Notwendigkeit von Kommunikationsprotokollen

Zunächst soll der Begriff Kommunikation definiert werden.

Kommunikation: Austausch von Information. Meist legt man fünf Staionen $\,$für die Übertragung einer Information fest; Sender, Codierung, Übertragungsmedium (Kanal), Decodierung und Empfänger. [DuInf93]
Bei Kommunikationen unterscheidet man verschiedene Formen und Ebenen.
Formen: Die Informationen fließen in nur einer (unidirektional), in zwei (bidirektional) oder in vielen Richtungen; sie können gezielt an einen Empfänger (wie im Gespräch zweier Personen), an festgelegte Empfänger (wie bei einem Vortrag oder bei der Einladung zu einer Sitzung) oder anonym an beliebig viele angeschlossene Empfänger (wie bei Funk und Fernsehen) gerichtet sein.
Ebenen: Kommunikation kann sich auf einer, rein physikalischen Ebene, auf den darüberliegenden Schichten des ISO/OSI-Schichtenmodells oder über einer semantischen Ebene abspielen.

Figure 3: Kommunikation

Schaut man sich biometrische Authentikations-/Identikationssysteme an, erkennt man bei den Verfahren eine Vielzahl von Kommunikationsstellen. Nicht alle unterschiedliche Systeme erfassen und verarbeiten die gleichen Daten. Aber bestimmte Grundsätzlichkeiten lassen sich feststellen. Irgendwo muß die biometrische Charakteristik digital aufgezeichnet werden. Anschliessend findet eine Verarbeitung und Modifikation der Daten statt. Alle Verfahren lassen sich schematisch gleich auffassen, wie folgende Abbildung illustriert:

Figure 4: Datenfluss

Damit zwischen zwei Kommunikationspartnern ein Austausch von Information stattfinden kann, benötigt man ein Kommunikationsprotokoll.

Protokoll:Vereinbarung über den geordneten Ablauf einer Kommunikation, wobei die Vereinbarung in der Informatik diktatorischen Charakter besitzt: Wer sich nicht an sie hält, wird von der Kommunikation ausgeschlossen. Entsprechend der aufeinander aufbauenden Schichten bei der Übertragung von Informationen wird für jede Ebene ein eigenes Protokoll vereinbart, dessen Realisierung sich auf das Protokoll der nächst tieferen Ebene abstützt. Protokolle sind bei der Kopplung von Systemen und in Offenen Systemen$\,$(bisher) unverzichtbar.
Für die präzise Definition von Protokollen eignen sich endliche Automaten oder Petri-Netze. Hierbei nimmt man an, dass sich jeder Kommunikationspartner und das übertragende Medium in Zuständen befinden, die man zu einem Geamtzustand zusammenfaßt. [DuInf93]

In einem Kommunikationsprotokoll wird also exakt definiert, wie ein Datenaustausch zwischen zwei Parteien auszusehen hat. Das Protokoll legt Format, Bedeutung und Reihenfolge der zu übertragenden Nachrichten fest. Somit sind die Stationen der Kommunikation genau festgelegt, und beide Parteien können die Informationen verwerten, welche sie austauschen.

Man unterscheidet bei Kommunikation zwischen verbindungsorientierten und verbindungslosen Protokollen.
Bei Lienemann [Lie00][S.45f] werden die beiden Typen wie folgt unterschieden:

Eigenschaften eines verbindungslosen Protokolls

• Der Datenaustausch findet über einen einfachen Datenpaket-Verkehr zwischen den Kommunikationspartnern statt. Die Pakete sind über ihre Quell- und Zieladresse identifizierbar und können so zugestellt werden. Es gibt keine Sicherungsmechanismen, die gewährleisten, dass Pakete tatsächlich ankommen und unverfälscht sind.
• Aus dem Fehlen der Sicherungsmechanismen resultiert ein, verglichen mit verbindungsorientierten Protokollen, schnelles Protokoll.
• Aus dem Fehlen der Sicherungsmechanismen resultiert aber auch eine höhere Störanfälligkeit:
  a) Pakete können verloren gehen.
  b) Pakete erreichen ihr Ziel in falscher Reihenfolge.
  c) Pakete können doppelt empfangen werden.
• Um eine verlässliche Kommunikation zu gewährleisten, müssen übergeordnete Protokolle ausreichende Kontrolle und Sicherung bieten.

Eigenschaften eines verbindungsorientierten Protokolls

• Es findet eine Bestätigung der übermittelten Informationen statt. Dieses kann von einer einfachen Empfangsbestätigung bis zur kompletten Überprüfung der Datenintegrität reichen. Durch diese Sicherung des Datenaustausches kann verhindert werden, dass Datenpakete verloren gehen.
• Der Datenaustausch vollzieht sich in drei Phasen:
  a) Verbindungsaufbau
  b) Datenübertragung
  c)Verbindungsabbau.
• Beide Kommunikationspartner besitzen lokal Statusinformationen der Verbindung. Somit müssen zu keinem Zeitpunkt Statusinformationen angefordert oder übertragen werden. Es herrscht eine gute Orientierung $\,$innerhalb der Kommunikation.