Die Netzwerk- und Transportschicht

Über der auf lokale Netzwerke beschränkten Sicherungsschicht liegen zwei Schichten, die eine weiterreichende Kommunikation ermöglichen. Schicht 3 ist die Vermittlungsschicht und Schicht 4 die Transportschicht. Die Vermittlungsschicht überträgt Daten mithilfe logischer Adressen zwischen getrennten Netzwerken, während die Transportschicht die Kommunikation zwischen Anwendungen einschließlich der Zuverlässigkeit verwaltet. Zusammen übertragen sie Daten über das Internet und liefern sie an das richtige Programm.

Die Vermittlungsschicht übernimmt die logische Adressierung und das Routing. Sie wählt Wege aus, über die Daten mehrere Netzwerke durchqueren können. Ihr wichtigstes Konzept ist die IP-Adresse (Internet Protocol), eine logische Adresse, die ein Gerät überall im Internet identifiziert, im Gegensatz zu einer lokalen MAC-Adresse. Auf der Vermittlungsschicht wird die Reise von einem Netzwerk zu einem entfernten Netzwerk geplant und gesteuert.

Eine IP-Adresse ist eine logische, hierarchisch aufgebaute Adresse, die über das Internet geroutet werden kann. Weil sie strukturiert ist, können Router Teile davon verwenden, um die Richtung zu bestimmen, ähnlich wie beim Lesen einer Postleitzahl. IP-Adressen können zugewiesen und geändert werden, im Gegensatz zu festen MAC-Adressen. Diese logische Adressierung ermöglicht es einem Paket, einen Server auf der anderen Seite der Welt zu finden.

Router sind die wichtigsten Geräte auf Schicht 3. Ein Router liest die Ziel-IP-Adresse jedes Pakets und leitet es Schritt für Schritt in Richtung des richtigen Netzwerks weiter. Router verbinden verschiedene Netzwerke miteinander. Deshalb verbindet Ihr Heimrouter Ihr LAN mit dem Internet. Sobald Daten von einem Netzwerk in ein anderes gelangen müssen, trifft ein Router der Schicht 3 diese Entscheidung.

Die Dateneinheit der Vermittlungsschicht ist das Paket. Ein Paket kapselt die Daten der Transportschicht mit einem IP-Header, der die IP-Adressen von Quelle und Ziel enthält. Router lesen diesen Header, um das Paket weiterzuleiten. Im Gegensatz zu einem Frame ist ein Paket dafür ausgelegt, mehrere Netzwerke zu durchqueren. Dabei bleiben seine IP-Adressen von Anfang bis Ende gleich, auch wenn sich die lokalen Frames an jedem Hop ändern.

Die Transportschicht verwaltet die Ende-zu-Ende-Kommunikation zwischen Anwendungen. Sie unterteilt Daten in Segmente, kann eine zuverlässige Übertragung sicherstellen und verwendet Portnummern, um Daten an das richtige Programm zu leiten. Während Schicht 3 die Pakete zum richtigen Gerät bringt, sorgt Schicht 4 dafür, dass sie die richtige Anwendung auf diesem Gerät erreichen und korrekt ankommen.

TCP (Transmission Control Protocol) ist das zuverlässige Transportprotokoll. Es baut eine Verbindung auf, nummeriert Segmente, bestätigt den Empfang mit Bestätigungen und sendet verlorene Daten erneut. TCP garantiert, dass Daten vollständig und in der richtigen Reihenfolge ankommen. Das ist ideal für Webseiten, E-Mails und Dateiübertragungen. Der Nachteil ist ein gewisser zusätzlicher Overhead durch diese sorgfältige Nachverfolgung.

UDP (User Datagram Protocol) ist das schnelle und schlanke Transportprotokoll. Es sendet Daten ohne Verbindungen, Empfangsbestätigungen oder garantierte Reihenfolge. Dadurch ist UDP schnell und effizient und eignet sich ideal für Live-Video, Sprachanrufe und Spiele, bei denen Geschwindigkeit wichtiger ist als das erneute Senden eines verlorenen Pakets. UDP tauscht Zuverlässigkeit gegen geringen Overhead und minimale Verzögerung ein.

Portnummern ermöglichen es einem Gerät, gleichzeitig viele Netzwerkanwendungen auszuführen. Jeder Dienst lauscht an einem Port, etwa Port 80 für Webdatenverkehr oder Port 443 für sicheren Webdatenverkehr. Die Transportschicht verwendet Ports, um eingehende Daten an die richtige Anwendung zu liefern. Ohne Ports könnte ein Gerät nicht erkennen, ob ankommende Daten für den Browser, die E-Mail-Anwendung oder ein Spiel bestimmt sind.

Zusammen bilden diese Schichten den Kern der Internetübertragung. Die Vermittlungsschicht verwendet IP-Adressen und Router, um ein Paket über mehrere Netzwerke zum richtigen Gerät zu liefern. Die Transportschicht verwendet anschließend Ports sowie TCP oder UDP, um die Daten zuverlässig oder schnell an die richtige Anwendung zu liefern. Schicht 3 findet das Gerät, Schicht 4 das Programm.

Schicht 3, die Vermittlungsschicht, übernimmt die logische IP-Adressierung und das Routing durch Router und bewegt Pakete zwischen Netzwerken. Schicht 4, die Transportschicht, verwaltet die Ende-zu-Ende-Übertragung mit Ports und wählt zwischen zuverlässigem TCP und schnellem UDP. Diese mittleren Schichten ermöglichen es, Daten über das globale Internet zu übertragen und trotzdem genau die richtige Anwendung zu erreichen.

Welche Schicht verwendet IP-Adressen und Router, um Daten zwischen getrennten Netzwerken zu übertragen?

Die Vermittlungsschicht (Schicht 3) verwendet logische IP-Adressen und Router, um Pakete zwischen getrennten Netzwerken weiterzuleiten. Die Transportschicht (Schicht 4) verwaltet die Ende-zu-Ende-Übertragung, verwendet Portnummern, um die richtige Anwendung zu erreichen, und wählt TCP für eine zuverlässige Übertragung in der richtigen Reihenfolge oder UDP für eine schnelle, schlanke Übertragung. Schicht 3 findet das Gerät, Schicht 4 das Programm. Zusammen übertragen sie Daten über das Internet.