Du hast es sicher schon verwendet: das Transmission Control Protocol (TCP). Es findet Anwendung beim Web-Browsing, beim E-Mail-Verkehr und bei Datei-Übertragungen. In diesem Artikel erfährst du, wie TCP genau funktioniert, welche Schwachstellen es hat und wie sicher die Anwendung für dich ist. Was ist TCP? TCP (Transmission Control Protocol) ist ein Netzwerkprotokoll, das deine Daten über das Internet von deinem Gerät zu einem Webserver überträgt. Du verwendest das TCP-Protokoll, wenn du mit deinen Freunden über Skype chattest, E-Mails sendest, Online-Videos ansiehst oder einfach im Internet surfst. TCP ist verbindungsbasiert, das heißt, es stellt eine Verbindung zwischen dem Empfänger und dem Sender her und hält diese während der Datenübertragung aufrecht. Es garantiert, dass die Daten vollständig intakt ankommen. Aufgrund seiner Zuverlässigkeit ist TCP das beliebteste Netzwerkprotokoll. Wie funktioniert TCP? TCP funktioniert, indem kleine Datenpakete über das Internet gesendet werden, die bei Ankunft beim Empfänger wieder zusammengesetzt werden. In der Praxis sieht das so aus: TCP weist jedem Datenpaket eine eindeutige Kennung und eine Sequenznummer zu. So kann der Empfänger feststellen, welches Paket empfangen wurde und welches als Nächstes eintrifft.{‘ ‘} Sobald das Datenpaket empfangen wurde und in der richtigen Reihenfolge vorliegt, sendet der Empfänger eine Bestätigung an den Absender.{‘ ‘} Der Absender kann nun ein weiteres Paket senden. Wenn das Paket verloren geht oder in der falschen Reihenfolge gesendet wird, bleibt der Empfänger stumm und zeigt an, dass dasselbe Datenpaket erneut gesendet werden muss. Da die Daten in der richtigen Reihenfolge gesendet werden, hilft dies bei der Vermeidung von Datenstaus und bei der Datenflusskontrolle und erleichtert das Erkennen und Beheben von Fehlern. Dies bedeutet auch, dass über TCP gesendete Daten mit größerer Wahrscheinlichkeit vollständig ihr Ziel erreichen. Allerdings hat dies auch einen Nachteil. Es gibt viel Hin- und Her-Kommunikation zwischen den beiden Parteien, sodass der Aufbau einer Verbindung und der Datenaustausch länger dauern. Wofür wird TCP verwendet? TCP wird immer dann verwendet, wenn die Integrität der Datenübertragung wichtig ist. Bei textbasierten Messaging-Diensten stellt TCP beispielsweise sicher, dass Nachrichten vollständig ankommen. Im Folgenden ein paar wichtige Beispiele, wofür TCP verwendet wird. Web-Browsing (HTTP/HTTPS) Beim Surfen im Internet spielt TCP eine entscheidende Rolle, um sicherzustellen, dass die Daten von einem Webserver zuverlässig auf deinem Gerät ankommen. Sowohl HTTP (HyperText Transfer Protocol) als auch{‘ ‘} HTTPS (HTTP Secure) verwenden TCP als Transportprotokoll. TCP stellt eine Verbindung zwischen deinem Browser und dem Webserver her und stellt sicher, dass alle Teile einer Webseite, wie Text, Bilder und Skripte, korrekt und in der richtigen Reihenfolge geliefert werden. Bei HTTPS werden die Daten mit SSL/TLS verschlüsselt, aber die Zuverlässigkeit der Verbindung hängt weiterhin von TCP ab. Ohne TCP kann es aufgrund fehlender oder ungeordneter Datenpakete zu unvollständigen oder beschädigten Webseiten kommen. E-Mail-Dienste (SMTP, IMAP) Auch die E-Mail-Kommunikation ist stark auf TCP angewiesen, um den erfolgreichen Austausch von Nachrichten zu gewährleisten. Das Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) verwendet TCP, um E-Mails von einem Client (z.B. E-Mail-Anwendung) an einen Mailserver oder zwischen Mailservern zu übertragen. TCP stellt sicher, dass der E-Mail-Inhalt, die Anhänge und die Kopfzeilen intakt und ohne Verlust übermittelt werden. SMTP wird für eine sichere Übertragung in der Regel über Port 25 oder Port 587 betrieben.{‘ ‘} Für das Abrufen von E-Mails sind Protokolle wie das Internet Message Access Protocol (IMAP) und das Post Office Protocol (POP3) auf TCP angewiesen, um eine zuverlässige Verbindung zwischen Ihrem Gerät und dem Mailserver aufrechtzuerhalten. IMAP, das die Synchronisierung von E-Mails über mehrere Geräte hinweg ermöglicht, verwendet TCP, um die konsistente und geordnete Übertragung von E-Mail-Daten, einschließlich Ordnerstrukturen und Lesen-/Ungelesen-Status, sicherzustellen. POP3, das für das lokale Herunterladen und Verwalten von E-Mails konzipiert wurde, profitiert ebenfalls von der Zuverlässigkeit von TCP, um Fehler oder Datenverluste während des Abrufvorgangs zu vermeiden. Datei-Übertragungen (FTP) Dateiübertragungen, insbesondere solche, die das File Transfer Protocol (FTP) verwenden, sind ein weiterer Bereich, in dem TCP unverzichtbar ist. Wenn ein Benutzer Dateien zwischen seinem Gerät und einem FTP-Server überträgt, stellt TCP sicher, dass alle Teile der Datei korrekt und in der richtigen Reihenfolge übermittelt werden. Das FTP-Protokoll arbeitet über Port 21 für Steuerbefehle, während zusätzliche TCP-Ports für die eigentliche Dateiübertragung verwendet werden. Der zuverlässige Zustellungsmechanismus von TCP ist unerlässlich, um die Integrität der übertragenen Dateien zu gewährleisten, da selbst ein kleiner Fehler oder ein fehlendes Datenpaket die gesamte Datei beschädigen könnte. Durch die Verwendung von TCP kann FTP garantieren, dass Dateien im selben Zustand am Ziel ankommen, in dem sie gesendet wurden. Vorteile von TCPDie Verwendung von TCP bietet mehrere Vorteile: TCP arbeitet unabhängig von Betriebssystemen und ermöglicht so eine bessere Interoperabilität zwischen Systemen und Geräten. TCP überprüft die Daten während der Übertragung auf Fehler und stellt so sicher, dass die gesendeten Daten ihr Ziel unversehrt erreichen. TCP optimiert und ändert die Geschwindigkeit, mit der Daten übertragen werden, je nach Kapazität des Empfängers. TCP bestätigt, dass die Daten ihr Ziel erreicht haben, und versucht eine erneute Übertragung, wenn die erste Übertragung nicht funktioniert hat. TCP-Schwachstellen Trotz seiner Vorteile hat TCP auch einige Nachteile und kann Schwachstellen aufweisen. TCP verbraucht ziemlich viel Bandbreite und kann langsam sein. Wenn auch nur eine kleine Datenmenge während der Übertragung verloren geht, kann es sein, dass TCP andere Informationen nicht lädt. Wenn beispielsweise ein Element (wie ein Bild oder Video) auf einer Seite nicht geladen werden kann, werden möglicherweise auch die restlichen Seitendaten nicht geladen. Außerdem ist TCP anfällig für folgende Schwachstellen: Denial of Service (DoS) Angriffe Ein Denial-of-Service-Angriff (DoS) nutzt das Design von TCP aus, um ein Zielsystem zu überlasten, sodass es für legitime Benutzer nicht mehr verfügbar ist. Bei einer typischen TCP-Verbindung werden an beiden Enden Ressourcen zugewiesen, um die Kommunikation zu verwalten. Angreifer nutzen dies aus, indem sie eine Flut bösartiger oder fehlerhafter Anfragen senden, wodurch das Zielsystem gezwungen wird, seine verfügbaren Ressourcen zu erschöpfen. Die verbindungsorientierte Natur von TCP, die eine zuverlässige Kommunikation gewährleisten soll, macht es besonders anfällig für diese Angriffe. Indem sie einen Server mit übermäßigem Datenverkehr überlasten oder ihn dazu zwingen, zahlreiche unnötige Verbindungen zu verarbeiten, können Angreifer das System zum Absturz bringen und Webdienste, E-Mail-Server und andere Anwendungen, die auf TCP basieren, stören. SYN-Flood-Angriff Ein SYN-Flood-Angriff zielt auf den TCP-Mechanismus des Drei-Wege-Handshakes ab, der zum Aufbau von Verbindungen zwischen einem Client und einem Server verwendet wird. Bei einem normalen Handshake sendet der Client ein SYN-Paket (synchronize), um die Verbindung zu initiieren, der Server antwortet mit einem SYN-ACK-Paket (synchronize-acknowledge) und der Client schließt den Vorgang mit einem ACK-Paket (acknowledge) ab.{‘ ‘} Bei einem SYN-Flood-Angriff sendet der Angreifer eine große Anzahl von SYN-Paketen, schließt den Handshake jedoch nie durch Senden des abschließenden ACK ab. Dadurch wartet der Server auf eine Antwort, was dazu führt, dass er Ressourcen für diese halboffenen Verbindungen zuweist. Mit der Zeit können die Ressourcen des Servers erschöpft sein, sodass er keine neuen, legitimen Verbindungen mehr annehmen kann. SYN-Flood-Angriffe nutzen das Vertrauen von TCP in den Handshake-Prozess aus und sind daher eine gängige und effektive Methode, um Dienste zu stören. TCP-Sequenzvorhersage Die TCP-Sequenzvorhersage ist eine Technik, die Angreifer nutzen, um eine bestehende Verbindung zu kapern oder sich in einer Kommunikationssitzung als vertrauenswürdiger Client auszugeben. Bei TCP hat jedes Datenpaket eine Sequenznummer, um sicherzustellen, dass die Pakete in der richtigen Reihenfolge empfangen werden. Während einer Verbindung folgen die Sequenznummern einem vorhersehbaren Muster.{‘ ‘} Ein Angreifer kann die Sequenznummern in früheren Kommunikationen beobachten und die nächste Sequenznummer vorhersagen. Durch das Fälschen von Paketen mit der richtigen Sequenznummer kann der Angreifer schädliche Daten einschleusen oder die Kontrolle über die Sitzung übernehmen. Diese Schwachstelle ist besonders gefährlich, da sie es Angreifern ermöglicht, Authentifizierungsmechanismen zu umgehen, potenziell vertrauliche Informationen zu stehlen oder schädliche Nutzlasten in eine Sitzung einzuschleusen. Angriffe zur Sequenzvorhersage nutzen die Abhängigkeit von TCP von vorhersehbaren Nummerierungen für eine zuverlässige Datenübertragung aus. Was ist der Unterschied zwischen TCP und IP? TCP und IP sind zwei Kernprotokolle, die Nachrichten über das Internet übertragen. IP weist Datenpaketen Adressen zu und sendet sie an das richtige Ziel, garantiert jedoch nicht die Zustellung. Kurz gesagt, IP kümmert sich um den „Wo“-Teil. TCP hingegen ist für den „Wie“-Teil verantwortlich – es stellt sicher, dass Datenpakete sicher und in der richtigen Reihenfolge zugestellt werden. Hier ein Vergleich der Protokolle TCP und IP:
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das TCP für zuverlässige und geordnete Datenübertragung und IP für korrekte Datenadressierung zuständig ist. Das TCP stellt eine Verbindung bevor es Daten sendet, während IP Datenpakete ohne vorherige Einrichtung sendet. Bei der Zuverlässigkeit ist das TCP besser und es erkennt Fehler im Gegensatz zu IP. IP teilt Daten in Pakete auf, während TCP es in Segmente teilt. Es gibt auch Unterschiede zu anderen Protokollen wie zwischen TCP und UDP, die es sich lohnt anzusehen. Gängige Probleme mit TCP TCP ist mit mehreren Problemen konfrontiert, die sich auf seine Leistung und Eignung für bestimmte Anwendungen auswirken. Seine Mechanismen für den Verbindungsaufbau und die Überlastungskontrolle können zu Latenzzeiten führen, wodurch es für Echtzeitanwendungen wie Spiele oder VoIP weniger geeignet ist. Die Zuverlässigkeitsfunktionen des Protokolls, wie z.B. Bestätigungen und erneute Übertragungen, erhöhen den Overhead und verringern die Effizienz für kleine oder Daten mit niedriger Priorität.{‘ ‘} Die Überlastungskontrollalgorithmen von TCP können Paketverluste falsch interpretieren, was zu unnötigen Durchsatzreduzierungen führt, selbst wenn das Netzwerk nicht überlastet ist. Aufgrund von Einschränkungen bei den Fenster- und Überlastungsmechanismen ist es auch in Hochgeschwindigkeits- oder weit entfernten Netzen problematisch. TCP wurde für die Ende-zu-Ende-Kommunikation entwickelt und ist für Broadcast- oder Multicast-Szenarien ineffizient. Darüber hinaus verzögert das Problem der Blockierung am Leitungsanfang die Datenübermittlung, wenn Pakete in falscher Reihenfolge ankommen. Zudem ist TCP wie oben genannt, ohne zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen anfällig für Angriffe wie SYN-Flooding und Session-Hijacking. Wie sicher ist eine TCP-Verbindung? Das Transmission Control Protocol ist nicht von Natur aus sicher und weist mehrere Schwachstellen auf, die ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen ausgenutzt werden können. Ein bedeutendes Problem ist die SYN-Flooding-Attacke, bei der Angreifer einen Server mit unvollständigen Verbindungsanfragen überfluten, was zu einem Denial-of-Service-Angriff (DoS) führt. TCP-Sitzungen sind auch anfällig für Session-Hijacking, bei dem Angreifer Sequenznummern erraten, um schädliche Daten einzuschleusen oder die Kontrolle über eine Verbindung zu übernehmen.{‘ ‘} Da TCP keine{‘ ‘} Verschlüsselung und Authentifizierung bietet, ist es anfällig für{‘ ‘} Man-in-the-Middle-Angriffe , die das Abhören oder die Manipulation von Daten ermöglichen. Reset-Angriffe können die Kommunikation unterbrechen, indem sie gefälschte TCP-Reset-Pakete senden, um Verbindungen zu beenden. Darüber hinaus ermöglicht TCP-Spoofing Angreifern, sich als vertrauenswürdige Quellen auszugeben und bösartige Pakete zu senden. Um TCP-Verbindungen zu sichern, werden häufig Verschlüsselungs- und Authentifizierungsprotokolle wie TLS zusammen mit{‘ ‘} Firewalls und Intrusion-Detection-Systemen implementiert. TCP allein bietet jedoch keinen ausreichenden Schutz vor fortschrittlichen Bedrohungen. Zukunft von TCP Die Zukunft von TCP wird durch die anhaltenden Bemühungen geprägt, seine Grenzen zu überwinden und es an die modernen Netzwerkanforderungen anzupassen. Innovationen konzentrieren sich auf die Verbesserung von Effizienz, Skalierbarkeit und Sicherheit, um der wachsenden Komplexität der Internetnutzung gerecht zu werden. Verbesserungen wie TCP Fast Open zielen darauf ab, die Latenzzeit durch die Optimierung des Verbindungs-Handshake-Prozesses zu reduzieren, während neue Algorithmen zur Überlastungskontrolle wie BBR (Bottleneck Bandwidth and Round-trip propagation time) die Leistung in Hochgeschwindigkeits- und Fernnetzwerken optimieren. Durch die Bemühungen, eine bessere Unterstützung für die Mehrwegekommunikation zu integrieren, wie sie in Multipath TCP (MPTCP) zu sehen ist, können Daten über mehrere Wege gleichzeitig übertragen werden, wodurch die Zuverlässigkeit und der Durchsatz erhöht werden.{‘ ‘} Auch Sicherheitsverbesserungen gewinnen an Bedeutung, wobei die Verschlüsselung für den TCP-Verkehr durch Protokolle wie TLS zunehmend vorgeschrieben wird. Mit der Weiterentwicklung der Netzwerke, insbesondere durch 5G, IoT und Edge-Computing, wird erwartet, dass sich TCP durch Verfeinerungen und Erweiterungen weiterentwickelt, um zukünftigen Anforderungen gerecht zu werden. Alternative Protokolle wie QUIC, die ähnliche Funktionen mit integrierten Verbesserungen bieten, könnten jedoch die Vorherrschaft von TCP in bestimmten Anwendungsfällen in Frage stellen.
