Protokollstapeln

Protokollstapeln bezeichnet die Architektur, in der Kommunikationsprotokolle in hierarchisch angeordnete Schichten gegliedert sind. Jede Schicht bietet bestimmten Service für die darüberliegende Schicht und nutzt die Dienste der darunterliegenden. Durch Kapselung (Encapsulation) werden Nutzdaten schichtweise mit Headern versehen, bevor sie über das Netz transportiert werden.

Ziel des Protokollstapelens ist Abstraktion, Modularität und Interoperabilität. Durch klare Schnittstellen können Protokolle unabhängig voneinander entwickelt, ausgetauscht oder wiederverwendet werden, was Wartung erleichtert und die Kompatibilität zwischen Herstellern fördert. Die Schichten verhindern, dass eine Änderung in einer Ebene ungewollte Auswirkungen auf andere Ebenen hat.

Gängige Modelle sind das OSI-Referenzmodell mit sieben Schichten und das TCP/IP-Modell mit vier Schichten. Daten durchlaufen beim Senden alle relevanten Schichten; jede Schicht fügt einen eigenen Header hinzu und leitet die Daten nach unten weiter. Typische Reihenfolge (Schichten von oben nach unten): Anwendung, Präsentation und Sitzung (im OSI-Modell), Transport, Netzwerk, Sicherung, Bitübertragung (im OSI-Modell); beim TCP/IP-Modell fehlen einige der oberen Schichten. Am Empfang erfolgt die Decapsulation, also das schichtweise Entfernen der Header.

In der Praxis realisieren Betriebssysteme, Netzwerkschnittstellenkarten und Router Protokollstapel, wobei die Header-Informationen an jeder Schicht erzeugt oder interpretiert werden. Die Kapselung ermöglicht Flexibilität bei Protokollwechseln, bringt jedoch zusätzlich Overhead und potenzielle Leistungsverluste mit sich. Sicherheit und Leistung hängen stark von der konkreten Implementierung und der passenden Grenzziehung zwischen den Schichten ab.

Historisch entwickelten sich Protokollstapel aus dem Bedürfnis nach standardisierter Kommunikation; heute dominiert das TCP/IP-Modell in Netzwerken, während das OSI-Modell weiterhin als theoretische Orientierung dient.