Datagramme stellen einen der Grundbausteine von Netzwerkkommunikationsprotokollen dar. Sie bieten ein strukturiertes Format für die Übertragung von Datenpaketen und ermöglichen so einen effizienten und flexiblen Datenaustausch über verschiedene Netzwerktechnologien hinweg.
Der Ursprung und die erste Erwähnung des Datagramms
Das Konzept des Datagramms lässt sich bis in die Anfänge der Computernetzwerke zurückverfolgen. Der Begriff „Datagramm“ wurde erstmals 1970 von Louis Pouzin, einem französischen Informatiker, geprägt. Pouzin führte das Datagramm in die Gestaltung des CYCLADES-Netzwerks ein, einem bahnbrechenden französischen Projekt, das die Entwicklung des Internets beeinflusste.
Das CYCLADES-Netzwerk war von Bedeutung, weil es eines der ersten Netzwerke war, das das End-to-End-Prinzip und eine verbindungslose Netzwerkschicht implementierte. Dieses Netzwerk ermöglichte den individuellen Versand von Paketen oder Datagrammen, wobei jedes seinen eigenen Weg von der Quelle zum Ziel fand.
Datagramm: Ein genauerer Blick
Im Bereich der Computernetzwerke ist ein Datagramm ein eigenständiges Datenpaket, das genügend Informationen enthält, um von der Quelle zum Ziel weitergeleitet zu werden, ohne auf früheren Austausch zwischen Quell- und Zielcomputern angewiesen zu sein. Mit anderen Worten: Datagramme sind unabhängige Datenpakete, die jeweils separat übertragen werden.
Datagramme sind eine Hauptkomponente des Internet Protocol (IP), einem Protokoll, das zur Übertragung von Daten über ein paketvermitteltes Netzwerk verwendet wird. Jedes IP-Datagramm enthält nicht nur die Nutzlast (eigentliche Daten), sondern auch Header-Informationen wie die Quell- und Ziel-IP-Adressen.
Es ist erwähnenswert, dass Datagramme in einem verbindungslosen Kommunikationsmodus verwendet werden, der als Datagram-Service-Modell bezeichnet wird. In diesem Modell wird jede Nachricht unabhängig von den anderen behandelt. Im Gegensatz zum verbindungsorientierten Dienstmodell, bei dem vor Beginn der Datenübertragung ein dedizierter Pfad zwischen der Quelle und dem Ziel eingerichtet wird, ist es nicht erforderlich, vor der Übertragung einen dedizierten Pfad einzurichten.
Struktur und Funktionalität von Datagram verstehen
Ein IP-Datagramm besteht aus zwei Hauptkomponenten:
- Datagramm-Header: Dazu gehören verschiedene Steuerinformationen wie die Quell- und Ziel-IP-Adressen, das verwendete Protokoll (TCP, UDP usw.), die Gesamtlänge des Datagramms und andere Flags zur Steuerung der Fragmentierung und Reassemblierung.
- Nutzlast: Dies sind die tatsächlichen Daten, die das Datagramm trägt. Es handelt sich normalerweise um ein gekapseltes Segment von Transportschichtdaten.
Wenn ein Datagramm über ein Netzwerk übertragen wird, wird es von der Netzwerkschnittstellenschicht am Ziel empfangen. Hier wird der IP-Header überprüft, um zu bestimmen, wohin das Datagramm als nächstes weitergeleitet werden soll. Sobald das Datagramm das endgültige Ziel erreicht, wird die Nutzlast extrahiert und zur weiteren Verarbeitung an die oberen Schichten des OSI-Modells weitergeleitet.
Hauptmerkmale von Datagram
Der Datagramm-Ansatz weist mehrere entscheidende Merkmale auf:
- Unabhängigkeit: Jedes Datagramm ist unabhängig von anderen. Das bedeutet, dass sie in beliebiger Reihenfolge gesendet und empfangen werden können.
- Eigenständig: Datagramme enthalten alle notwendigen Informationen für die Weiterleitung vom Ursprung zum Ziel.
- Kein vorab festgelegter Pfad: In einem Datagramm-Netzwerk muss vor der Datenübertragung kein Pfad eingerichtet werden.
- Flexibel: Da jedes Datagramm seine eigene Route wählen kann, kann dieses Modell robuster und anpassungsfähiger an Netzwerkausfälle oder -überlastungen sein.
- Keine garantierte Lieferung: Datagramm-Netzwerke bieten keine garantierte Zustellung oder Benachrichtigung über eine fehlgeschlagene Zustellung.
Arten von Datagrammen
Datagramme können basierend auf dem Protokoll, mit dem sie verknüpft sind, grob klassifiziert werden. Die beiden häufigsten sind:
- IP-Datagramm: Diese Datagramme werden im Internetprotokoll verwendet und bilden das primäre Paketformat für die Datenübertragung über das Internet. Sie werden sowohl von TCP (Transmission Control Protocol) als auch von UDP (User Datagram Protocol) zur Datenübermittlung verwendet.
- UDP-Datagramm: Diese Datagramme sind Teil des User Datagram Protocol. UDP bietet eine einfache, aber schnelle Methode zum Datenaustausch über IP-Netzwerke. Es verfügt nicht über die Komplexität und den Overhead von TCP, garantiert aber auch keine Lieferungs-, Bestell- oder Fehlerprüfungen.
Nutzung, Herausforderungen und Lösungen von Datagrammen
Datagramme werden in zahlreichen Anwendungen in Computernetzwerken verwendet. Sie sind besonders nützlich in Szenarien, in denen Geschwindigkeit von entscheidender Bedeutung ist und ein gelegentlicher Datenverlust tolerierbar ist, beispielsweise bei Live-Streaming, Videokonferenzen und Online-Spielen.
Allerdings bringt die Verwendung von Datagrammen auch gewisse Herausforderungen mit sich. Da sie die Zustellung nicht garantieren oder die Reihenfolge der Pakete nicht einhalten, kann es passieren, dass einige Datagramme verloren gehen oder in der falschen Reihenfolge ankommen. Dies wird in der Regel auf der Anwendungsebene verwaltet, wo Protokolle wie TCP eine geordnete und zuverlässige Zustellung gewährleisten.
Wenn Sie beispielsweise UDP zum Senden von Datagrammen verwenden, können Sie zusätzliche Logik in Ihre Anwendung einbauen, um den Empfang von Datagrammen zu bestätigen oder sie bei der Ankunft neu zu ordnen.
Datagramm vs. ähnliche Netzwerkbegriffe
- Datagramm vs. Paket: Ein Datagramm ist eine Art Paket, insbesondere eine in sich geschlossene, unabhängige Dateneinheit, die ausreichend Informationen enthält, um von der Quelle zum Ziel weitergeleitet zu werden.
- Datagramm vs. Frame: Ein Frame ist eine digitale Datenübertragungseinheit in Computernetzwerken. Im Gegensatz zu einem Datagramm enthält ein Frame Synchronisationsinformationen, Fehlerprüfungen und Steuerdaten, sodass er zuverlässig an den nächsten direkt angeschlossenen Netzwerkknoten übertragen werden kann.
Die Zukunft von Datagrammen und neuen Technologien
Während sich die Netzwerktechnologie weiterentwickelt, bleibt das Konzept der Datagramme weiterhin relevant, insbesondere angesichts des Wachstums von Technologien wie dem Internet der Dinge (IoT) und Edge Computing, die eine effiziente, flexible Datenübertragung erfordern.
Darüber hinaus verdeutlicht die Entwicklung von Datagram Transport Layer Security (DTLS) ein wachsendes Interesse an sicheren Datagramm-basierten Anwendungen. DTLS bietet die gleichen Sicherheitsgarantien wie TLS (wird beim sicheren Surfen im Internet verwendet), jedoch für Datagrammprotokolle wie UDP.
Proxyserver und Datagramm
Proxyserver können Datagramme verarbeiten und als Vermittler für Anfragen von Clients dienen, die Ressourcen von anderen Servern suchen. Sie können verschiedene Funktionen bereitstellen, darunter Sicherheit, Datenschutz und Datenkomprimierung.
Beispielsweise kann ein Proxyserver einem Client ermöglichen, eine indirekte Netzwerkverbindung zu anderen Netzwerkdiensten herzustellen. Ein Client stellt eine Verbindung zum Proxyserver her und fordert eine Verbindung, eine Datei oder andere Ressourcen an, die auf einem anderen Server verfügbar sind. Der Proxyserver stellt die Ressource bereit, möglicherweise indem er eine Verbindung zum angegebenen Server herstellt oder sie aus einem Cache bereitstellt.
Was Datagramme betrifft, kann ein Proxyserver diese abfangen, die Daten lesen und interpretieren und dann basierend auf dem Inhalt des Datagramms verschiedene Aufgaben ausführen. Dies kann das Umleiten des Datagramms, das Ändern der Daten oder sogar das vollständige Blockieren des Datagramms beinhalten.
verwandte Links
Weitere Informationen zu Datagrammen und verwandten Konzepten finden Sie in den folgenden Ressourcen:
