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Die Ports 100-299

Im zweiten Teil dieser Artikelsiere, die sich mit den standardisierten Ports auseinandersetzt, wird komplementär zu der aufgeführen Tabelle die RFC (Request for Comments) Deklaration und Definition als Link eingeblendet, um exakte Details zu beleuchten. 

Exakte Beschreibung eines Port: 

Port: 277/TCP

• Details

Nicht zugewiesen

• Quelle

IANA

Port: 277/UDP

• Details

Nicht zugewiesen 

• Quelle

IANA

Über TCP/UDP-PortsTCP-Port 277 verwendet das Transmission Control Protocol. TCP ist eines der Hauptprotokolle in TCP/IP-Netzwerken. TCP ist ein verbindungsorientiertes Protokoll, es erfordert Handshaking,um eine Ende-zu-Ende-Kommunikation einzurichten. Nur wenn eine Verbindung aufgebaut wird, können die Benutzerdaten bidirektional über die Verbindung gesendet werden.

TCP garantiert die Zustellung von Datenpaketen auf Port 277 in der gleichen Reihenfolge, in der sie gesendet wurden. Die garantierte Kommunikation über den TCP-Port 277 ist der Hauptunterschied zwischen TCP und UDP. Der UDP-Port 277 hätte die Kommunikation als TCP nicht garantiert.
UDP auf Port 277 bietet einen unzuverlässigen Dienst, und Datagramme können ohne Vorankündigung vervielfältigt ankommen, nicht in Ordnung sein oder fehlen. UDP auf Port 277 ist der Ansicht, dass eine Fehlerprüfung und -korrektur in der Anwendung nicht erforderlich ist oder nicht durchgeführt wird, wodurch der Overhead einer solchen Verarbeitung auf der Ebene der Netzwerkschnittstelle vermieden wird.
UDP (User Datagram Protocol) ist ein minimales nachrichtenorientiertes Transportschichtprotokoll (das Protokoll ist in IETF RFC 768 dokumentiert).

Anwendungsbeispiele, die häufig UDP verwenden: Voice over IP (VoIP), Medien-Streaming und Echtzeit-Multiplayer-Spiele. Viele Web-Anwendungen verwenden UDP, z.B. das Domain Name System (DNS), das Routing Information Protocol (RIP), das Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), das Simple Network Management Protocol (SNMP).
TCP vs. UDP - TCP: zuverlässig, geordnet, schwergewichtig, Streaming; UDP - unzuverlässig, nicht geordnet, leichtgewichtig, Datagramme.

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Segmentierung von Nachrichten

Die Kenntnis des OSI-Referenzmodells und des TCP/IP-Protokollmodells wird sich als nützlich erweisen, wenn Sie erfahren, wie Daten auf ihrem Weg durch ein Netzwerk gekapselt werden. Es ist nicht so einfach wie ein physischer Brief, der über das Mailsystem verschickt wird.

Theoretisch könnte eine einzelne Kommunikation, wie z.B. ein Video oder eine E-Mail-Nachricht mit vielen großen Anhängen, als ein massiver, ununterbrochener Bitstrom über ein Netzwerk von einer Quelle zu einem Ziel gesendet werden. Dies würde jedoch Probleme für andere Geräte verursachen, die dieselben Kommunikationskanäle oder Links verwenden müssen. Diese großen Datenströme würden zu erheblichen Verzögerungen führen. Außerdem würde bei einem Ausfall einer Verbindung in der zusammengeschalteten Netzwerkinfrastruktur während der Übertragung die gesamte Nachricht verloren gehen und müsste vollständig neu übertragen werden.

Ein besserer Ansatz besteht darin, die Daten in kleinere, leichter zu handhabende Stücke zu unterteilen, die über das Netzwerk gesendet werden können. Bei der Segmentierung wird ein Datenstrom für die Übertragung über das Netzwerk in kleinere Einheiten aufgeteilt. Die Segmentierung ist notwendig, weil Datennetzwerke die TCP/IP-Protokollsuite verwenden und Daten in einzelnen IP-Paketen senden. Jedes Paket wird separat verschickt, ähnlich wie ein langer Brief als eine Reihe einzelner Postkarten. Pakete, die Segmente für dasselbe Ziel enthalten, können über verschiedene Pfade gesendet werden.

Dies führt dazu, dass die Segmentierung von Nachrichten zwei Hauptvorteile hat:

• Erhöhte Geschwindigkeit - Da ein großer Datenstrom in Pakete segmentiert wird, können große Datenmengen über das Netzwerk gesendet werden, ohne eine Kommunikationsverbindung zu binden. Dadurch können viele verschiedene Gespräche im Netzwerk verschachtelt werden, was als Multiplexing bezeichnet wird.
• Erhöht die Effizienz - Wenn ein einzelnes Segment aufgrund eines Netzwerkfehlers oder einer Netzwerküberlastung sein Ziel nicht erreicht, muss nur dieses Segment erneut übertragen werden, anstatt den gesamten Datenstrom erneut zu senden. 

Sequenzierung

Die Herausforderung bei der Verwendung von Segmentierung und Multiplexing zur Übertragung von Nachrichten über ein Netzwerk liegt in der Komplexität, die dem Prozess hinzugefügt wird. Stellen Sie sich vor, Sie müssten einen 1000-seitigen Brief versenden, aber jeder Umschlag könnte nur eine Seite enthalten. Daher wären 1000 Umschläge erforderlich, und jeder Umschlag müsste einzeln adressiert werden. Es ist möglich, dass der 1000-seitige Brief in 1000 verschiedenen Umschlägen nicht in der richtigen Reihenfolge eintrifft. Folglich müssten die Informationen im Umschlag eine laufende Nummer enthalten, um sicherzustellen, dass der Empfänger die Seiten in der richtigen Reihenfolge wieder zusammensetzen kann.

Bei der Netzwerkkommunikation muss jedes Segment der Nachricht einen ähnlichen Prozess durchlaufen, um sicherzustellen, dass es an den richtigen Bestimmungsort gelangt und wieder in den Inhalt der ursprünglichen Nachricht eingefügt werden kann, wie in der Abbildung gezeigt. TCP ist für die Sequenzierung der einzelnen Segmente verantwortlich.

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TCP-Funktionen

Im vorherigen Artikel haben Sie gelernt, dass TCP und UDP die beiden Transportschichtprotokolle sind. In diesem Artikel finden Sie weitere Einzelheiten darüber, was TCP tut und wann es eine gute Idee ist, es anstelle von UDP zu verwenden.

Um die Unterschiede zwischen TCP und UDP zu verstehen, ist es wichtig sich bewusst zu machen, wie jedes Protokoll spezifische Zuverlässigkeitsmerkmale implementiert und wie jedes Protokoll Kommunikation verfolgt. Neben der Unterstützung der Grundfunktionen der Datensegmentierung und -wiederzusammenfügung bietet TCP auch die folgenden Dienste:

• Aufbau einer Sitzung: TCP ist ein verbindungsorientiertes Protokoll, das vor der Weiterleitung von Datenverkehr eine permanente Verbindung (oder Sitzung) zwischen Quell- und Zielgeräten aushandelt und aufbaut. Durch den Sitzungsaufbau handeln die Geräte die Menge an Verkehr aus, die zu einem bestimmten Zeitpunkt weitergeleitet werden kann, und die Kommunikationsdaten zwischen den beiden Geräten können genau verwaltet werden.

• Gewährleistet eine zuverlässige Zustellung: Aus vielen Gründen ist es möglich, dass ein Segment bei der Übertragung über das Netzwerk beschädigt wird oder ganz verloren geht. TCP stellt sicher, dass jedes Segment, das von der Quelle gesendet wird, am Ziel ankommt.

• Bietet Zustellung in der gleichen Reihenfolge: Da Netzwerke unter Umständen mehrere Routen mit unterschiedlichen Übertragungsraten anbieten, können Daten in der falschen Reihenfolge ankommen. Durch Nummerierung und Sequenzierung der Segmente stellt TCP sicher, dass die Segmente in der richtigen Reihenfolge wieder zusammengesetzt werden.

• Unterstützt Flusskontrolle: Netzwerk-Hosts haben begrenzte Ressourcen (d.h. Speicher und Verarbeitungsleistung). Wenn TCP weiß, dass diese Ressourcen überlastet sind, kann es die sendende Anwendung auffordern, die Datenflussrate zu reduzieren. Dies geschieht, indem TCP die von der Quelle übertragene Datenmenge reguliert. Die Flusssteuerung kann die Notwendigkeit einer erneuten Übertragung der Daten verhindern, wenn die Ressourcen des empfangenden Hosts überlastet sind. Weitere Informationen über TCP finden Sie im Internet unter RFC 793.

TCP Header

TCP ist ein zustandsorientiertes Protokoll, d.h. es verfolgt den Zustand der Kommunikationssitzung. Um den Zustand einer Sitzung zu verfolgen, zeichnet TCP auf, welche Informationen es gesendet hat und welche Informationen bestätigt wurden. Die zustandsbehaftete Sitzung beginnt mit dem Sitzungsaufbau und endet mit dem Sitzungsende.

Ein TCP-Segment fügt 20 Byte (d.h. 160 Bit) Overhead hinzu, wenn die Daten der Anwendungsschicht gekapselt werden.

Die Tabelle zeigt die Felder in einem TCP-Header, welcher insgesamt 20 Byte umfasst:

TCP-Header-Felder:

Anwendungen, die TCP verwenden

TCP ist ein gutes Beispiel dafür, dass die verschiedenen Schichten der TCP/IP-Protokollreihe spezifische Rollen haben. TCP übernimmt alle Aufgaben, die mit der Aufteilung des Datenflusses in Segmente, der Gewährleistung der Zuverlässigkeit, der Kontrolle des Datenflusses und der Neuordnung der Segmente verbunden sind. Durch TCP wird die Anwendung von der Verwaltung dieser Aufgaben befreit.

Anwendungen können den Datenfluss einfach an die Transportschicht senden und die Dienste von TCP nutzen. Hierzu zählen: 

• HTTP
• FTP
• SMTP
• SSH
• TCP
• Und IP zu/durch TCP

Transmission Control Protocol (TCP):

IP befasst sich nur mit der Struktur, Adressierung und Weiterleitung von Paketen, vom ursprünglichen Absender bis zum endgültigen Ziel. IP ist nicht dafür verantwortlich, die Zustellung zu garantieren oder zu bestimmen, ob eine Verbindung zwischen Sender und Empfänger hergestellt werden muss.TCP gilt als ein zuverlässiges, mit allen Funktionen ausgestattetes Transportschichtprotokoll, das sicherstellt, dass alle Daten am Zielort ankommen. TCP enthält Felder, die die Zustellung der Anwendungsdaten sicherstellen. Diese Felder erfordern eine zusätzliche Verarbeitung durch die sendenden und empfangenden Hosts.

TCP unterteilt Daten in Segmente, dabei ist der TCP-Transport analog zum Senden von Paketen, die von der Quelle zum Ziel verfolgt werden. Im Falle, dass ein Versandauftrag in mehrere Pakete aufgeteilt wird, kann ein Kunde online die Reihenfolge der Lieferung überprüfen.TCP bietet Zuverlässigkeit und Flusskontrolle unter Verwendung dieser Grundoperationen:

• Anzahl und Verfolgung von Datensegmenten, die von einer bestimmten Anwendung an einen bestimmten Host übertragen werden
• Empfangene Daten bestätigen
• Nicht bestätigte Daten nach einer bestimmten Zeit erneut senden
• Sequenzdaten, die in falscher Reihenfolge ankommen könnten
• Senden von Daten mit einer effizienten Rate, die für den Empfänger akzeptabel ist

Um den Zustand einer Konversation aufrechtzuerhalten und die Informationen zu verfolgen, muss TCP zunächst eine Verbindung zwischen dem Sender und dem Empfänger herstellen. Aus diesem Grund wird TCP als verbindungsorientiertes Protokoll bezeichnet. 

User Datagram Protocol (UDP):

UDP ist ein einfacheres Transportschichtprotokoll als TCP. Es bietet keine Zuverlässigkeit und Flusskontrolle, was bedeutet, dass es weniger Header-Felder benötigt. Da die UDP-Prozesse des Senders und des Empfängers keine Zuverlässigkeit und Flusssteuerung verwalten müssen, bedeutet dies, dass UDP-Datagramme schneller verarbeitet werden können als TCP-Segmente. UDP bietet die Grundfunktionen für die Lieferung von Datagrammen zwischen den entsprechenden Anwendungen mit sehr wenig Overhead und Datenkontrolle.

UDP unterteilt Daten in Datagramme, die auch als Segmente bezeichnet werden. Anders als TCP, ist UDP ein verbindungsloses Protokoll. Da UDP weder Zuverlässigkeit noch Flusskontrolle bietet, erfordert es keine etablierte Verbindung. Darüber hinaus verfoglt UDP keine zwischen Client und Server gesendeten oder empfangenen Informationen und wird daher auch als zustandsloses Protokoll bezeichnet.

Ferner wird UDP auch als "Best Effort Delivery"-Protokoll bezeichnet, da es keine Bestätigung gibt, dass die Daten am Zielort empfangen werden, ergo gibt es bei UDP keine Transportschichtprozesse, die den Sender über eine erfolgreiche Zustellung informieren. UDP ist wie ein normaler, nicht eingeschriebener Brief in der Post. Der Absender des Briefes ist sich der Verfügbarkeit des Empfängers für den Empfang des Briefes nicht bewusst. Auch ist die Post nicht dafür verantwortlich, den Brief zu verfolgen oder den Absender zu informieren, wenn der Brief nicht am endgültigen Bestimmungsort eintrifft, sofern man keine spezifische Option zur Verfolgung gewählt hat. 

Das richtige Transportschichtprotokoll für die richtige Anwendung:

Einige Anwendungen können einen gewissen Datenverlust während der Übertragung über das Netzwerk tolerieren, aber Verzögerungen bei der Übertragung sind inakzeptabel. Für diese Anwendungen ist UDP die bessere Wahl, da es weniger Netzwerk-Overhead erfordert. Für Anwendungen wie Voice over IP (VoIP) ist UDP vorzuziehen. Bestätigungen und Weiterleitung würden die Zustellung verlangsamen und das Telefongespräch inakzeptabel machen.

UDP wird auch von Anfrage-und-Antwort-Anwendungen verwendet, bei denen die Daten minimal sind und die Weiterleitung schnell erfolgen kann. Beispielsweise verwendet der Domain Name Service (DNS) UDP für diese Art von Transaktionen. Der Client fordert IPv4- und IPv6-Adressen für einen bekannten Domänennamen von einem DNS-Server an. Wenn der Client innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne keine Antwort erhält, sendet er die Anfrage einfach erneut.

Sollten z. B. ein oder zwei Segmente eines Live-Video-Streams nicht ankommen, führt dies zu einer vorübergehenden Unterbrechung des Streams. Dies kann als Verzerrung im Bild oder Ton erscheinen, ist aber für den Benutzer möglicherweise nicht wahrnehmbar. Wenn das Zielgerät für Datenverluste aufkommen müsste, könnte der Stream während des Wartens auf erneute Übertragungen verzögert werden, wodurch das Bild oder der Ton stark beeinträchtigt werden könnte. In diesem Fall ist es besser, die bestmöglichen Medien mit den empfangenen Segmenten zu liefern und auf Zuverlässigkeit zu verzichten.

Bei anderen Anwendungen ist es wichtig, dass alle Daten ankommen und in der richtigen Reihenfolge verarbeitet werden können. Für diese Art von Anwendungen wird TCP als Transportprotokoll verwendet. Beispielsweise erfordern Anwendungen wie Datenbanken, Webbrowser und E-Mail-Clients, dass alle gesendeten Daten in ihrem ursprünglichen Zustand am Zielort ankommen. Fehlende Daten könnten eine Kommunikation verfälschen und sie entweder unvollständig oder unlesbar machen. So ist es beispielsweise beim Zugriff auf Bankinformationen über das Internet wichtig, sicherzustellen, dass alle Informationen korrekt gesendet und empfangen werden.

Die Anwendungsentwickler müssen je nach den Anforderungen der Anwendungen wählen, welcher Transportprotokolltyp geeignet ist. Video kann über TCP oder UDP gesendet werden. Anwendungen, die gespeichertes Audio und Video streamen, verwenden in der Regel TCP. Die Anwendung verwendet TCP zur Durchführung von Pufferung, Bandbreitensondierung und Staukontrolle, um die Benutzererfahrung besser kontrollieren zu können.

Echtzeit-Video und Sprache verwenden normalerweise UDP, können aber auch TCP oder sowohl UDP als auch TCP verwenden. Eine Videokonferenzanwendung kann standardmäßig UDP verwenden, aber da viele Firewalls UDP blockieren, kann die Anwendung auch über TCP gesendet werden.

Anwendungen, die gespeichertes Audio und Video streamen, verwenden TCP. Wenn Ihr Netzwerk beispielsweise plötzlich die für die Wiedergabe eines On-Demand-Films benötigte Bandbreite nicht mehr unterstützt, unterbricht die Anwendung die Wiedergabe. Während der Pause sehen Sie möglicherweise eine "Pufferung..."-Meldung, während TCP daran arbeitet, den Stream wieder herzustellen. Wenn alle Segmente in Ordnung sind und ein Mindestmaß an Bandbreite wiederhergestellt ist, wird Ihre TCP-Sitzung fortgesetzt, und die Wiedergabe des Films wird fortgesetzt.

Fassen wir  die Unterschiede zwischen UDP und TCP zusammen:

Funktion der Transportschicht:

Programme der Anwendungsschicht erzeugen Daten, die zwischen Quell- und Ziel-Hosts ausgetauscht werden müssen. Die Transportschicht - Sie erinnern sich, Layer 4, Tranportschicht -  ist für die logische Kommunikation zwischen Anwendungen zuständig, die auf verschiedenen Hosts laufen. Dazu können Dienste wie der Aufbau einer temporären Sitzung zwischen zwei Hosts und die zuverlässige Übertragung von Informationen für eine Anwendung gehören. Die Transportschicht die Verbindung zwischen der Anwendungsschicht und den unteren Schichten, die für die Netzwerkübertragung zuständig sind.

Die Transportschicht hat keine Kenntnis über den Ziel-Host-Typ, die Art der Medien, über die die Daten transportiert werden müssen, den Weg, den die Daten nehmen, den Stau auf einer Verbindung oder die Größe des Netzwerks. Die Transportschicht umfasst zwei Protokolle:

• Transmission Control Protocol (TCP)
• User Datagram Protocol (UDP)

Aufgaben der Transportschicht:

Tracking/Verfolgen einzelner Konversationen

Auf der Transportschicht wird jeder Datensatz, der zwischen einer Quellanwendung und einer Zielanwendung fließt, als Konversation bezeichnet und separat verfolgt. Es liegt in der Verantwortung der Transportschicht, diese Mehrfachkonversationen aufrechtzuerhalten und zu verfolgen. Ein Host kann über mehrere Anwendungen verfügen, die gleichzeitig über das Netzwerk kommunizieren. Die meisten Netzwerke haben eine Begrenzung der Datenmenge, die in einem einzigen Paket enthalten sein kann. Daher müssen die Daten in handhabbare Stücke aufgeteilt werden.

Segmentieren von Daten und Wiederzusammensetzen von Segmenten

Es liegt in der Verantwortung der Transportschicht, die Anwendungsdaten in Blöcke geeigneter Größe aufzuteilen. Je nach dem verwendeten Transportschichtprotokoll werden die Blöcke der Transportschicht entweder Segmente oder Datagramme genannt. Die Transportschicht unterteilt die Daten in kleinere Blöcke (d.h. Segmente oder Datagramme), die einfacher zu verwalten und zu transportieren sind.

Header-Informationen hinzufügen

Das Transportschichtprotokoll fügt jedem Datenblock auch Header-Informationen hinzu, die binäre Daten enthalten, die in mehreren Feldern organisiert sind. Es sind die Werte in diesen Feldern, die es den verschiedenen Transportschichtprotokollen ermöglichen, unterschiedliche Funktionen bei der Verwaltung der Datenkommunikation auszuführen. Beispielsweise werden die Header-Informationen vom empfangenden Host verwendet, um die Datenblöcke wieder zu einem vollständigen Datenstrom für das empfangende Programm der Anwendungsschicht zusammenzusetzen. Die Transportschicht stellt sicher, dass auch bei mehreren auf einem Gerät laufenden Anwendungen alle Anwendungen die korrekten Daten erhalten.

Identifizieren der Anwendungen

Die Transportschicht muss in der Lage sein, mehrere Kommunikationen mit unterschiedlichen Transportanforderungen zu trennen und zu verwalten. Um Datenströme an die richtigen Anwendungen weiterzuleiten, identifiziert die Transportschicht die Zielanwendung anhand einer Kennung, die als Portnummer bezeichnet wird. Jedem Softwareprozess, der auf das Netzwerk zugreifen muss, wird eine für diesen Host eindeutige Portnummer zugewiesen.

Gesprächsmultiplexen

Das Senden bestimmter Datentypen (z. B. ein Video-Streaming) über ein Netzwerk als ein kompletter Kommunikationsstrom kann die gesamte verfügbare Bandbreite beanspruchen. Dies würde verhindern, dass gleichzeitig andere Kommunikationsgespräche stattfinden. Es würde auch die Fehlerbehebung und die erneute Übertragung beschädigter Daten erschweren, daher verwendet die Transportschicht Segmentierung und Multiplexing, um die Verschachtelung verschiedener Kommunikationsgespräche im selben Netzwerk zu ermöglichen. An den Daten im Segment kann eine Fehlerprüfung durchgeführt werden, um festzustellen, ob das Segment während der Übertragung verändert wurde.

Transportschicht-Protokolle:

IP befasst sich nur mit der Struktur, Adressierung und dem Routing von Paketen. IP gibt nicht an, wie die Zustellung oder der Transport der Pakete erfolgt. Protokolle der Transportschicht spezifizieren, wie Nachrichten zwischen Hosts übertragen werden, und sind für die Verwaltung der Zuverlässigkeitsanforderungen einer Konversation verantwortlich. Die Transportschicht umfasst die Protokolle TCP und UDP. Verschiedene Anwendungen haben unterschiedliche Anforderungen an die Transportzuverlässigkeit. Daher bietet TCP/IP zwei Transportschichtprotokolle wie folgt: TCP und UDP.  

Im nächsten Artikel  befassen wir uns mit diesen Protokollen ausführlich.