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TCP/IP-Schichten – Kapselung, MAC- und IP-Adressen, TCP und UDP

InformatikNetzwerke und InternetAlter 17–18

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Verfolgen Sie die Daten einer Anwendung (HTTP, HTTPS, SMTP, POP3, IMAP, FTP, DNS oder ein Videoanruf), während sie Schicht für Schicht verpackt werden – Daten, TCP-Segment oder UDP-Datagramm mit Ports, IP-Paket mit IP-Adressen, WLAN- oder Ethernet-Frame mit MAC-Adressen –, über Router und einen Switch laufen und beim Empfänger wieder entpackt werden. Vergleichen Sie das TCP/IP-Modell mit 4 Schichten und das OSI-Modell mit 7 Schichten, beobachten Sie, wie sich die MAC-Adressen bei jedem Hop ändern, die IP-Adressen aber gleich bleiben, und fügen Sie Paketverlust hinzu: TCP sendet verlorene Segmente erneut, UDP nicht.

Lektion: Netzwerkprotokolle und Schichten: TCP/IP-Stapel und OSI-Modell, Kapselung, Ports, IP- und MAC-Adressen, TCP und UDP

Was sie zeigt

Netzwerksoftware ist in Schichten aufgebaut. Auf dem sendenden Computer fügt jede Schicht ihren eigenen Header hinzu: Die Transportschicht ergänzt die Portnummern (TCP nummeriert außerdem die Bytes), die Internetschicht die Quell- und Ziel-IP-Adresse, und die Netzzugangsschicht verpackt alles in einen Frame mit MAC-Adressen. Ein Switch liest nur den Frame; ein Router entfernt ihn, liest die Ziel-IP-Adresse und baut einen neuen Frame für die nächste Verbindung. Deshalb ändern sich die MAC-Adressen bei jedem Hop, die IP-Adressen bleiben gleich. TCP bestätigt mit ACKs und sendet Verlorenes erneut; UDP nicht.

So funktioniert es

Wählen Sie eine Anwendung und ein Schichtenmodell und stellen Sie Router, Paketverlust je Router und Datenteile ein. Beobachten Sie, wie die Pakete in A die Schichten hinab- und in B wieder hinaufwandern; tippen Sie auf ein Paket, um seine verschachtelten Header zu sehen. Mit Pause und Schritt gehen Sie Ereignis für Ereignis vor; vergleichen Sie die Header-Tabelle und klicken Sie nach einer Änderung auf Neu senden, um eine Zeile unter Übertragungen hinzuzufügen.

Einstellbare Parameter

  • Anwendungsprotokoll HTTP – Webseite anfordern, HTTPS – sichere Webseite, SMTP – E-Mail senden, POP3 – E-Mails herunterladen, IMAP – E-Mails auf dem Server lesen, FTP – Datei hochladen, DNS – Namen auflösen (UDP), Videoanruf – RTP (UDP)
  • Schichtenmodell TCP/IP (4 Schichten), OSI (7 Schichten)
  • Anzahl der Router auf dem Weg 1–4
  • Paketverlust je Router 0–30 %
  • Anzahl der Datenteile (Segmente oder Datagramme) 1–6
  • Animationsgeschwindigkeit 1–5

Fragen zum Erkunden

  1. Warum ändert sich die Ziel-MAC-Adresse nach jedem Router, während die Ziel-IP-Adresse gleich bleibt?
  2. Bis zu welcher Schicht liest ein Switch einen Frame, und bis zu welcher ein Router?
  3. Wie verhalten sich TCP und UDP bei 20 % Verlust unterschiedlich, und warum nutzt ein Videoanruf UDP?

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