Kommunikationsprotokolle

Kommunikationsprotokolle sind formale Vereinbarungen, die festlegen, wie Daten zwischen zwei oder mehreren Kommunikationspartnern ausgetauscht werden sollen. Sie definieren das Nachrichtenformat (Syntax), die Bedeutung der Informationen (Semantik) und das zeitliche Verhalten des Austauschs (Timing). Protokolle legen außerdem fest, wie Verbindungen aufgebaut, Fehler erkannt, Datenfluss reguliert und Verbindungsende signalisieren wird.

In der Praxis folgen Protokolle häufig einem Schichtenmodell, etwa dem OSI- oder dem TCP/IP-Referenzmodell. Unterschiedliche Schichten übernehmen spezialisierte Aufgaben: physische Übertragung, Rahmung und Fehlerbehandlung, Zustellung, Flusskontrolle, Adressierung, Sitzungskontrolle bis hin zur Anwendungsschnittstelle. Transport- und Anwendungsprotokolle arbeiten über mehrere Schichten hinweg zusammen, um zuverlässige oder einfache Datenaustauschformen bereitzustellen.

Bekannte Beispiele sind TCP und UDP auf Transportschicht, HTTP(S), FTP, DNS und SMTP auf Anwendungsschicht, sowie IP auf der Netzwerkschicht. Spezielle Domänen nutzen proprietäre oder standardisierte Protokolle wie CAN oder Modbus in der Automobil- bzw. Industriekommunikation. Protokolle können offen standardisiert oder herstellerabhängig sein.

Designziele sind Interoperabilität, Skalierbarkeit, Effizienz und Sicherheit. Standardisierung erfolgt durch Organisationen wie IETF, ISO oder IEEE. Sicherheitsaspekte umfassen Authentifizierung, Integrität und Vertraulichkeit, oft durch Verschlüsselung (TLS/SSL, IPsec) und Schlüsselmanagement. Zu den Herausforderungen zählen Latenz, Bandbreite, Fehleranfälligkeit und Kompatibilität mit älteren Systemen.