Weiter geht es mit der Schicht 4, der Transportschicht, in Teil 3
meiner Reihe zum ISO/OSI-Modell in der fünfundachzigsten Episode
des Anwendungsentwickler-Podcasts. TL;DR Auf OSI-Schicht 4, der
Transportschicht, erreiche ich über Ports einen bestimmten Dienst
auf einem Rechner. TCP überträgt Daten zuverlässig und stellt ihre
Reihenfolge mithilfe von Sequenznummern wieder her; eine Verbindung
beginnt mit dem Three-Way-Handshake aus SYN, SYN-ACK und ACK. UDP
arbeitet verbindungslos und mit weniger Steuerdaten, etwa bei
digitaler Telefonie. Für deine Prüfung und beim Einrichten einer
Firewall brauchst du die gängigen Ports, weil darüber einzelne
Dienste freigegeben oder gesperrt werden können. Kapitelmarken
[00:00:01] Einstieg in die Transportschicht des OSI-Modells
[00:01:14] Aufgaben, Segmente und Datagramme [00:03:11] Ports und
Ende-zu-Ende-Kommunikation [00:04:51] Standardports und
Schreibweise [00:06:52] Ports in Prüfung und Praxis [00:07:31]
Gängige Protokolle und ihre Ports [00:08:08] E-Mails mit POP3 und
IMAP abrufen [00:09:13] HTTPS, Windows-Freigaben und die Datei
services [00:11:00] Eigenschaften von TCP und UDP [00:12:46] UDP
für Telefonie und Streaming [00:13:36] Steuerdaten in Segmenten und
Datagrammen [00:14:25] Paketreihenfolge und TCP-Sequenznummern
[00:16:15] Firewalls als Paketfilter auf Schicht 3 und 4 [00:18:38]
Antworten erkennen und gefälschte Pakete abwehren [00:20:16]
TCP-Verbindungen mit dem Three-Way-Handshake aufbauen [00:24:27]
SYN und ACK als Flags im TCP-Header [00:26:01] Verbindungen mit FIN
beenden und TCP-Overhead [00:27:26] Rückblick und Ausblick auf die
weiteren OSI-Schichten [00:30:44] Prüfungsvorbereitung und
weiterführende Quellen [00:31:22] Newsletter, Social Media und
Kontakt Inhalt 4: Transportschicht (Transport Layer) Wie kommen
auch große Datenmengen vollständig und in der korrekten Reihenfolge
beim richtigen Dienst des Empfängers an? Einheit: Segment bzw.
Datagramm Zusätzliche Informationen: Ports,
Ende-zu-Ende-Kommunikation möglich Hardware: Firewall, siehe
Anwendungsschicht Protokolle: TCP, UDP Sonstiges
Three-Way-Handshake: SYN - SYN/ACK - ACK Wichtige Protokolle und
Ports: Telnet (23), FTP (21), SSH (22), SMTP (25), HTTP (80), POP3
(110), IMAP (143), SMB (137-139), HTTPS (443), Doom (666) ;-)
Literaturempfehlungen * Links Permalink zu dieser Podcast-Episode
RSS-Feed des Podcasts OSI-Modell Das OSI-Referenzmodell
Zusammenfassung Dienste über Ports erreichen Wenn ich auf einem
Server einen Webdienst und einen Maildienst betreibe, können beide
über dieselbe IP-Adresse erreichbar sein. Jeder Dienst lauscht auf
einem eigenen Port, sodass du gezielt mit dem gewünschten Programm
kommunizieren kannst. Diese Kommunikation zwischen Diensten auf dem
sendenden und empfangenden Rechner heißt
Ende-zu-Ende-Kommunikation. Die Transportschicht, auf Englisch
Transport Layer, ist Schicht 4 des OSI-Modells. Sie setzt auf
Schicht 3 auf, auf der IP für die Adressen und das Routing
zuständig ist. Auf Schicht 4 kommen Quellport und Zielport hinzu.
Die beiden zentralen Protokolle heißen TCP und UDP. Bei TCP heißt
die Dateneinheit Segment, bei UDP Datagramm. Ein Port wird mit 16
Bit dargestellt, wodurch 65.536 mögliche Werte entstehen. Bei einer
IPv4-Adresse kannst du ihn mit einem Doppelpunkt anhängen, etwa
1.2.3.4:80. Für viele Dienste gibt es festgelegte Standardports,
die als Well-Known Ports bekannt sind. Wenn ein Webdienst auf einem
abweichenden Port läuft, musst du diesen in der URL angeben. Ports
für deine Prüfung und die Praxis In meinen Lernzielkontrollen frage
ich gängige Ports ab, weil du sie auch bei praktischen
Prüfungsaufgaben brauchst. Sollst du beispielsweise HTTP durch eine
Firewall lassen, musst du den zugehörigen Port kennen. | Port |
Protokoll oder Dienst | Wofür du ihn brauchst | | --- | --- | --- |
| 21 | FTP | Dateien übertragen | | 22 | SSH | Eine entfernte
Verbindung zu einem Server herstellen | | 25 | SMTP | E-Mails
versenden beziehungsweise an einen Mailserver übermitteln | | 53 |
DNS | Namen in IP-Adressen auflösen und umgekehrt | | 80 | HTTP |
Webseiten abrufen | | 110 | POP3 | E-Mails vom Server herunterladen
| | 143 | IMAP | Auf E-Mails zugreifen, die auf dem Server
verbleiben | | 443 | HTTPS | Webseiten verschlüsselt abrufen | |
137 bis 139 | Windows-Freigaben | Auf Freigaben zugreifen, etwa mit
Samba | Mit IMAP bleiben die E-Mails auf dem Server verfügbar,
sodass du sie von deinem Laptop und deinem Handy aus lesen kannst.
Bei einer URL mit https:// verwendet der Browser automatisch Port
443. Die Datei services enthält Zuordnungen zwischen Ports und
Diensten. Dort findest du auch Port 666, den id Software für das
Netzwerkspiel Doom reserviert hat. Daten mit TCP übertragen Wenn
ich eine TCP-Verbindung zu einem Server aufbaue, kann ich darüber
Daten senden und Antworten empfangen. TCP, ausgeschrieben
Transmission Control Protocol, arbeitet verbindungsorientiert und
sorgt dafür, dass die übertragenen Daten vollständig und in der
richtigen Reihenfolge bereitstehen. Fehlende Daten können erneut
angefordert werden. IP-Pakete können unterwegs unterschiedliche
Routen nehmen. Dadurch kann ein später abgeschicktes Paket früher
eintreffen. Im TCP-Header stehen Sequenznummern, mit denen der
empfangende Rechner die Reihenfolge wiederherstellen und fehlende
Daten erkennen kann. Diese Nummern werden entsprechend der
übertragenen Nutzdaten weitergezählt. Die Steuerdaten im Header und
die zusätzlichen Nachrichten beim Aufbauen einer Verbindung
verursachen Overhead. TCP kommt zum Einsatz, wenn die Daten
zuverlässig übertragen werden sollen. Datagramme mit UDP senden Bei
einem digitalen Telefongespräch möchte ich die Sprache ohne lange
Wartezeiten übertragen. Erneut gesendete Daten und das Warten auf
fehlende Teile können den Gesprächsfluss verzögern. Für solche
Anwendungen wird UDP, das User Datagram Protocol, eingesetzt; als
weiteres Beispiel werden Streamingdienste genannt. UDP arbeitet
verbindungslos und mit wenigen Steuerdaten. Das Protokoll
garantiert weder, dass sämtliche Daten eintreffen, noch deren
Reihenfolge. Falls eine Anwendung diese Eigenschaften braucht, muss
sie selbst dafür sorgen. Ein UDP-Datagramm enthält die Nutzdaten
und die Ports, mit denen die beteiligten Dienste angesprochen
werden. Eine TCP-Verbindung aufbauen Bevor ich über TCP
kommuniziere, wird die Verbindung mit dem Three-Way-Handshake
hergestellt: Der Client sendet SYN an den Server. SYN steht für
Synchronize. Der Server antwortet mit SYN-ACK, um die Anfrage zu
bestätigen und sich ebenfalls abzugleichen. Der Client bestätigt
diese Antwort mit ACK. Die Abkürzung steht für Acknowledgement. Die
letzte Nachricht bestätigt dem Server, dass seine Antwort den
Client erreicht hat. Auch beim Aufbauen einer Verbindung können
Pakete verloren gehen. SYN und ACK sind Flags im TCP-Header, die
als einzelne Bits gesetzt werden. Bei SYN-ACK sind beide Bits
gesetzt. Das FIN-Flag dient dazu, eine Verbindung zu schließen.
Auch beim Beenden wird durch Nachrichten und Bestätigungen dafür
gesorgt, dass die Gegenseite davon erfährt. Den genauen Aufbau des
Headers kannst du in einem Buch oder einem passenden Artikel
nachlesen. Netzwerkverkehr mit einer Firewall filtern Wenn ich
einen öffentlich erreichbaren Webserver betreibe, kann ich
eingehenden HTTP-Verkehr auf Port 80 erlauben. Für einen Mailserver
kann ich SMTP auf Port 25 freigeben. Solche Regeln lassen sich über
die IP-Adressen und Ports festlegen. Eine Firewall kann als
Software oder Hardware eingehenden und ausgehenden Netzwerkverkehr
filtern. Ein einfacher Paketfilter prüft die Quelladresse und die
Zieladresse anhand vorgegebener Regeln. Damit arbeitet er auf
Schicht 3. Sobald Ports in die Entscheidung einfließen, bezieht er
Schicht 4 ein. Gesperrte Pakete werden beispielsweise verworfen,
sodass sie die andere Seite nicht erreichen. Rufe ich aus meinem
Netzwerk eine Webseite auf, muss die Antwort des Webservers wieder
hineingelassen werden. Eine Firewall kann sich dazu merken, welche
Kommunikation von innen begonnen wurde, und eingehende Antworten
zuordnen. Ein:e Angreifer:in kann Pakete fälschen, damit sie wie
Antworten aussehen. Die Firewall muss prüfen, ob sie zu einer
erlaubten Anfrage gehören. Transkription der gesamten Episode
Automatisch erzeugte Transkription der Episode [0:01] Herzlich
Willkommen zum Anwendungsentwickler-Podcast, dem Podcast rund um
die Ausbildung zum Fachinformatiker [0:08] für
Anwendungsentwicklung. In dieser Episode geht es weiter mit Schicht
4 des OSI-Modells. Viel Spaß! [0:20] Hallo und herzlich Willkommen
zur 85. Episode des Anwendungsentwickler-Podcasts. [0:27] Mein Name
ist Stefan Macke und heute geht es ohne groß umzuschweifen direkt
weiter mit dem ISO-OSI-Modell, [0:35] was wir bei der letzten
Episode letzte Woche verlassen haben auf Schicht 3. [0:41] Das war
die Schicht, wo wir zum ersten Mal mit dem IP-Protokoll in
Berührung gekommen sind, [0:46] wo wir also logische Adressen jetzt
nutzen können, um unsere Ziele in unserem Netzwerk erreichen zu
können. [0:53] Und diese Woche setzen wir direkt auf der Schicht 3
auf mit Schicht 4, und zwar der Transportschicht. [0:59] Diesmal
auf Englisch auch passenderweise Transport Layer, da muss man sich
jetzt also nicht wieder drei verschiedene oder zwei immer nur
Begriffe merken, [1:06] sondern Transport Layer und
Transportschicht, das kann man ja nun wirklich 1 zu 1 übersetzen.
[1:10] Okay, auf jeden Fall, was passiert in dieser Schicht 4
jetzt? [1:14] Ich habe das mal so ein bisschen überschrieben mit,
wie kommen auch große Datenmengen vollständig [1:19] und in der
korrekten Reihenfolge beim richtigen Dienst des Empfängers an.
[1:23] Da ist jetzt schon einiges drin, was wir vielleicht einmal
durchgehen sollten. [1:27] Wir fangen aber, wie bei den anderen
Schichten auch, nochmal einmal mit der Einheit an, mit der wir hier
arbeiten. [1:33] Und das sind jetzt gleich zwei verschiedene, die
da möglich sind auf der Schicht 4, ...
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