TCP/IP-Modell – Das Fundament des Internets

14.07.2021

TCP/IP-Modell im Überblick

Das OSI-Modell im Überblick

OSI-Model Encapsulation und Decapsulation

Stell dir vor, du schreibst einen Brief, legst ihn in einen Umschlag, bringst ihn zur Post – und Tage später landet er beim Empfänger.

Genauso reisen auch Daten im Internet: Sie werden verpackt, adressiert, weitergeleitet – Schicht für Schicht.

Das TCP/IP-Modell erklärt genau diesen digitalen Postweg.

📦 Was ist das TCP/IP-Modell?

Das TCP/IP-Modell besteht aus vier Schichten, die jeweils eine bestimmte Aufgabe bei der Datenübertragung übernehmen. Jede Schicht baut auf der darunterliegenden auf – wie bei einem Postsystem: vom Schreiben des Briefs bis zur Zustellung an die Haustür.

🟦 4. Anwendungsschicht (Application Layer)

🟦7. Anwendung (Application)
🟦6. Darstellung (Presentation)
🟦5. Sitzung (Session)

📡 DHCP 🌐 DNS 📁 FTP 🌍 HTTP 🔒 HTTPS 🔐 SSL 🔐 TLS 🧾 LDAP 📶 MQTT 🔗 NCP 🎥 RTP ✉️ SMTP 💬 XMPP 🔁 NetBIOS

🧾 Daten, 🛡️ Proxy, 🔁 Gateway, 🎯 Content-Switch, 🧠 Layer-4-7-Switch

Chrome, Firefox, Safari, Edge, Outlook, Gmail, Dropbox, YouTube, WhatsApp Web, Zoom, Teams, Google Drive, Instagram

🟩 3. Transport (Transport Layer)

🟩4. Transport (Transport) 🔌 TCP 📤 UDP 🔁 SCTP 🧩 SPX

🔌 TCP = Segmente, 📤 UDP = Datagramme

Datei-Upload, Videoanruf, Online-Gaming, Live-Streams, WhatsApp-Anruf, Cloud-Backup, Login-Vorgang, Punkt-zu-Punkt-Kommunikation

🟨 2. Internet (Network Layer)

🟨3. Vermittlung-/Paket (Network) 📡 ICMP 👥 IGMP 🧭 IP 🛡️ IPsec 🔀 IPX

🧭 Pakete, 🌐 Router, 🎛️ Layer-3-Switch

FritzBox, Vodafone Station, Speedport, Handy-Hotspot, WLAN im ICE, LTE/5G-Router, mobiles Internet, Starlink, Internet im Bus

🟥 1. Netzzugriff (Network Access Layer)

🟥2. Sicherung (Data Link) 🔌 IEEE 802.3 Ethernet 📶 IEEE 802.11 WLAN 🛰️ TLAP 💡 FDDI 🧷 MAC 🔄 Token Ring 🧮 ARCNET
🟥1. Bitübertragung (Physical) ⚙️ 1000BASE-T 🔄 Token Ring 🧮 ARCNET

🧱 Rahmen (Frames), 🧿 Bits, 🧬 Symbole, 🧷 Bridge, 🧩 Switch, 📶 WAP, 📡 Repeater, 🧃 Hub, 📡 Antenne, 🧵 Netzwerkkabel, ☁️ Äther

WLAN (Wi-Fi), LAN-Kabel, Repeater, WLAN-Router, Switch, Powerline-Adapter, Netzwerkdose, USB-WLAN-Stick, Handy-Antenne, Funkwellen, Luft (Äther)

🟥 1. Netzzugangsschicht (Network Access Layer) Diese Schicht kümmert sich um die physikalische Übertragung der Daten über Kabel oder Funk. Sie arbeitet mit MAC-Adressen, Rahmen (Frames), Bits und Signalen.

📌 Beispiele: LAN-Kabel, WLAN, Switch, Repeater, Antenne, Powerline

🟨 2. Internetschicht (Internet Layer) Sie ist für das Routing und die IP-Adressierung zuständig. Sie sorgt dafür, dass Datenpakete ihren Weg über mehrere Zwischenstationen (Multihops) zum Ziel finden.

📌 Beispiele: Router, IP-Adresse, FritzBox, LTE-Router, mobiles Internet

🟩 3. Transportschicht (Transport Layer) Hier entstehen Ende-zu-Ende-Verbindungen zwischen Sender und Empfänger. TCP sorgt für zuverlässige Übertragung, UDP für schnelle Verbindungen ohne Absicherung.

📌 Beispiele: Dateiübertragung, Online-Gaming, WhatsApp-Anruf, Zoom-Meeting

🟦 4. Anwendungsschicht (Application Layer) Ganz oben sitzt die Schicht, die direkt mit Anwendungen interagiert. Programme wie Chrome, Outlook oder YouTube nutzen hier Protokolle wie HTTP, SMTP oder DNS, um zu kommunizieren.

📌 Beispiele: Chrome, Firefox, Gmail, Dropbox, WhatsApp Web, Spotify, Instagram

✅ Hauptbeispiel: Du rufst www.rubinhood.de über WLAN auf

👉 dabei verwenden wir fast alle Begriffe!

📍 Ausgangslage:

Du sitzt mit deinem Laptop zu Hause, verbunden über WLAN (also drahtlos).

Du öffnest den Browser und gibst www.rubinhood.de ein.

Im Hintergrund läuft eine Verbindung über mehrere Netzwerke bis zum Webserver.

🔁 Ende-zu-Ende-Kommunikation (Multihop)

Dein Laptop ist der Client, der www.rubinhood.de ist der Server → Ende zu Ende.
Die Daten durchlaufen mehrere Geräte (Router, Switches) → Multihop (also viele “Sprünge”).

🧱 Schicht für Schicht + Begriffe im Beispiel

🟥 Physikalische Übertragung (Layer 1)

Begriff	Beispiel
Bits, Symbole	Dein WLAN-Adapter wandelt die Daten in elektromagnetische Wellen um. Diese bestehen aus Bits (0 und 1), die als Symbole auf einem Träger (z. B. 2,4 GHz) übertragen werden.
Antenne & Äther	Die Antenne deines Laptops sendet die Daten drahtlos durch die Luft (Äther) zum WLAN-Router.
Netzwerkkabel	Vom WLAN-Router führen Kabel zu einem Switch oder Router.
Repeater	Wenn das WLAN-Signal zu schwach ist, hilft ein Repeater, es zu verstärken.
Hub	(veraltet) Früher hätte ein Hub die Signale an alle Geräte gleichzeitig geschickt – ohne Intelligenz.

🟥 Datenverbindung (Layer 2)

Begriff	Beispiel
Rahmen (Frames)	Die Daten werden in Ethernet-Frames gepackt (mit MAC-Adresse etc.).
Wireless Access Point (WAP)	Das WLAN-Signal wird vom WAP empfangen und in Ethernet umgewandelt.
Layer-2-Switch / Bridge	Der Switch erkennt anhand der MAC-Adresse, wohin der Frame muss.
Bridge	(alt) Wenn zwei unterschiedliche Netztypen verbunden werden (z. B. WLAN ↔ Ethernet).

🟨 Vermittlung (Layer 3)

Begriff	Beispiel
Pakete	Die IP-Schicht verpackt die Daten in Pakete mit IP-Adresse von dir und www.rubinhood.de.
Router	Dein Router prüft die Ziel-IP (z. B. die von www.rubinhood.de) und leitet das Paket ins Internet.
Layer-3-Switch	In großen Netzen übernimmt dieser Switch zusätzlich Routing-Aufgaben.

🟩 Transport (Layer 4)

Begriff	Beispiel
TCP = Segmente	Da HTTPS verwendet wird, wird TCP eingesetzt → Die Daten werden in TCP-Segmente aufgeteilt.
UDP = Datagramme	Wenn du z. B. Videos auf rubinhood.de streamst, könnte UDP verwendet werden → Datagramme.
Punkt zu Punkt	Zwischen deinem Gerät und dem Server besteht eine logische Verbindung (z. B. TCP Socket) → Punkt zu Punkt.

🟦 Anwendung (Layer 5–7)

Begriff	Beispiel
Daten	Die tatsächlichen Nutzdaten sind z. B. HTML, CSS, Bilder – das, was die Webseite ausmacht.
Proxy	Ein Proxy-Server (z. B. im Schulnetz) könnte deine Anfrage prüfen oder blockieren.
Gateway	Ein Gateway wäre nötig, wenn das Netzwerk z. B. IPv6 spricht, aber der Server IPv4.
Content-Switch / Layer-4-7-Switch	Bei großen Webdiensten: Solch ein Switch entscheidet, ob du z. B. Server 1 (für DE) oder Server 2 (für AT) bekommst – basierend auf dem Inhalt (Layer 7).

🧠 Zweites Mini-Beispiel (nur für Begriffe, die oben fehlten)

Einige Begriffe werden in einem typischen Surf-Beispiel nicht immer verwendet. Hier ist ein ergänzendes Beispiel:

📞 Beispiel 2: Du telefonierst per VoIP (z. B. Zoom)

UDP = Datagramme → wird bei Live-Sprachdaten verwendet (weil Geschwindigkeit wichtiger ist als 100 % Korrektheit).
Gateway → Übersetzt zwischen VoIP-Protokollen und klassischen Telefonsystemen.
Content-Switch → Leitet Voice-Traffic an den richtigen Mediaserver.

✅ Fazit – Begriffe und wo sie verwendet werden:

Kategorie	Begriffe
Anwendung (Daten)	Daten, Proxy, Gateway, Content-Switch, Layer-4-7-Switch
Transport (Verbindung)	TCP = Segmente, UDP = Datagramme, Punkt zu Punkt
Internet (Routing)	Pakete, Router, Layer-3-Switch
Netzzugang (Übertragung)	Rahmen (Frames), Bits, Symbole, Bridge, Switch, WAP, Repeater, Hub, Antenne, Netzwerkkabel, Äther
Verbindungsart	Ende zu Ende, Multihop

❓ Warum nicht das OSI-Modell?

Das OSI-Modell (mit 7 Schichten) wurde ursprünglich als theoretisches Lehrmodell entwickelt, um Netzwerkkommunikation besser zu verstehen. Es ist sehr genau, aber zu komplex und praxisfern.

➡️ In der Realität hat sich das TCP/IP-Modell durchgesetzt, weil es:

einfacher und praxisorientiert ist
direkt auf den Aufbau des Internets abgestimmt wurde
von Anfang an in echten Netzwerken wie ARPANET und später dem Internet verwendet wurde
mit nur 4 Schichten effizienter und klarer strukturiert ist

Kurz gesagt: Das OSI-Modell ist gut zum Lernen, aber das TCP/IP-Modell wird in der Praxis verwendet – überall, weltweit.

Protokolle oder Dienste

7️⃣ Anwendungsschicht

Hier laufen alle Programme und Dienste, die direkt mit dem Netzwerk arbeiten – also das, was du als Nutzer benutzt.

📞 DNS: Wandelt Internet-Namen (wie google.de) in IP-Adressen um, damit Computer sie finden können.
🆔 DHCP: Sorgt dafür, dass dein Gerät im Netzwerk automatisch eine IP-Adresse bekommt.
🌍 HTTP: Überträgt Webseiten von Servern zu deinem Browser.
🔒🌍 HTTPS: Wie HTTP, aber mit verschlüsselter, sicherer Übertragung (nutzt TLS).
📁 FTP: Sendet und empfängt Dateien zwischen Computern.
📤 SMTP: Schickt E-Mails von deinem Gerät an den Mailserver.
📥 IMAP: Lässt dich E-Mails auf dem Server lesen, ohne sie zu löschen.
📬 POP3: Holt E-Mails vom Server ab und speichert sie lokal.
🖥️ SMB: Macht Dateifreigabe und Drucken im lokalen Netzwerk möglich.
🖥️🔗 RDP: Steuert einen anderen PC fern (zeigt dir Bildschirm und Eingaben an).
💬 IRC: Ermöglicht Chatten in Echtzeit, oft in Gruppen.
🖧 SNMP: Ermöglicht das Überwachen und Steuern von Netzwerkgeräten wie Routern.
🗂️ LDAP: Fragt Benutzer- und Geräteinformationen aus einem Verzeichnis ab (z.B. in Firmen).
⏰ NTP: Stellt sicher, dass alle Geräte im Netzwerk die gleiche Uhrzeit haben.
🗃️ DB-Protokolle: Verbindet Programme mit Datenbanken zum Abrufen oder Speichern von Daten.
🕵️‍♂️ Whois: Zeigt dir, wem eine Internet-Domain gehört.
🌍🔠 TLD: Die Endung von Internetadressen, zum Beispiel .de oder .com.
🏢 ICANN: Die Organisation, die weltweit Internetadressen verwaltet.
🧑‍💻 Radius: Meldet dich im Netzwerk an (z.B. beim WLAN in Firmen).
🔑 TACACS+: Meldet dich bei Netzwerkgeräten an, besonders in Unternehmen.
📟 Telnet: Fernzugriff auf Computer über Textbefehle, aber ohne Verschlüsselung.
🛡️ TLS: Verschlüsselt die Kommunikation für mehr Sicherheit (multi).
🖱️🔑 SSH: Sicherer Fernzugriff auf einen Computer über Textbefehle (multi).
🎭 Kerberos: Sichere Anmeldung bei Diensten und Anwendungen.
📡 MQTT (Message Queuing Telemetry Transport): Für IoT-Kommunikation, leichtgewichtig.
🛰️ CoAP (Constrained Application Protocol): Ebenfalls für IoT, ähnlich wie HTTP.
🧾 SOAP & REST: Webservice-Kommunikationsmethoden (nicht direkt Protokolle, aber relevant).
🧩 GraphQL: Moderne Alternative zu REST (API-Kommunikation).
🎙️ SIP (Session Initiation Protocol): Startet und beendet z. B. VoIP-Anrufe.
📞 H.323: Älteres Protokoll für Videokonferenzen (wie SIP, aber komplexer).
🛜 NetBIOS: Namensauflösung und Kommunikation in Windows-Netzen.
🛂 SAML, OpenID Connect: Authentifizierungsprotokolle für Single Sign-On.
🧾 Syslog: Überträgt Logs von Geräten an zentrale Server.

6️⃣ Darstellungsschicht

Hier werden Daten verschlüsselt, entschlüsselt oder in ein anderes Format übersetzt, damit sie richtig angezeigt werden.

🛡️ TLS: Verschlüsselt die Daten, damit sie unterwegs nicht gelesen werden können.
🖱️🔑 SSH: Verschlüsselt die Steuerung von Computern per Fernzugriff.
🎭 Kerberos: Verschlüsselt Anmeldedaten, damit niemand sie mitlesen kann (multi).
🖥️ SMB: Übersetzt und bereitet Daten für die Dateiübertragung auf (multi).
🖥️🔗 RDP: Wandelt Bild und Ton so um, dass sie über das Netzwerk übertragen werden können (multi).
📜 ASN.1 (Abstract Syntax Notation One): Formatierung von Daten, z.B. für SNMP oder Zertifikate.
🗜️ MIME: Kodiert Binärdaten für E-Mails (Text → Base64).
🔐 SSL – Verschlüsselt Inhalte (veraltet, aber konzeptionell Darstellung). (multi)
🔐 TLS – Verschlüsselt Nutzdaten für sichere Übertragung. (multi)

5️⃣ Sitzungsschicht

Verwaltet, ob und wie lange eine Verbindung zwischen zwei Geräten besteht – baut die Verbindung auf, hält sie offen und beendet sie wieder.

🎭 Kerberos: Sichert, dass deine Anmeldung für die ganze Sitzung gültig bleibt (multi).
🧑‍💻 Radius: Hält die Anmeldung im Netzwerk während der gesamten Verbindung aktiv.
🔑 TACACS+: Kontrolliert, wie lange du auf Geräte im Netzwerk zugreifen darfst.
🖥️🔗 RDP: Steuert die Dauer und Verwaltung der Fernsteuerungs-Sitzung (multi).
📟 Telnet: Öffnet eine dauerhafte Verbindung für Textbefehle.
🔁 PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol): Verbindet VPN-Sitzungen (veraltet, unsicher).
🔐 L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol): Häufig mit IPsec kombiniert für VPNs.
🔁 NetBIOS Session Service: Etabliert eine Sitzung zwischen zwei Windows-Geräten.

4️⃣ Transportschicht

Teilt die Daten in kleine Pakete auf, sorgt für die richtige Reihenfolge und stellt sicher, dass alles ankommt.

📦 TCP: Sichert, dass Daten fehlerfrei und vollständig ankommen.
📨 UDP: Sendet Daten schneller, aber ohne Garantie für den Empfang.
💧 SCTP: Besonders für spezielle, sichere oder zeitkritische Datenübertragungen.
🛡️ TLS: Verschlüsselt den Datenfluss direkt nach der Aufteilung in Pakete (multi).
📥 DCCP (Datagram Congestion Control Protocol): Mischung aus TCP (verlässlich) und UDP (schnell).
🧱 QUIC: Modernes Transportprotokoll von Google (schneller als TCP, basiert auf UDP, verwendet TLS).

3️⃣ Vermittlungsschicht

Regelt den Weg der Daten durchs Netzwerk, kümmert sich um Adressen und Routing zwischen mehreren Netzwerken.

🌐 IP: Gibt jedem Gerät im Internet eine eindeutige Adresse.
🔄 NAT: Übersetzt private IP-Adressen ins Internet und zurück.
🛎️ ICMP: Überträgt Fehlermeldungen und Testsignale (z.B. für „ping“).
🛡️🔗 IPsec: Verschlüsselt ganze Datenpakete, um sie auf ihrem Weg zu schützen.
🔗 GRE: Baut Tunnel, um Datenpakete durch fremde Netze zu transportieren.
🔄 OSPF, RIP, BGP: Routing-Protokolle, entscheiden über Pfade im Netzwerk.
🛣️ IS-IS: Internes Routing-Protokoll, oft in großen Netzwerken.
📡 Mobile IP: Unterstützt IP-Mobilität (z.B. bei Wechsel von Netzwerken).

2️⃣ Sicherungsschicht

Sorgt dafür, dass Daten sicher und fehlerfrei von einem Gerät zum anderen im selben Netzwerk (z.B. per Kabel oder WLAN) übertragen werden.

🟦 Ethernet: Der Standard, wie Daten über Kabel im lokalen Netzwerk laufen.
🏷️ ARP: Findet zu einer IP-Adresse die passende Hardware-Adresse (MAC).
🖥️ SMB: Macht die direkte Datei- und Druckerfreigabe im lokalen Netz möglich (multi).
🛡️🔗 IPsec: Sichert den gesamten Datenstrom im lokalen Netzwerk (multi).
🔗 GRE: Baut sichere Tunnel für Daten direkt im lokalen Netz (multi).
🟦 PPP (Point-to-Point Protocol): Für direkte Verbindungen über Modem oder seriell.
📶 Wi-Fi / IEEE 802.11: Drahtloses LAN – eigentlich Bitübertragung, aber hat viele MAC-Features → Sicherungsschicht.
🔐 WPA2/WPA3: Verschlüsselung von WLAN – Teil der Sicherungsschicht (MAC-Sublayer).
🔄 LLDP (Link Layer Discovery Protocol): Erkennt Geräte im lokalen Netzwerk.

1️⃣ Bitübertragungsschicht

🔌 DSL, DOCSIS, ISDN, Fiber: Verschiedene physische Übertragungsarten.
📶 Bluetooth, Zigbee, LoRaWAN, 5G: Drahtlose Technologien (in IoT und Mobilfunk).

Hier geht es nur noch um die physische Übertragung – wie Bits als elektrische Signale, Licht oder Funkwellen durch Kabel oder Luft gesendet werden.

(Keine eigenen Protokolle, sondern nur die Technik: Kabel, Funk, Stecker, Lichtleiter usw.)

(multi) = Dieses Protokoll arbeitet auch auf anderen Schichten