Control Program". Das "Transmission Control Program" war zu groß, so dass es sich in TCP und IP aufspaltete. Dieses Modell wird heute als DoD-Internet-Modell und Internet-Protokoll-Suite oder TCP/IP-Modell bezeichnet.

Die Versionen 0 bis 3 des IP waren experimentell und wurden zwischen 1977 und 1979 verwendet.

IPv4-Adressen werden auslaufen, da die Anzahl der möglichen Adressen endlich ist. Um dies zu beheben, hat das IEEE IPv6 geschaffen, das noch mehr Adressen hat. Während IPv4 4,3 Milliarden Adressen hat, hat IPv6 340 Undezillionen davon. Das bedeutet, dass uns die IPv6-Adressen nie ausgehen werden. IPv5 war für das Internet Stream Protocol reserviert, das nur experimentell verwendet wurde.