Schicht 4: Transport – TCP vs. UDP
Die Transportschicht kümmert sich um die Ende-zu-Ende-Kommunikation zwischen zwei Anwendungen – also nicht zwischen Netzen (das macht Schicht 3), sondern zwischen Prozessen auf zwei Rechnern. Sie fügt Portnummern hinzu, damit eingehende Pakete beim richtigen Dienst ankommen, und bietet mit TCP und UDP zwei grundlegend verschiedene Transportstrategien an.
1. Aufgaben von Schicht 4
- Multiplexing: Mehrere Anwendungen teilen sich einen Netzwerkkanal, erkennbar durch Portnummern (Quell- und Zielport).
- Segmentierung: Große Datenmassen werden in kleinere Segmente aufgeteilt, die dann durch das Netz geschickt werden.
- Flusskontrolle: (TCP) Der Sender wird gebremst, wenn der Empfänger nicht schnell genug verarbeitet.
- Fehlerkorrektur: (TCP) Fehlende oder beschädigte Segmente werden erneut angefordert.
- Verbindungsmanagement: (TCP) Aufbau, Verwaltung und ordentlicher Abbau von Verbindungen.
2. TCP – zuverlässig, verbindungsorientiert
Das Transmission Control Protocol (TCP) garantiert, dass alle gesendeten Daten vollständig und in der richtigen Reihenfolge beim Empfänger ankommen. Es verwendet dazu ein Bestätigungssystem (ACK), Sequenznummern und Wiederholungsmechanismen. Das kostet Zeit – ist aber für viele Anwendungen unverzichtbar.
TCP
- Verbindungsorientiert (3-Way-Handshake)
- Zuverlässige Übertragung (ACK + Retransmit)
- Geordnete Reihenfolge (Sequenznummern)
- Flusskontrolle (Window Size)
- Staukontrolle (Congestion Control)
- Langsamer, aber sicher
- Einsatz: HTTP, HTTPS, FTP, SSH, SMTP
UDP
- Verbindungslos (kein Handshake)
- Keine Bestätigung, kein Retransmit
- Keine Reihenfolgegarantie
- Keine Flusskontrolle
- Sehr schnell, geringer Overhead
- Paketverlust möglich
- Einsatz: DNS, DHCP, VoIP, Video-Streaming, Gaming
3. TCP 3-Way-Handshake
Bevor TCP Daten überträgt, wird eine Verbindung etabliert. Der 3-Way-Handshake stellt sicher, dass beide Seiten sende- und empfangsbereit sind und tauscht initiale Sequenznummern aus:
Verbindungsabbau erfolgt mit einem 4-Way-FIN-Handshake: Jede Seite beendet ihre Richtung mit FIN + ACK. Das ermöglicht einen geordneten Abschluss ohne Datenverlust.
4. TCP-Header-Felder (wichtigste)
| Feld | Größe | Funktion |
|---|---|---|
| Quellport | 16 Bit | Port der sendenden Anwendung (Ephemeral) |
| Zielport | 16 Bit | Port des Zieldienstes (z.B. 443) |
| Sequenznummer | 32 Bit | Position der Daten im Datenstrom |
| Bestätigungsnummer | 32 Bit | Nächste erwartete Sequenznummer |
| Flags | 6+ Bit | SYN, ACK, FIN, RST, PSH, URG |
| Window Size | 16 Bit | Empfangspuffer (Flusskontrolle) |
| Prüfsumme | 16 Bit | Fehlerprüfung |
5. UDP – schnell und schlank
UDP (User Datagram Protocol) hat nur 8 Byte Header: Quellport, Zielport, Länge, Prüfsumme – das war's. Keine Verbindung, keine ACKs, kein Overhead. Für Anwendungen, die lieber ein veraltetes als gar kein Paket empfangen – wie VoIP oder Live-Video – ist UDP ideal. Der Verlust einzelner Frames ist akzeptabel, Latenzen durch Neuübertragungen nicht.