5.1 Übersicht Transport Layer

Von Host-zu-Host zu Prozess-zu-Prozess

Die Vermittlungsschicht transportiert IP-Pakete zwischen Endsystemen. Die Transportschicht ergänzt darüber eine logische Kommunikation zwischen Anwendungsprozessen. Zwischenliegende Router leiten IP-Pakete weiter, sind aber normalerweise nicht Endpunkt der TCP-, UDP- oder QUIC-Kommunikation.

Für Anwendungen erscheint der Transport weitgehend unabhängig von den konkreten Übertragungsmedien und Zwischenroutern. Vollständig transparent ist er dennoch nicht: Verzögerung, Verlust, verfügbare Bandbreite, MTU und Pfadänderungen beeinflussen den Dienst, den ein Transportprotokoll bereitstellen kann.

Allgemeine Aufgaben der Transportschicht

Nicht jedes Transportprotokoll erfüllt alle denkbaren Aufgaben. Portadressierung und die Übergabe zwischen Anwendung und IP gehören zum gemeinsamen Kern von TCP und UDP. Zuverlässige Zustellung, geordnete Ausgabe, Verbindungszustand sowie Fluss- und Überlaststeuerung werden dagegen nur von Protokollen angeboten, die diese Funktionen ausdrücklich definieren.

Ports ermöglichen Multiplexing

Ein Host kann gleichzeitig Webzugriffe, Namensauflösung, Fernadministration und viele weitere Kommunikationen ausführen. TCP und UDP verwenden dafür jeweils einen eigenen 16-Bit-Portraum von 0 bis 65535. Ein Port ist keine physische Buchse, sondern eine logische Kennung innerhalb eines Transportprotokolls.

Ein Socket wird im praktischen Sprachgebrauch häufig als Kombination aus IP-Adresse, Transportprotokoll und Port beschrieben. Eine konkrete TCP-Verbindung wird durch Quell-IP, Quellport, Ziel-IP und Zielport eindeutig unterschieden. TCP-Port 53 und UDP-Port 53 sind deshalb getrennte Transportendpunkte.

Segmentierung, Kapselung und Wiederzusammensetzen

Große Datenmengen werden nicht als ein einziges beliebig großes IP-Paket übertragen. Die Transportschicht beziehungsweise die jeweilige Protokollimplementierung bildet passende Einheiten. Bei TCP spricht man von Segmenten, bei UDP von Datagrammen; QUIC transportiert Frames innerhalb von QUIC-Paketen, die wiederum in UDP-Datagrammen liegen.

Der Begriff Blockung bezeichnet in älteren Darstellungen das Zusammenfassen oder Aufteilen von Daten in geeignete Übertragungseinheiten. Moderne Erklärungen unterscheiden genauer zwischen dem Bytestrom oder den Nachrichten der Anwendung, den Einheiten des Transportprotokolls und den daraus gebildeten IP-Paketen.

Zuverlässigkeit ist kein Automatismus von Layer 4

Die Transportschicht kann einen zuverlässigen Ende-zu-Ende-Dienst bereitstellen, sie muss es aber nicht. TCP erkennt fehlende Daten, bestätigt empfangene Bereiche und überträgt bei Bedarf erneut. UDP garantiert weder Zustellung noch Reihenfolge noch Schutz vor Duplikaten. Benötigt eine UDP-Anwendung solche Eigenschaften, muss sie diese selbst oder durch ein darüberliegendes Protokoll ergänzen.

Auch ein zuverlässiges Transportprotokoll garantiert keinen erfolgreichen Geschäftsprozess. Ein bestätigtes TCP-Segment beweist beispielsweise nicht, dass eine Anwendung einen Datensatz fachlich verarbeitet oder dauerhaft gespeichert hat. Solche Bestätigungen gehören in das Anwendungsprotokoll.

Flusssteuerung und Überlastkontrolle unterscheiden

Flusssteuerung schützt den Empfänger davor, schneller mit Daten beliefert zu werden, als er sie puffern und verarbeiten kann. Überlastkontrolle schützt den Netzpfad vor zu viel gleichzeitig eingespeistem Verkehr. Beide Mechanismen können die Sendemenge begrenzen, reagieren aber auf unterschiedliche Engpässe.

Die ältere Formulierung einer kosten- oder ressourceneffizienten Übertragung lässt sich heute deshalb präziser fassen: Ein geeignetes Transportprotokoll soll die verfügbaren Ressourcen fair und wirksam nutzen, Verluste und Verzögerungen berücksichtigen und gleichzeitig die Anforderungen der Anwendung erfüllen.

TCP, UDP, QUIC und SCTP einordnen

TCP und UDP bleiben die grundlegenden Transportprotokolle des Internet Protocol Suite und werden auf der nächsten Lernseite detailliert verglichen. QUIC ist ein modernes, verbindungsorientiertes und abgesichertes Transportprotokoll, das zur leichteren Bereitstellung in UDP-Datagrammen transportiert wird. HTTP/3 verwendet QUIC.

SCTP ist ein weiteres standardisiertes Transportprotokoll. Es unterstützt Nachrichten, mehrere Streams und mehrere Netzpfade. Im allgemeinen Client-Server-Alltag ist es deutlich seltener sichtbar als TCP, UDP oder QUIC, gehört aber zur fachlich vollständigen Einordnung moderner Transportprotokolle.

Historische OSI-Transportprotokollklassen TP0 bis TP4

Das klassische OSI-Transportprotokoll nach ISO/IEC 8073 beziehungsweise ITU-T X.224 definiert fünf Protokollklassen. Diese Klassen sind nicht mit TCP- oder UDP-Portbereichen und nicht mit heutigen Quality-of-Service-Klassen gleichzusetzen. Sie zeigen historisch, wie Transportfunktionen an unterschiedlich zuverlässige Netzdienste angepasst wurden.

ISO/IEC 8072 beschreibt den verbindungsorientierten Transportdienst und seine Qualitätsmerkmale, während ISO/IEC 8073 das dazugehörige Protokoll und die Klassen festlegt. Für heutige Fachinformatiker ist vor allem die Einordnung wichtig; TCP und UDP verwenden diese TP-Klassen nicht.

Transportschicht bei der Fehlersuche