Internet Protocol
| IP (Internet Protocol) | |||||||||||||||||||||||||
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| Familie: | Internetprotokollfamilie | ||||||||||||||||||||||||
| Einsatzgebiet: | Datenpaketversendung sowohl lokal als auch weltweit über verschiedene Netzwerke | ||||||||||||||||||||||||
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| Standards: | RFC 791 (1981) RFC 2460 (IPv6, 1998) | ||||||||||||||||||||||||
Das Internet Protocol (IP) ist ein in Computernetzen weit verbreitetes Netzwerkprotokoll und stellt die Grundlage des Internets dar. Es ist die Implementierung der Internetschicht des TCP/IP-Modells bzw. der Vermittlungsschicht (engl. Network Layer) des OSI-Modells. IP ist ein verbindungsloses Protokoll, d. h. bei den Kommunikationspartnern wird kein Zustand etabliert.
Eigenschaften und Funktionen
Das IP bildet die erste vom Übertragungsmedium unabhängige Schicht der Internetprotokoll-Familie. Das bedeutet, dass mittels IP-Adresse und Subnetzmaske (subnet mask) für IPv4, bzw. Präfixlänge bei IPv6, Computer innerhalb eines Netzwerkes in logische Einheiten, sogenannte Subnetze, gruppiert werden können. Auf dieser Basis ist es möglich, Computer in größeren Netzwerken zu adressieren und ihnen IP-Pakete zu senden, da logische Adressierung die Grundlage für Routing (Wegewahl und Weiterleitung von Netzwerkpaketen) ist.
Adressvergabe
Öffentliche IP-Adressen müssen in der Regel weltweit eindeutig zugeordnet werden können, daher ist deren Vergabe durch die Internet Assigned Numbers Authority (IANA) geregelt. Diese delegiert große Netze an Regional Internet Registries (RIRs), welche dann Subnetze davon z. B. an Internetprovider vergeben, die weitere Subnetze bilden können oder einzelne Adressen an Kunden vergeben.
Am 1. Februar 2011 vergab IANA die letzten beiden freien IPv4-Adressblöcke 39/8 und 106/8 an das Asia-Pacific Network Information Centre APNIC. Am 3. Februar 2011 starteten IANA und ICANN daraufhin die sog. „Exhaustion Phase“, in der je einer der letzten fünf Adressblöcke für die RIRs reserviert wurde. Damit ist der IPv4-Adresspool der internationalen Vergabestelle IANA ausgeschöpft.
Versionsgeschichte
Im Mai 1974 veröffentlichte das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) eine Forschungsarbeit mit dem Namen „Ein Protokoll für die gegenseitige Paket-Netzverbindung“. Darin beschrieben die Autoren Vint Cerf und Bob Kahn ein Zwischennetzwerkanschlussprotokoll, das die zur Verfügung stehenden Paketvermittlungsmöglichkeiten zwischen Knotenpunkten verwendet. Ein Hauptkontrollbestandteil dieses Modells war das „Übertragungskontrollprogramm“ (TCP), das sowohl verbindungsorientierte Verbindungen als auch Datenpaket-Dienstleistungen zwischen den Hosts vereinigte. Das monolithische Übertragungskontrollprogramm wurde später in eine Modularchitektur geteilt, die aus dem Übertragungskontrollprotokoll an der verbindungsorientierten Schicht und dem Internetprotokoll beim Zwischennetzwerkanschluss (Datenpaket) bestand. Das Modell wurde bekannt als TCP/IP.
Das Internetprotokoll ist eines der Elemente, die das Internet definieren. Dass es sich beim heute gebräuchlichen Protokoll IPv4 um die vierte Generation des Internet-Protokolls handelt, ist ein populärer Irrtum. Die Versionsnummer 4 bezieht sich lediglich darauf, dass die vierte Version des TCP-Protokolls zum Einsatz kommt. Da der Protokollstapel zusammenfassend als TCP/IP bezeichnet wird, entstand die Bezeichnung TCP/IPv4 bzw. IPv4. Die Angabe der Versionsnummer in den IP-Headern wurde in der Vergangenheit verwendet, um eine Abwärtskompatibilität zu gewährleisten und bei Bedarf Daten mit älteren Versionen des TCP- und RTP-Protokolls übertragen zu können. Das Internet-Protokoll als Solches wurde bis in die 1980er Jahre hinein sehr oft überarbeitet. Mit der Einführung des TCP-Protokolls in der Version 4 kam immer noch ein Internetprotokoll zum Einsatz, das sich in seinem Aufbau von jenem unterscheidet, das wir heute umgangssprachlich als IPv4 bezeichnen (siehe DoD Standard Internet Protocol).
Bei den überarbeiteten Fassungen des Internetprotokolls ging es im Wesentlichen darum, den Verbindungsaufbau zu optimieren und dem Internetprotokoll neue Möglichkeiten zu verleihen. Lediglich bei der ersten Version des Internetprotokolls nach RFC 675 kamen noch kürzere IP-Adressen zum Einsatz, wobei in den Paket-Headern getrennte Angaben für das Netz und Host vorhanden waren. In dem vier Bit breiten Feld zur Angabe des Ziel-Netzes wurde ein Wert angegeben, der das Netz kennzeichnet, in das das Paket geleitet werden soll (i.e.S.: ARPANET, UCL, CYCLADES, NPL, CADC, oder EPSS). Die Host-Felder hatten eine Länge von jeweils 16 Bit, so dass in jedem der mit dem Internet verbundenen Netze bis zu 65.536 Rechner adressiert werden konnten. Doch bereits ein Jahr später wurde ein Internetprotokoll eingeführt, bei dem Adressfelder mit einer Länge von 32 Bit eingesetzt wurden und IP-Adressen bereits das Format hatten, wie wir es auch heute kennen. Subnetting war allerdings noch nicht vorgesehen und eine Vergabestelle zur Verteilung von Adressen gab es auch noch nicht. Das erste Oktett einer IP-Adresse bestimmte nach wie vor das Netz und die übrigen drei Oktette der Adresse den Host. Faktisch existierten somit nur flache Class-A Netze, wobei mit der Zeit immer mehr Netze über das Internet miteinander verbunden waren.[1][2]
Durch die ständige Überarbeitung des Internet-Protokolls sowie darauf basierender Netzwerkprotokolle entwickelte sich langsam das Internet-Protokoll, wie wir es heute kennen und umgangssprachlich als IPv4 bezeichnen.
Der Nachfolger von IPv4 ist IPv6, wobei die Version 6 hierbei keine überarbeitete Fassung des TCP-Protokolls mehr kennzeichnet. Seine wichtigste Modifizierung ist die Länge der Adressen. IPv4 verwendet 32-Bit-Adressen (ca. 4 Milliarden, oder 4,3·109 Adressen), während IPv6 128-Bit-Adressen verwendet (ca. 340 Sextillionen, oder 3,4·1038 Adressen).
Obwohl die Verwendung von IPv6 erst langsam im Juni 2008 erfolgte, verfügen alle US-Regierungssysteme über diese grundlegende Infrastruktur-Unterstützung, wenn auch nur über grundlegende Voraussetzungen. Ein Protokoll mit der Bezeichnung IPv5 hat es nie gegeben. Die Version 5 wurde in einem IP-Header nur dann angegeben, wenn es sich um Datenpakete des Internet Streaming Protocol (Version 2) handelte, um beteiligte Netzwerkgeräte auf bestimmte Eigenheiten dieses Protokolls aufmerksam zu machen, das eine besondere Behandlung der Datenpakete erforderte. Dieses experimentelle Protokoll spielte in der Praxis jedoch kaum eine Rolle. Allerdings ist dies der Grund, warum das IPv6-Protokoll nicht IPv5 heißt. Die Versionsnummern 6 bis 9 wurden für verschiedene Protokoll-Modelle vorgeschlagen, die entworfen wurden, um IPv4 zu ersetzen.
Andere Protokoll-Vorschläge genannt IPv9 und IPv8 tauchten nur kurz auf, es erfolgte aber keine weitere Umsetzung.
In der Praxis ist IP fast ausschließlich in der Version IPv4 im Einsatz. Die Nachfolgeversion IPv6 wird bereits von zahlreichen Betriebssystemen sowie einer Reihe von Endanwendungen unterstützt und gilt als genügend ausgereift für einen umfassenden Einsatz. Beide Versionen können gleichzeitig auf derselben Infrastruktur betrieben werden, daneben gibt es weitere Übergangsmechanismen von IPv4 zu IPv6. Auch die wichtigsten Backbones im Internet leiten bereits IPv6-Pakete weiter, so dass ein schrittweiser Umstieg nur noch von der Umsetzung durch die Serverbetreiber und Diensteanbieter abhängig ist.
Zuverlässigkeit
Die Designgrundsätze der Internetprotokolle nehmen an, dass die Netzinfrastruktur an jedem einzelnen Netzelement oder Übertragungsmedium von Natur aus unzuverlässig ist. Auch setzen diese voraus, dass sich die Infrastruktur im Bezug auf Verfügbarkeit von Verbindungen und Knoten dynamisch verhält. Um jedoch die Netzinfrastruktur aufrechtzuerhalten, wird das Hauptaugenmerk der Datenübertragung vorsätzlich größtenteils auf den Endknoten jeder einzelnen Datenübermittlung gelegt. Router im Übertragungspfad schicken Datenpakete nur zu direkt erreichbaren und bekannten Übergängen, die die für den Bestimmungsort festgelegten Adressen vom Routenplanungspräfix vergleichen.
Demzufolge stellen diese Internetprotokolle nur beste Übergänge zur Verfügung, wodurch diese Dienste als unzuverlässig charakterisiert werden. Die im Netz architektonische Sprache ist ein Protokoll der Verbindung, im Gegensatz zu den weniger verbindungsorientierten Übertragungen. Jedes einzelne Datenpaket wird unabhängig behandelt. Da jeder einzelne Übermittlungsweg eines Datenpaketes neu definiert wird (dynamisch), ist es möglich, dass die Pakete auf verschiedenen Pfaden zu ihrem Bestimmungsort gesendet werden.
Die Internetprotokoll-Version 4 (IPv4) stellt den benötigten Schutz zur Verfügung, um sicherzustellen, dass der Protokollkopf jedes Datenpaketes fehlerfrei ist[3]. Ein Routenplanungsknoten berechnet eine Prüfsumme für den Paketkopf. Wenn die Prüfsumme ungültig ist, verwirft der Routenplanungsknoten das Paket. Der Routenplanungsknoten muss keinen Endknoten bekannt geben, obwohl das Internetkontrollnachrichtenprotokoll (ICMP) solche Ankündigungen erlaubt. Im Gegensatz dazu verfügt die Internetprotokoll-Version 6 (IPv6) über keine Prüfsumme[3], was zu einer schnelleren Verarbeitung während der Routenplanung führt.
Alle Fehlerquellen im Übertragungsnetz müssen entdeckt und mit Hilfe der Übertragung auf Endknoten ersetzt werden. Die oberen Schicht-Protokolle der Internetprotokoll-Familie sind dafür verantwortlich, Zuverlässigkeitsprobleme aufzulösen. Zum Beispiel kann ein Host Daten zurückhalten und eine Richtigstellung durchführen, bevor die Daten an den jeweiligen Empfänger geliefert werden.
Linkkapazität und Leistungsfähigkeit
Selbst wenn der Übermittlungspfad verfügbar und zuverlässig ist, besteht wegen der dynamischen Natur und der Heterogenität des Internets und seiner Bestandteile keine Garantie, dass auch tatsächlich jeder dieser einzelnen Pfade fähig ist, eine Datenübermittlung durchzuführen. Zum Beispiel stellt die erlaubte Übermittlungsgröße der jeweiligen Datenpakete eine technische Einschränkung dar. Jede Anwendung muss versichern, dass richtige Übertragungseigenschaften verwendet werden.
Ein Teil dieser Verantwortung liegt auch in den oberen Schicht-Protokollen. IPv6 verwendet die Fähigkeit, die maximale Übertragungseinheitsgröße einer lokalen Verbindung, sowie den dafür komplett geplanten Pfad zum Bestimmungsort zu untersuchen. Die IPv4-Zwischennetzwerkanschlussschicht hat die Fähigkeit ursprünglich, große Datenpakete automatisch in kleinere Einheiten für die Übertragung zu zerlegen.
Das Übertragungskontrollprotokoll (TCP) ist ein Beispiel eines Protokolls, das seine Segment-Größe reguliert, um kleiner zu sein, als der maximal erlaubte Durchfluss, der Maximum Transmission Unit (MTU). Das Benutzerdatenpaket-Protokoll (UDP) und das Internetkontrollnachrichtenprotokoll (ICMP) ignorieren jedoch die MTU-Größe, wodurch das IP gezwungen wird, übergroße Datenpakete zu splitten.
Siehe auch
- verwandte Protokolle
- Anwendungen
- Internet Protocol Television (IPTV)
- IP-Telefonie (VoIP)
- Internetdienste
Weblinks
- RFC 791 – Internet Protocol
- RFC 2460 – Internet Protocol, Version 6
- ICANN IPv6 News Conference | Miami, Florida am 3. Februar 2011 (englisch)
- ICANN: Phasen der IPv4 Vergabe (englisch)
- Fachbegriffe - Das Internetprotokoll dimaweb.at (deutsch)
Einzelnachweise
- ↑ Internet Experiment Note Index, Postel Center, Information Sciences Institute, University of Southern California, 2. März 1983
- ↑ Internet Experiment Note Index als PDF, Postel Center, Information Sciences Institute, University of Southern California, 2. März 1983
- ↑ a b Paket-basierte Kommunikationsprotokolle, Harald Orlamünder, Hüthig