Datagram: Der Schlüssel zu effizienter Netzwerkkommunikation

Veröffentlicht am: August 28, 2025

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Ein Datagramm ist eine abgeschlossene, vollständige Kommunikation, die über ein Netzwerk gesendet wird, und deren Ankunft, Timing und Inhalt nicht garantiert sind. Datagramme sind für eine effiziente Netzwerkkommunikation unerlässlich. Sie tragen zu niedriger Latenz und Echtzeit-Datenübertragung bei, da sie die grundlegenden Einheiten der Datenübertragung sind. Datagram-Netzwerke, wie diejenigen, die das User Datagram Protocol (UDP) verwenden, ermöglichen verbindungslose Kommunikation, indem sie Daten in einzelnen Datagrammen übertragen. Datagramme sind die grundlegenden Einheiten des Informationsaustauschs in modernen Computernetzwerken. Sie sind für viele Anwendungen unverzichtbar aufgrund ihrer niedrigen Latenz, Unterstützung für die Echtzeit-Datenübertragung und die Fähigkeit, individuell geroutet zu werden. In diesem Artikel werden wir die Rolle von Datagrammen in Netzwerkgesprächen und ihre Verbesserung des Informationsflusses näher beleuchten.

Der Artikel wird die folgenden Punkte unter den entsprechenden Überschriften behandeln;

• Was ist ein Datagramm in der Netzwerktechnik?

• Was sind die verschiedenen Arten von Datagrammen?

• Was sind die Unterschiede zwischen Datagrammen und anderen Pakettypen?

• Wie funktioniert ein Datagramm?

• Was sind die Eigenschaften eines Datagramms?

• Wie werden Datagramme fragmentiert und wieder zusammengesetzt?

• Wie werden Fehlerbehandlung und Retransmission mit Datagrammen verwaltet?

• Welche Protokolle verwenden Datagramme?

• Wie vergleicht sich ein TCP-Datagramm mit einem UDP-Datagramm in Bezug auf Zuverlässigkeit und Reihenfolge?

• Was sind die Anwendungsfälle und Anwendungen von Datagrammen?

• Was sind die Vor- und Nachteile der Verwendung von Datagrammen im Vergleich zu anderen Pakettypen?

• Welche Sicherheitsüberlegungen sind für Datagramme relevant?

• Was ist der Kompromiss zwischen Zuverlässigkeit und Effizienz bei Datagrammen?

• Was ist die Geschichte der Datagramme?

Was ist ein Datagramm in der Netzwerktechnik?

Ein Datagramm ist eine abgeschlossene, vollständige Kommunikation, die über ein Netzwerk gesendet wird, und deren Ankunft, Timing und Inhalt nicht garantiert sind. Es ist eine Einheit der Datenübertragung, die hauptsächlich für die drahtlose Kommunikation verwendet wird. Datagram-Netzwerke, wie diejenigen, die das User Datagram Protocol (UDP) verwenden, ermöglichen eine verbindungslose Kommunikation, bei der Daten über einzelne Datagramme übertragen werden. Jeder Datagramm hat einen Header, der typischerweise die IP-Adressen des Absenders und des Empfängers sowie Nutzdatenabschnitte enthält, die die eigentliche Nachricht speichern. Datagram-Netzwerke sind verbindungslos, was bedeutet, dass keine vorab eingerichtete Verbindung zwischen Sender und Empfänger besteht und jedes Paket unabhängig übertragen und als separate Einheit behandelt wird. Datagramme sind die grundlegenden Einheiten der Datenübertragung in der Netzwerkkommunikation. Sie ermöglichen individuelles Routing, geringe Latenz und die Echtzeit-Datenübertragung, was sie für viele Anwendungen, die eine schnelle und zuverlässige Datenübertragung benötigen, unverzichtbar macht. Allerdings ist der Lieferservice, den Datagramm-Netzwerke bieten, instabil, sodass Pakete fehlgeleitet, dupliziert oder in der falschen Reihenfolge übertragen werden können.

Ein Datagramm ist kein Frame. Es ist eine Nachricht, die eigenständig über ein Netzwerk gesendet wird. Während ein Frame eine Einheit der Datenübertragung auf der Sicherungsschicht des OSI-Modells ist, ist ein Datagramm ein Paket. Es ist eine eigenständige Nachricht, die über ein Netzwerk gesendet wird und sowohl Header-Informationen als auch Nutzlastabschnitte enthält, wie oben angegeben.

Was sind die verschiedenen Arten von Datagrammen?

Datagramme sind Gruppen von Daten, die separat durch ein Netzwerk gesendet werden. Datagram-Paketumschalter gibt es in drei Haupttypen: "Store-and-Forward", "Fragment-Free" und "Cut-Through". Hier sind einige Details zu diesen Haupttypen von Datagrammen:

• Speichern und Weiterleiten: Dieser Typ von Switch puffert Daten, bis das gesamte Paket empfangen und auf Fehler überprüft wurde. Dies verhindert, dass beschädigte Pakete im gesamten Netzwerk verbreitet werden, erhöht jedoch die Schaltverzögerungen.
• Fragment-frei: Ein fragmentfreier Switch entfernt die Mehrheit der Fehlerpakete, obwohl er nicht immer verhindert, dass Fehler im gesamten Netzwerk verbreitet werden. Im Vergleich zum Store-and-Forward-Modus bietet es schnellere Schaltzeiten und kürzere Wartezeiten.
• Cut-through: Ein Cut-Through-Switch schaltet Pakete mit der schnellsten Durchsatzrate und der geringsten Weiterleitungszeit. Es filtert keine Fehler heraus.

Es gibt zwei Arten von Datagramm-Protokollen: das User Datagram Protocol (UDP) und das Transmission Control Protocol (TCP). UDP ist ein Datagrammprotokoll, das keine Verbindung erfordert und für Programme verwendet wird, die nicht sicherstellen müssen, dass die Nachricht ihr Ziel erreicht. TCP ist ein verbindungsbasiertes Datagrammprotokoll, das für Anwendungen verwendet wird, die sicherstellen müssen, dass die Daten ihr Ziel erreichen.

Je nach dem benötigten Niveau an Zuverlässigkeit und Leistung werden verschiedene Arten von Datagrammen für unterschiedliche Aufgaben verwendet. Zum Beispiel wird UDP oft für das Streaming von Medien und Dateiübertragungen verwendet, während TCP oft für das Surfen im Internet und das Versenden von E-Mails verwendet wird.

Was sind die Unterschiede zwischen Datagrammen und anderen Pakettypen?

Formatierte Dateneinheiten, die als Netzwerkpakete bekannt sind, werden von paketvermittelten Netzwerken transportiert. Sie bestehen aus Steuerinformationen und Benutzerdaten, wobei Letztere als Nutzlast bezeichnet werden. Details wie sowohl Ziel- als auch Quellnetzwerkadressen, Fehlercodes und Sequenzierungsinformationen sind alle Teil der Steuerdaten. Es gibt verschiedene Arten von Netzwerkpaketen, die jeweils spezifische Zwecke und Protokolle erfüllen. Hier sind einige wichtige Punkte zu den verschiedenen Typen von Netzwerkpaketen:

Pakettyp	Beschreibung	Vorteile	Nachteile
IP-Pakete	IP-Pakete sind grundlegende Dateneinheiten in paketvermittelten Netzwerken. Sie transportieren Daten über das Internet und enthalten Steuerinformationen wie Quell- und Zieladressen.	-Verwendet zum Übertragen von Daten zwischen Maschinen. -Kann weiter in verschiedene Typen unterteilt werden, einschließlich UDP, RAW und TCP.	- UDP bietet ein unzuverlässiges Nachrichtensystem. - RAW ist UDP ähnlich. - TCP ist ein zuverlässiges Übertragungssystem.
Datagram-Pakete	Datagram-Pakete sind eine Art von Paket, das in Datagramm-Paketvermittlungsnetzwerken verwendet wird. Sie sind eigenständige Dateneinheiten, die keinen dedizierten physischen Übertragungsweg benötigen.	- Bieten Flexibilität und dynamische Entscheidungsfindung für die Datenübertragung. - Selbständige Nachrichten, die es dem Empfänger nicht abverlangen, verlorene Daten wiederherzustellen.	- Bieten einen unzuverlässigen Lieferservice an. - Mögliche Netzwerküberlastung.
TCP-Segmente	TCP-Segmente werden in IP-Paketen transportiert. TCP-Segmente bieten eine zuverlässige Übertragung, indem sie Funktionen wie Empfangsbestätigungen und die erneute Übertragung verlorener oder beschädigter Daten integrieren.	- Gewährleisten eine geordnete und fehlerfreie Datenübertragung.	- Erfordern den Overhead von Verbindungsaufbau und -abbau.
Rahmenpakete	Auf der Sicherungsschicht des OSI-Modells werden Pakete als Frames bezeichnet. Frames enthalten Steuerinformationen und Benutzerdaten, ähnlich wie Netzwerkpakete. Sie sind verantwortlich für die Übertragung von Daten zwischen benachbarten Netzwerk-Knoten.	-Haftbar für die Datenübertragung zwischen benachbarten Netzwerk-Knoten.	-Begrenzt auf die Übertragung von Daten zwischen benachbarten Netzwerk-Knoten.

Tabelle 1. Vorteile und Nachteile von Pakettypen

Wie funktioniert ein Datagramm?

Datagramme sind Datenpakete, die durch ein Netzwerk-System gesendet werden, ohne Gewähr für Übertragung, Zeitgerechtigkeit oder Inhalt. Sie werden im verbindungslosen Paketvermittlung verwendet, wenn keine vorherige Verbindung zwischen Sender und Empfänger besteht und jedes Paket unabhängig gesendet und empfangen wird. Ein Datagramm-Netzwerk ist ein Computernetzwerksystem, das einzelne Datenpakete überträgt und empfängt. Es hat einen Header, der die Quell- und Zieladressen definiert, zusätzlich zu den weiteren Daten, die zur Übertragung des Pakets benötigt werden. Pakete, die über Datagramm-Netzwerke übertragen werden, sind viel wahrscheinlicher beschädigt, dupliziert oder in der falschen Reihenfolge gesendet. Das Standard-Netzwerkprotokoll für die Datagrammübertragung ist UDP (UDP). Datagram-Netzwerke, die in der drahtlosen Kommunikation eingesetzt werden können, werden insbesondere in Anwendungen wie Video-Streaming, Online-Gaming und Voice-over-IP (VoIP) Kommunikation verwendet.

Was sind die Merkmale eines Datagramms?

Das Folgende ist eine Übersicht über die Hauptmerkmale eines Datagramms:

• Daten werden ohne Zustellgarantie vom Ursprung zum Ziel übertragen.
• Daten werden häufig fragmentiert und ohne vordefinierte Route oder garantierte Ankunftsreihenfolge übertragen.
• Jedes Datagramm hat einen Header, der die Quell- und Zieladressen sowie zusätzliche Informationen enthält, die erforderlich sind, um das Paket zu seinem Ziel zu leiten.
• Datagram-Netzwerke sind verbindungslos, was bedeutet, dass es keine vorab etablierte Verbindung zwischen Sender und Empfänger gibt und jedes Paket separat und als separate Einheit übertragen wird.
• Pakete können in Datagrammnetzwerken aufgrund des unzuverlässigen Lieferservices, den sie bieten, verloren gehen, wiederholt oder in falscher Reihenfolge transportiert werden.
• Das User Datagram Protocol (UDP) regelt die Datagramm-Kommunikation im Allgemeinen.

Wie werden Fehlerbehandlung und Retransmission bei Datagrammen verwaltet?

Datagram-Netzwerke bieten einen unzuverlässigen Lieferservice, was bedeutet, dass Pakete verloren gehen, dupliziert oder in der falschen Reihenfolge geliefert werden können. In Situationen, in denen während der Übertragung Fehler auftreten, werden Fehlerbehandlung und erneute Übertragung bei Datagrammen anders verwaltet als bei verbindungsorientierten Paketen. Hier sind einige Möglichkeiten, wie Fehlerbehandlung und erneute Übertragung bei Datagrammen verwaltet werden:

1. Fehlerbehandlung: Im Gegensatz zu verbindungsorientierten Paketen ist die Transportschicht des Netzwerks nicht für die Fehlerbehandlung in Datagrammen verantwortlich. Stattdessen ist die Anwendungsschicht dafür verantwortlich, Fehler zu behandeln, sodass Fehler, die während der Übertragung auftreten können, in die Anwendung integriert werden müssen.
2. Retransmission: Die erneute Übertragung verlorener oder beschädigter Datagramme wird nicht von der Transportschicht des Netzwerks übernommen, wie es bei verbindungsorientierten Paketen der Fall ist. Stattdessen sollten Anwendungen so entwickelt werden, dass sie automatisch Datagramme erneut senden, die während der Übertragung beschädigt oder verloren gegangen sind. Der Empfänger kann verlorene oder fehlplatzierte Datagramme erkennen und eine erneute Übertragung anfordern, wenn Sequenznummern im Datagramm-Header enthalten sind.
3. Fragmentierung und Wiederzusammenfügung: Wenn ein Datagramm zu groß ist, um über ein Netzwerk übertragen zu werden, wird es in kleinere Stücke fragmentiert. Danach werden die Teile über das Netzwerk an ihr endgültiges Ziel gesendet. Das Datagramm wird während der Übertragung in Fragmente zerlegt und dann an seinem endgültigen Standort wieder zusammengesetzt. Die Wiederzusammenstellung erfordert zunächst die Bestimmung, welche Fragmente zum selben Datagramm gehören, basierend auf ihren Identifikationsnummern, und dann die Anordnung in der richtigen Reihenfolge unter Verwendung des Fragment-Offset-Feldes.

Wie werden Datagramme fragmentiert und wieder zusammengesetzt?

Wenn ein Datagramm zu groß ist, um über ein Netzwerk übertragen zu werden, wird es in kleinere Stücke fragmentiert. Der Prozess der Fragmentierung beinhaltet das Zerlegen des Datagramms in kleinere Stücke, von denen jedes klein genug ist, um über das Netzwerk übertragen zu werden. Die Fragmente werden dann über das Netzwerk zu ihrem Ziel übertragen. Am Zielort werden die Fragmente wieder zusammengesetzt, um das ursprüngliche Datagramm zu bilden. Der Prozess der Wiederzusammenstellung beinhaltet die Verwendung der Identifikationsnummer der Fragmente, um diejenigen zu identifizieren, die zum selben Datagramm gehören, und dann das Fragment-Offset-Feld, um die Fragmente korrekt anzuordnen. Der Wiederaufbauprozess wird am Zielort durchgeführt, da Pakete unterschiedliche Routen durch das Netzwerk nehmen und zu unterschiedlichen Zeiten ankommen.

In Situationen, in denen die MTU-Größen des Netzwerks variieren, werden Datagramme fragmentiert, um die MTU des Empfängers zu berücksichtigen. Der Prozess der Fragmentierung basiert auf einigen der Felder im IPV4-Header, wie dem Identifikationsfeld, dem Fragmentversatz, den MF (More Fragments)- und DF (Don't Fragment)-Flags. Die drei Felder, die für die Fragmentierung verwendet wurden, werden auch für den Rekonstruktionsprozess verwendet.

Welche Protokolle verwenden Datagramme?

Datagramme werden von Protokollen verwendet, die im verbindungslosen Kommunikationsmodell arbeiten, bei dem jede Dateneinheit (Datagramm) unabhängig behandelt wird und keine vorab hergestellte Verbindung erfordert. Das bemerkenswerteste Protokoll, das Datagramme verwendet, ist das User Datagram Protocol (UDP). Nachfolgend finden Sie eine Liste von Protokollen, die Datagramme verwenden:

• User Datagram Protocol (UDP): Als Transportprotokoll ist UDP sowohl benutzerfreundlich als auch ressourcenschonend. Es wird in Situationen verwendet, in denen Geschwindigkeit und minimaler Overhead wichtiger sind als eine garantierte Lieferung, wie bei Echtzeitanwendungen, Streaming-Videos und Online-Gaming, bietet jedoch keine zuverlässige Datenübertragung oder Flusskontrolle.
• Internet Control Message Protocol (ICMP): Das Internet Control Message Protocol (ICMP) ist ein Standardprotokoll, das im Internet-Protokoll-Stack enthalten ist. Es kommuniziert den Netzwerkstatus, Steuerungsnachrichten und Fehlermeldungen zwischen Knoten. ICMP ist ein Netzwerkprotokoll der Transportschicht, das Daten mithilfe von Datagrammen sendet.
• Real-Time Transport Protocol (RTP): Um Multimedia-Streams in Echtzeit über IP-Netzwerke zu übertragen, wird RTP häufig in Kombination mit UDP verwendet. Um die Synchronisierung von Medien zu unterstützen, enthält RTP Zeitstempel und Sequenznummern.
• Simple Network Management Protocol (SNMP): Netzwerkgeräte werden mit SNMP verwaltet und überwacht. Informationen können gesammelt und Netzwerkkomponenten problemlos verwaltet werden. Mehrere Funktionen von SNMP werden über UDP ausgeführt.
• Trivial File Transfer Protocol (TFTP): Das Trivial File Transfer Protocol, oder TFTP, ist eine einfache Methode zum Austausch von Daten zwischen Computern. Es wird häufig verwendet, wenn kein Bedarf an einem fortschrittlicheren Protokoll wie dem File Transfer Protocol (FTP) besteht, da TFTP UDP als Protokoll verwendet.
• Domain Name System (DNS): DNS ist dafür verantwortlich, die Übersetzung von Domainnamen in IP-Adressen durchzuführen. Die meisten DNS-Anfragen werden über UDP gesendet, während größere Antworten möglicherweise über TCP gesendet werden.
• Routing Information Protocol (RIP): Kleine und mittelgroße Netzwerke verwenden oft RIP, eine Distanzvektor-Routing-Technologie. UDP wird für den Austausch von Routing-Protokollen zwischen Routern verwendet.
• Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP): Mit DHCP können IP-Adressen dynamisch an Netzwerkgeräte zugewiesen werden. Während des Adressierungsverfahrens verwendet es UDP für die Kommunikation zwischen Client und Server.

Wie vergleicht sich ein TCP-Datagramm mit einem UDP-Datagramm in Bezug auf Zuverlässigkeit und Reihenfolge?

TCP und UDP sind unterschiedliche Protokolle, die unterschiedliche Prozesse verwenden, um die Zuverlässigkeit und Reihenfolge von Datagrammen zu gewährleisten. Hier sind die wichtigsten Unterschiede zwischen TCP- und UDP-Datagrammen in Bezug auf Zuverlässigkeit und Reihenfolge:

TCP-Datagramme	UDP-Datagramme
TCP ist ein verbindungsorientiertes Protokoll, das eine zuverlässige Datenübertragung bietet.	UDP ist ein verbindungsloses Protokoll, das eine unzuverlässige Datenübertragung bietet.
TCP-Datagramme werden in einer festgelegten Reihenfolge übertragen und es wird garantiert, dass sie in der richtigen Reihenfolge ankommen.	UDP-Datagramme werden unabhängig übertragen und als separate Einheiten behandelt, ohne Garantie für Lieferung oder Reihenfolge.
TCP verwendet einen 3-Wege-Handshake, um eine Verbindung zwischen Sender und Empfänger vor der Datenübertragung herzustellen.	TCP gibt Übertragungsbestätigungen und eine erneute Übertragung von fehlplatzierten oder beschädigten Datagrammen.
TCP ist langsamer als UDP aufgrund des Overheads für den Verbindungsaufbau und -abbau sowie der Notwendigkeit von Empfangsbestätigungen und der erneuten Übertragung. UDP bietet keine Empfangsbestätigungen oder die erneute Übertragung verlorener oder beschädigter Datagramme an.	UDP ist schneller als TCP aufgrund des Fehlens des Overheads für die Verbindungsherstellung und -trennung sowie des Fehlens von Empfangsbestätigungen und Neuübertragungen.

Tabelle 2. TCP vs UDP

Vor- und Nachteile von TCP- und UDP-Datagrammen sind in der nächsten Tabelle aufgeführt:

	TCP-Datagramme	UDP-Datagramme
Vorteile	Bietet zuverlässige Datenübertragung, garantiert die Zustellung und Reihenfolge der Datagramme und bietet Zustellbestätigungen und erneute Übertragungen.	Schneller aufgrund des Fehlens des Overheads für Verbindungsaufbau und -abbau sowie des Fehlens von Zustellbestätigungen und erneuten Übertragungen.
Nachteile	Langsamer aufgrund des Overheads für Verbindungsaufbau und -abbau sowie der Notwendigkeit von Zustellbestätigungen und erneuten Übertragungen.	Bietet eine unzuverlässige Datenübertragung, ohne Garantie für die Zustellung oder Reihenfolge der Datagramme, und bietet keine Zustellbestätigungen oder erneuten Übertragungen.

Tabelle 3. Vorteile und Nachteile von TCP & UDP

Was sind die Anwendungsfälle und Anwendungen von Datagrammen?

Im Allgemeinen sind Datagramme gut geeignet für Anwendungen, bei denen niedrige Latenz und hohe Durchsatzrate wichtiger sind als eine garantierte Übertragung. Sie werden in Anwendungen verwendet, bei denen Zuverlässigkeit nicht entscheidend ist, einschließlich Streaming-Medien und Online-Gaming. Einige Anwendungsfälle und Anwendungsszenarien von Datagrammen sind unten aufgeführt:

• Streaming-Medien: Datagramme sind ideal für Streaming-Medien-Anwendungen, die Audio- und Video-Streaming umfassen, da sie keine garantierte Zustellung erfordern. Auf diese Weise kann ein verlorenes Datagramm erneut gesendet werden, ohne die Gesamtqualität der Übertragung zu beeinträchtigen.
• Online-Gaming: Datagramme werden im Bereich des Online-Gamings sowie bei Mehrspieler-Videospielen verwendet, da sie niedrige Latenzzeiten und hohe Durchsatzraten bieten können. Dies ist wichtig für Online-Gaming-Software, da es garantiert, dass die Spieler minimale Verzögerungen erleben und der Datenfluss während des Spiels reibungslos verläuft.
• Netzwerksteuerung: Datagramme werden in Netzwerksteuerungsprogrammen zusammen mit dem Simple Network Management Protocol (SNMP) verwendet, um die Nachrichten und Statusaufzeichnungen zwischen Netzwerkgeräten zu verwalten.
• Dateiübertragung: Datagramme können für Dateiübertragungspakete verwendet werden, einschließlich des Trivial File Transfer Protocol (TFTP), jedoch werden sie für diesen Zweck nicht so häufig wie TCP verwendet.
• Domain Name System (DNS): Datagramme werden vom Domain Name System (DNS) verwendet, um Domains in IP-Adressen aufzulösen.
• Routing: Datagramme werden von Routing-Protokollen wie RIP und OSPF verwendet, um Routing-Informationen zwischen Routern auszutauschen.
• Echtzeitanwendungen: Datagramme werden regelmäßig in Echtzeitanwendungen verwendet, wie z.B. Videokonferenzen und Voice-over-IP (VoIP), da sie niedrige Latenzzeiten und hohe Durchsatzraten bieten können.
• Sensornetzwerke: Datagramme werden in Sensornetzwerken eingesetzt, wo sie zur Übertragung von Sensordaten an einen Hauptserver verwendet werden können.
• IoT: Datagramme werden zunehmend im Internet der Dinge (IoT) verwendet, wo sie zur Übertragung von Daten von Sensoren und Geräten an cloudbasierte Software eingesetzt werden.

Was sind die Vor- und Nachteile der Verwendung von Datagrammen im Vergleich zu anderen Pakettypen?

Die grundlegenden Bausteine des Netzwerkflusses, Datagramme und andere Paketversionen haben jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile. Datagramme, wie das User Datagram Protocol (UDP), sind aufgrund ihrer Einfachheit, geringen Overhead und schnellen Datenübertragung perfekt für Echtzeitanwendungen und Situationen, in denen die Übertragungszeit wichtiger ist als eine garantierte Datenübertragung. Allerdings haben Datagramme keine eingebauten Zuverlässigkeitsmechanismen, sodass das Risiko besteht, dass die Daten nicht ankommen oder nicht in der richtigen Reihenfolge ankommen. Allerdings priorisieren verschiedene Paketversionen, wie die in verbindungsorientierten Protokollen wie dem Transmission Control Protocol (TCP) verwendeten, Zuverlässigkeit und Fehlerkorrektur, um eine genaue Datenübertragung auf Kosten eines erhöhten Overheads und Verarbeitungsaufwands zu gewährleisten. Die Auswahl des am besten geeigneten Kommunikationsansatzes für bestimmte Netzwerk-Anwendungen erfordert ein Verständnis der Kompromisse zwischen Datagrammen und anderen Pakettypen. Die Vor- und Nachteile von Datagrammen werden im Vergleich zu anderen Pakettypen erörtert, um ihre vielfältigen Anwendungen und Auswirkungen in der zeitgenössischen Datenkommunikation zu beleuchten.

Hier ist ein schneller Vergleich zwischen Datagrammen und anderen in Netzwerken verwendeten Pakettypen:

Merkmal	Datagramme	Andere Pakettypen
Zuverlässigkeit	Nicht garantiert	Garantiert
Effizienz	Effizienter	Weniger effizient
Flexibilität	Flexibler	Weniger flexibel
Sicherheit	Weniger sicher	Sicherer
Latenz	Niedrigere Latenz	Höhere Latenz
Durchsatz	Höherer Durchsatz	Niedrigerer Durchsatz

Tabelle 4. Datagramme|Andere vs Pakettypen

Welche Sicherheitsüberlegungen sind für Datagramme relevant?

Beim Umgang mit Datagrammen gibt es mehrere Sicherheitsüberlegungen, die berücksichtigt werden müssen, um die Daten zu schützen und die Integrität, Vertraulichkeit und Verfügbarkeit der Netzwerkkommunikation zu gewährleisten. Einige relevante Sicherheitsüberlegungen für Datagramme sind wie folgt:

• Datenintegrität: Die Datenintegrität kann während der Übertragung von Datagrammen mit verbindungslosen Protokollen wie UDP nicht gewährleistet werden. Nachrichtenauthentifizierungscodes (MACs) und digitale Signaturen sind zwei kryptografische Methoden, die verwendet werden können, um das Problem der instabilen Datenintegrität während der Übertragung zu lösen.
• Datenschutz: Datagramme, die über verbindungslose Protokolle gesendet werden, können während der Übertragung abgefangen werden. Die Inhalte von Datagrammen können durch den Einsatz von Verschlüsselungstechniken wie AES (Advanced Encryption Standard) vor neugierigen Blicken geschützt werden.
• Denial of Service (DoS) Angriffe: DoS-Angriffe, bei denen der Angreifer eine große Menge an Datagrammen sendet, um das Netzwerk zu überlasten und das Zielsystem unzugänglich zu machen, können die verbindungslose Kommunikation beeinträchtigen. Die Auswirkungen von Denial of Service-Angriffen können durch die Verwendung von Ratenbegrenzung, Verkehrsfilterung und Intrusion Detection-Systemen gemildert werden.
• Vorhersehbarkeit von Sequenznummern: Sequenznummern können von einigen datagrammbasierten Protokollen für Aufgaben wie die Nachrichtenneuzusammenstellung und die Erkennung von doppelten Datagrammen verwendet werden. Datagramme in einem Kommunikationsstrom sind anfällig für Manipulation oder Injektion, wenn ihre Sequenznummern vorhersagbar sind. Diese Bedrohung kann verringert werden, wenn Sequenznummern auf zufällige und unerwartete Weise generiert werden.
• Quelladressenspoofing: Protokolle, die auf Datagrammen basieren, überprüfen möglicherweise nicht die Authentizität der Quelladresse empfangener Datagramme, wodurch sie anfällig für Spoofing sind. Die Quelladresse eines Datagramms kann von einem Angreifer gefälscht werden, um den Anschein zu erwecken, dass es von einer legitimen Quelle stammt. Ingress-Filterung und die Verwendung verifizierter Quellinformationen sind zwei Methoden, die verwendet werden können, um das Spoofing von Quelladressen zu verhindern.
• Fragmentierungs- und Wiederzusammenbauangriffe: Die Übertragung großer Dateneinheiten kann in kleinere Datagramme unter Verwendung eines datagrammbasierten Protokolls aufgeteilt werden. Die Daten könnten von einem Angreifer manipuliert oder fragmentiert worden sein, was zu unerwartetem Verhalten oder Sicherheitslücken beim Wiederzusammenfügen am Ziel führen könnte. Diese Gefahren können durch ordnungsgemäße Validierung und Verwaltung fragmentierter Datagramme verringert werden.
• DDoS-Angriffe: Datagramm-basierte Protokolle sind anfällig für Distributed Denial-of-Service (DDoS) Angriffe. Methoden zur DDoS-Prävention umfassen Ratenbegrenzung, Verkehrsfilterung und Erkennung von Verkehrsabweichungen.
• Routing-Angriffe: Durch Manipulation von Routing-Tabellen oder durch das Bewerben gefälschter Routen können Routing-Angriffe den Verkehr in datagrammbasierten Netzwerken unterbrechen oder abfangen. Netzwerke vor Routing-Angriffen zu schützen, erfordert Authentifizierungsmaßnahmen und die Verwendung sicherer Routing-Protokolle.
• Network Address Translation (NAT) und Firewall-Durchdringung: Die Verwendung von NAT-Geräten und Firewalls kann die datagrammbasierte Kommunikation komplizieren. Universal Plug and Play (UPnP) und Anwendungsschicht-Gateways (ALGs) sind zwei Methoden, die zur Lösung dieser Probleme verwendet werden können.

Was ist der Kompromiss zwischen Zuverlässigkeit und Effizienz bei Datagrammen?

Der Kompromiss zwischen der Zuverlässigkeit und Effizienz von Datagrammen ist ein grundlegender Aspekt verbindungsloser Kommunikationsprotokolle wie UDP. Bevor wir diesen Kompromiss besprechen, ist es nützlich, die Begriffe zu klären;

• Zuverlässigkeit: Zuverlässigkeit bezieht sich auf die Gewissheit, dass über ein Netzwerk gesendete Daten erfolgreich und ohne Verlust oder Beschädigung an das Ziel geliefert werden. Bei verbindungsorientierten Kommunikationsprotokollen (z. B. TCP - Transmission Control Protocol) hat die Zuverlässigkeit Vorrang. TCP garantiert die Datenübertragung durch die Verwendung von Bestätigungen, Wiederübertragungen und Sequenznummern, um sicherzustellen, dass alle Pakete in der richtigen Reihenfolge empfangen werden.
• Effizienz: Effizienz hingegen bezieht sich auf die Fähigkeit eines Protokolls, Daten mit minimalem Overhead, Verarbeitung und Verzögerung zu übertragen. Bei verbindungslosen Kommunikationsprotokollen wie UDP wird die Effizienz betont. UDP ist einfacher und hat weniger Protokoll-Overhead, da es keine Verbindung vor der Datenübertragung aufbaut und keinen Verbindungszustand aufrechterhält.

Der Kompromiss zwischen Zuverlässigkeit und Effizienz lässt sich wie folgt zusammenfassen:

• While protocols with a focus on reliability (like TCP) can guarantee the delivery of data, doing so incurs additional processing time and overhead. Reliable protocols include acknowledgment and retransmission procedures, which can increase network overhead and delay data transfer.
• Protocols designed for efficiency (like UDP) place a premium on speed and minimum overhead, but they do not ensure the delivery of data. Packets may be lost, arrive out of order, or include mistakes without the sender being informed due to the lack of an acknowledgment or resend mechanism in UDP.

Die Wahl zwischen der Verwendung zuverlässiger oder effizienter Protokolle hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung und der Art der übertragenden Daten ab. Zuverlässige Protokolle wie TCP werden typischerweise von Anwendungen gewählt, die eine genaue Datenübertragung benötigen, wie z.B. Dateiübertragungen oder Webseiten, um die Datenintegrität zu gewährleisten. Andererseits sind Video-Streaming, Online-Gaming und Voice-over-IP (VoIP) alles Beispiele für "Echtzeitanwendungen", die ein hohes Maß an Reaktionsfähigkeit und minimale Latenz erfordern. Wenn Paketverluste oder leichte Verzögerungen tolerierbar sind, das Warten auf Neuübertragungen jedoch nicht, werden verbindungslose Protokolle wie UDP aufgrund ihrer Effizienz bevorzugt.

Der optimale Kompromiss zwischen der Zuverlässigkeit und Effizienz von Datagrammen hängt von den Anforderungen der Anwendung, der Art der übermittelten Daten und den Eigenschaften des zugrunde liegenden Netzwerks ab.

Was ist die Geschichte der Datagramme?

Datagramme gibt es seit den frühen 1970er Jahren, als Louis Pouzin das Wort erstmals im Kontext des französischen Entwicklungprojekts für paketvermittelte Netzwerke CYCLADES verwendete. Die Idee hinter Datagrammen besteht darin, Informationen in kleinere, handlichere Teile zu zerlegen, die dann über separate Verbindungen gesendet und am Zielort wieder zusammengesetzt werden können. In den 1980er Jahren entstand eine Alternative zu verbindungsorientierten Netzwerken wie dem Transmission Control Protocol (TCP): Datagramm-Netzwerke, wie sie das User Datagram Protocol (UDP) verwenden.

Als das Internet in den 1990er Jahren expandierte, wurden Datagramme weit verbreitet verwendet. Mit dem fortschreitenden Wachstum des Internets verbesserten sich die genannten Technologien und Protokolle. Das TCP-Protokoll wurde entscheidend für die zuverlässige Datenübertragung, während das UDP-Protokoll in verschiedenen Anwendungen, in denen geringe Latenz und reduzierter Overhead wichtig sind, von großer Bedeutung wurde. Ihre Flexibilität und leichte Natur machen sie für viele Anwendungsfälle geeignet.

In paketvermittelten Netzwerken hat sich die Idee der Datagramme entwickelt, um verbindungslose Kommunikation, unabhängige Weiterleitung und effektiven Datentransport zu bieten. Die Hauptanwendung von Datagramm-Netzwerken liegt in der drahtlosen Kommunikation, die die unabhängige Übertragung von Daten mit Quell- und Zieladressen im Header der Daten ermöglicht. Pakete in Datagram-Netzwerken sind nicht garantiert, unbeschädigt oder in der richtigen Reihenfolge anzukommen, und sie können auf dem Weg dupliziert oder verloren gehen. Video-Streaming, Online-Gaming und Voice-over-IP (VoIP) Kommunikation sind nur einige Beispiele für die Art von Anwendungen, die trotz der Einschränkungen stark auf Datagramm-Netzwerke angewiesen sind. Moderne Computernetzwerke verwenden jetzt Datagramm-Netzwerke als grundlegende Komponenten moderner Computernetzwerke, die einen flexiblen und effektiven Transport von Daten auf effiziente Weise ermöglichen.