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Teil 1·Erklärung
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Warum lädt eine Webseite garantiert vollständig, aber ein Videoanruf ruckelt lieber als zu warten? Weil das eine TCP nutzt und das andere UDP. Klausurpflicht in 8/10 Netze-Modulen, der wichtigste Vergleich der Transportschicht (L4 OSI / L3 TCP/IP).
Klausur-Tipp: Den 3-Way-Handshake mit Sequenznummern können (SYN seq=x → SYN-ACK seq=y ack=x+1 → ACK ack=y+1). Und: TCP wiederholt verlorene Segmente (Retransmission), UDP nicht.
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Warum lädt eine Webseite garantiert vollständig, aber ein Videoanruf ruckelt lieber als zu warten? Weil das eine TCP nutzt und das andere UDP. Klausurpflicht in 8/10 Netze-Modulen, der wichtigste Vergleich der Transportschicht (L4 OSI / L3 TCP/IP).
TCP ist der zuverlässige Brief mit Empfangsbestätigung (Handshake, ACK, Reihenfolge, Retransmission). UDP ist die Postkarte ohne Garantie (kein Handshake, kein ACK, dafür schnell und schlank).
Die Transportschicht (L4) verbindet zwei ANWENDUNGEN auf zwei Hosts (End-zu-End). Die darunter liegende IP-Schicht (L3) bringt Pakete nur von Host zu Host, kümmert sich aber nicht um Reihenfolge, Verlust oder darum, welche Anwendung gemeint ist. Das macht die Transportschicht:
Verbindungsorientiert, zuverlässig, in Reihenfolge.
Client Server
| ---- SYN (seq=100) --------> | "Ich will reden, meine seq=100"
| <--- SYN-ACK (seq=300, | "OK, meine seq=300,
| ack=101) ------------ | erwarte dein Byte 101"
| ---- ACK (ack=301) --------> | "Bestätigt, erwarte dein Byte 301"
| |
| Verbindung steht |
Warum 3 Schritte? Beide Seiten müssen ihre Sequenznummern austauschen UND bestätigen. SYN (1) + SYN-ACK (2, kombiniert Server-SYN + ACK) + ACK (3). Klausur-Klassiker.
Bleibt ein ACK aus, läuft beim Sender ein Timer (Retransmission Timeout, RTO) ab. Dann sendet er das Segment erneut. So kommt jedes Byte garantiert an, auch bei Paketverlust.
Über das Window-Size-Feld sagt der Empfänger, wie viele Bytes er noch puffern kann. Verhindert, dass ein schneller Sender einen langsamen Empfänger überflutet. Sliding-Window-Mechanismus.
TCP erkennt Netz-Überlastung (Paketverlust) und drosselt die Senderate. Algorithmen: Slow Start, Congestion Avoidance, Fast Retransmit. Verhindert Netz-Kollaps.
Client ---- FIN ----> Server "Ich bin fertig"
Client <--- ACK ----- Server "OK"
Client <--- FIN ----- Server "Ich auch fertig"
Client ---- ACK ----> Server "OK, tschüss"
Source-Port, Destination-Port, Sequenznummer, ACK-Nummer, Flags (SYN/ACK/FIN/RST/PSH/URG), Window-Size, Checksum, Optionen.
HTTP/HTTPS (Web), SMTP/IMAP (Mail), SSH (Remote-Shell), FTP (Datei-Transfer). Überall, wo Vollständigkeit wichtiger ist als Geschwindigkeit.
Verbindungslos, unzuverlässig, schnell.
UDP sendet Datagramme einfach los ("fire and forget"). Kein Verbindungsaufbau, kein Status, keine Bestätigung. Wenn ein Datagramm verloren geht, merkt es niemand, es wird NICHT erneut gesendet.
Source-Port, Destination-Port, Länge, Checksum. Das ist alles. Kein Sequenz, kein ACK, kein Window. Minimaler Overhead.
Warum bei Streaming UDP? Bei einem verlorenen Video-Frame ist es besser, das nächste Frame zu zeigen, als zu warten und zu ruckeln. TCP würde stocken (Retransmission), UDP läuft weiter.
| Kriterium | TCP | UDP |
|---|---|---|
| Verbindung | verbindungsorientiert (Handshake) | verbindungslos |
| Zuverlässigkeit | garantiert (ACK + Retransmit) | keine Garantie |
| Reihenfolge | garantiert | nicht garantiert |
| Geschwindigkeit | langsamer (Overhead) | schneller |
| Header-Größe | 20-60 Bytes | 8 Bytes |
| Flusskontrolle | ja | nein |
| Staukontrolle | ja | nein |
| Anwendung | Web, Mail, SSH, FTP | DNS, Video, Spiele, VoIP |
| PDU-Name | Segment | Datagramm |
1. TCP zuverlässig, UDP schnell. Der Kern-Trade-off.
2. 3-Way-Handshake: SYN, SYN-ACK, ACK. Auswendig.
3. ACK-Nummer = nächstes erwartetes Byte. Nicht das letzte empfangene.
4. TCP-Header 20+ Bytes, UDP-Header 8 Bytes. Overhead-Unterschied.
5. TCP-PDU = Segment, UDP-PDU = Datagramm. Nicht Paket (das ist L3/IP).
6. Streaming/Spiele/DNS = UDP, Web/Mail/SSH = TCP. Anwendungs-Zuordnung.
1. 3-Way- vs. 4-Way verwechseln. Aufbau = 3 Schritte (SYN/SYN-ACK/ACK), Abbau = 4 Schritte (FIN/ACK/FIN/ACK).
2. ACK-Nummer falsch berechnen. ack = letzte_seq + Anzahl_Bytes + 1 beim Handshake (SYN zählt als 1 Byte), aber bei Daten ack = seq + Byte-Anzahl.
3. UDP ist nicht 'kaputt'. UDP ist absichtlich schlank. Für Streaming ist es BESSER als TCP.
4. Flusskontrolle vs. Staukontrolle verwechseln. Flusskontrolle schützt den EMPFÄNGER (Window-Size), Staukontrolle schützt das NETZ (Congestion-Window).
5. Port mit IP verwechseln. IP (L3) identifiziert den Host, Port (L4) identifiziert die Anwendung auf dem Host.
6. UDP hat doch eine Checksum. Ja, UDP prüft auf Bit-Fehler (Checksum), aber korrigiert/wiederholt NICHT. Fehlerhafte Datagramme werden einfach verworfen.
Drei Modi: 1) TCP-3-Way-Handshake (SYN/SYN-ACK/ACK), 2) TCP-Datenübertragung mit ACK + Paketverlust + Retransmission, 3) UDP fire-and-forget mit verlorenem Datagramm ohne Wiederholung.
Nutze die Schritt-Buttons. Verlorene Pakete sind rot, Retransmissions amber.
Interaktive Visualisierung
Interaktive Komponente: probiere sie im Topic-Player oben aus.
Klausur-Tipp: Den 3-Way-Handshake mit Sequenznummern können (SYN seq=x → SYN-ACK seq=y ack=x+1 → ACK ack=y+1). Und: TCP wiederholt verlorene Segmente (Retransmission), UDP nicht.
6 Aufgaben zu Handshake, Zuverlässigkeit und Anwendungs-Zuordnung.
Klausurfragen mit Lösungen (6)
Antwort: TCP
Erklärung: TCP (Transmission Control Protocol) ist verbindungsorientiert (3-Way-Handshake), garantiert die Zustellung (ACK + Retransmission) und liefert in Reihenfolge. UDP ist verbindungslos und unzuverlässig. IP ist die darunterliegende Vermittlungsschicht, HTTP die Anwendungsschicht. Klausur-Standardfrage.
Antwort: SYN, SYN-ACK, ACK
Erklärung: Der TCP-3-Way-Handshake: 1) Client → SYN (Synchronize, mit initialer Seq-Nummer), 2) Server → SYN-ACK (bestätigt Client-SYN + sendet eigene Seq), 3) Client → ACK (bestätigt Server-SYN). Danach steht die Verbindung. Der Verbindungs-ABBAU ist dagegen 4-Way (FIN/ACK/FIN/ACK). Klausur-Klassiker.
Zuordnungen:
Erklärung: TCP für Anwendungen, wo Vollständigkeit zählt: Web (HTTPS), Mail (SMTP), SSH, FTP. UDP für Anwendungen, wo Geschwindigkeit/Aktualität zählt und Verlust tolerierbar ist: Video-/Audio-Streaming, DNS (kleine Anfragen), Online-Spiele, VoIP. Klausur-Pflicht-Zuordnung.
Typ: Zuordnung
Antwort: Bei Streaming ist ein aktuelles Bild wichtiger als ein vollständiges, verzögertes; ein verlorener Frame stört weniger als TCP-Retransmission-Ruckeln
Erklärung: Bei Live-Streaming/VoIP ist Aktualität wichtiger als Vollständigkeit. Ein verlorener Frame ist tolerierbar (kurzes Pixeln), aber TCP würde bei Paketverlust stocken (Retransmission + Reihenfolge-Wartezeit = Buffering/Ruckeln). UDP läuft einfach weiter. Klausur-Verständnisfrage.
Antwort: Wahr
Erklärung: RICHTIG. UDP-Header = 8 Bytes (Source-Port, Destination-Port, Länge, Checksum). TCP-Header = 20-60 Bytes (zusätzlich Sequenznummer, ACK-Nummer, Flags, Window-Size, Optionen). Der schlanke UDP-Header ist Teil des Geschwindigkeitsvorteils. Klausur-Detail.
Typ: Wahr/Falsch
Antwort: ack=501
Erklärung: Die ACK-Nummer ist das NÄCHSTE erwartete Byte. Das SYN-Flag zählt als 1 Byte (auch wenn es keine Nutzdaten trägt). Also: Client-seq=500, SYN belegt Byte 500, Server erwartet als nächstes Byte 501 → ack=501. Klausur-Rechen-Stolperstein: SYN und FIN zählen je als 1 Byte.
6 Klausur-Fragen mit Handshake-Details, Flusskontrolle und Header-Vergleich.
Klausurfragen mit Lösungen (6)
Antwort: Das nächste erwartete Byte (alle Bytes davor wurden empfangen)
Erklärung: Die ACK-Nummer ist das nächste vom Empfänger erwartete Byte. ack=301 bedeutet: 'Ich habe alle Bytes bis 300 empfangen, schick mir ab Byte 301.' Es ist kumulativ: ein ACK bestätigt implizit alle Bytes davor. Klausur-Kernkonzept der TCP-Zuverlässigkeit.
Antwort: Segment
Erklärung: TCP-PDU = Segment. UDP-PDU = Datagramm. Auf der Vermittlungsschicht (IP, L3) heißt es Paket, auf der Sicherungsschicht (Ethernet, L2) Frame. Klausur-Stolperstein: 'Paket' wird umgangssprachlich für alles benutzt, aber fachlich ist das L3.
Zuordnungen:
Erklärung: TCP-Mechanismen: 3-Way-Handshake (Verbindungsaufbau via SYN/SYN-ACK/ACK), Flusskontrolle (Window-Size schützt langsamen EMPFÄNGER), Staukontrolle (Congestion-Window schützt das NETZ), Retransmission (Timeout-basierte Wiederholung bei ausbleibendem ACK). Klausur-Stolperstein: Fluss- vs. Staukontrolle nicht verwechseln.
Typ: Zuordnung
Antwort: Den Empfänger davor, von einem schnellen Sender überflutet zu werden
Erklärung: Flusskontrolle (Flow Control) schützt den EMPFÄNGER: über das Window-Size-Feld teilt er mit, wie viele Bytes er noch puffern kann. Ein schneller Sender wird gebremst, damit der langsame Empfänger nicht überläuft. Staukontrolle (Congestion Control) schützt dagegen das NETZ vor Überlastung. Klausur-Klassiker-Verwechslung.
Antwort: Wahr
Erklärung: RICHTIG. UDP ist 'fire and forget'. Es gibt keine Bestätigung (ACK) und keine Retransmission. Verlorene Datagramme bleiben verloren. Falls eine UDP-Anwendung Zuverlässigkeit braucht, muss sie diese selbst implementieren (z.B. QUIC/HTTP3 baut Zuverlässigkeit über UDP). Klausur-Kernkonzept.
Typ: Wahr/Falsch
Antwort: 4 (FIN, ACK, FIN, ACK)
Erklärung: Der reguläre TCP-Verbindungsabbau ist 4-Way: 1) Client→FIN, 2) Server→ACK, 3) Server→FIN, 4) Client→ACK. Beide Seiten beenden ihre Senderichtung separat (Full-Duplex). Im Gegensatz zum 3-Way-AUFBAU. Ein abrupter Abbruch (RST) ist 1 Schritt, aber unsauber. Klausur-Stolperstein: Aufbau 3, Abbau 4.