Grundlagen der Netzwerkprotokolle: ARP, IP, ICMP & RARP erklärt

Das ARP-Protokoll: Funktion und Arbeitsweise

Das Address Resolution Protocol (ARP) spielt eine wichtige Rolle innerhalb der TCP/IP-Protokollfamilie. Es ermöglicht die Zuordnung einer logischen IP-Adresse zu einer physikalischen MAC-Adresse einer Netzwerkkarte. Wenn ein Gerät eine Nachricht an ein anderes Gerät in demselben Ethernet-Netzwerk senden möchte, benötigt es dessen MAC-Adresse. Ist diese nicht in der ARP-Tabelle des sendenden Geräts vorhanden, wird eine Broadcast-Nachricht an alle Geräte im Netzwerk gesendet. Das Gerät mit der entsprechenden IP-Adresse antwortet daraufhin mit seiner MAC-Adresse, die dann in die ARP-Tabelle des Anfragenden aufgenommen wird.

Das BOOTP-Protokoll: Funktionen und Vorteile gegenüber RARP

BOOTP steht für Bootstrap Protocol. Es ist ein UDP-basiertes Netzwerkprotokoll, das Netzwerk-Clients die automatische Zuweisung einer IP-Adresse ermöglicht. Dies geschieht typischerweise während des Bootvorgangs eines Computers oder Betriebssystems. Ursprünglich in RFC 951 definiert, ermöglicht dieses Protokoll Computern ohne Festplatte, eine IP-Adresse zu erhalten, bevor ein modernes Betriebssystem geladen wird. Im Vergleich zu RARP bietet BOOTP erweiterte Funktionen, da es nicht nur die IP-Adresse, sondern auch weitere Konfigurationsinformationen wie Subnetzmaske, Gateway und DNS-Server bereitstellen kann.

Das ICMP-Protokoll: Fehler- und Kontrollmeldungen

Das Internet Control Message Protocol (ICMP) ist dem UDP-Protokoll ähnlich, jedoch mit einem viel einfacheren Format. Seine Hauptaufgabe ist nicht der Transport von Nutzdaten, sondern die Übermittlung von Kontroll- und Fehlermeldungen. ICMP informiert beispielsweise darüber, ob ein Paket sein Ziel nicht erreichen konnte, seine Lebensdauer (TTL) abgelaufen ist, ein Header-Wert unzulässig ist oder ob es sich um ein Echo- oder Antwort-Paket handelt (wie bei Ping). Es wird verwendet, um Fehlermeldungen und Kontrollinformationen für das Netzwerkmanagement zu übermitteln, deren Meldung an die ursprüngliche Quelle gesendet wird, um Probleme zu identifizieren oder zu beheben. ICMP ermöglicht somit die Kommunikation zwischen der IP-Software auf einem Rechner und der entsprechenden Software auf einem anderen.

Das IP-Protokoll: Grundlagen und Eigenschaften

Das Internet-Protokoll (IP) ist ein verbindungsloses Protokoll, das für die Datenkommunikation über paketvermittelte Netzwerke verwendet wird. Es definiert, wie Datenpakete von einem Quellgerät zu einem Zielgerät geroutet werden. IP ist nicht zuverlässig (unreliable), was bedeutet, dass es keine Garantie für die Zustellung, die Reihenfolge der Pakete oder die Fehlerfreiheit bietet. Diese Aufgaben werden von Protokollen höherer Schichten übernommen.

Die Grundeinheit des IP-Protokolls: Das Datagramm

Die Grundeinheit des IP-Protokolls ist das Datagramm. Ein Datagramm ist ein eigenständiges Datenpaket, das alle notwendigen Informationen für sein Routing enthält und unabhängig von anderen Paketen über das Netzwerk übertragen wird. Es kann eine maximale Kapazität haben und wird bei Bedarf in kleinere Einheiten fragmentiert.

Wichtige Merkmale des IP-Protokolls

• Es ist ein verbindungsloses Protokoll.
• Pakete können bei Bedarf fragmentiert werden.
• Die IP-Adressierung erfolgt über logische 32-Bit-Adressen (IPv4).
• Ein empfangenes Paket verbleibt nur für eine begrenzte Zeit im Netzwerk (Time-to-Live, TTL).
• Es unternimmt bestmögliche Anstrengungen (best-effort) zur Paketverteilung, ohne Zustellgarantie.
• Die maximale Paketgröße (MTU) kann bis zu 65.535 Byte betragen.
• Die Prüfsumme wird nur für den Paket-Header berechnet, nicht für die Nutzdaten.

Das RARP-Protokoll: Funktion und Ablösung durch DHCP

Das Reverse Address Resolution Protocol (RARP) hat eine ähnliche Funktion wie DHCP, ist jedoch weniger zuverlässig und flexibel. Es wurde verwendet, um Computern, die ihre IP-Adresse nicht kannten (z. B. Diskless Workstations), eine IP-Adresse zuzuweisen, indem sie ihre MAC-Adresse an einen RARP-Server sendeten. Der RARP-Server antwortete dann mit der entsprechenden IP-Adresse und weiteren Netzwerk-Konfigurationsdaten. Praktisch wird RARP heute kaum noch verwendet, da DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) die am weitesten verbreitete und leistungsfähigere Lösung für die automatische IP-Adresszuweisung ist.

Protokolle nach TCP/IP-Schichten

Die verschiedenen Netzwerkprotokolle lassen sich den Schichten des TCP/IP-Modells zuordnen:

• Anwendungsschicht: FTP, DNS, HTTP, NAT, POP3, SMTP, SSH, Telnet, TFTP
• Transportschicht: UDP, TCP
• Internetschicht (Netzwerkschicht): IP, OSPF, IS-IS, BGP, ARP, RARP, RIP, ICMP, IGMP, DHCP
• Netzzugangsschicht (Verbindungsschicht): Ethernet, Wi-Fi (IEEE 802.11), PPP