Unicast: Gezielte Ver­bin­dung zwischen zwei Punkten

Die Netz­werk­tech­nik kennt ver­schie­de­ne Methoden, um eine Nachricht vom Adres­sa­ten zu dem oder den Emp­fän­gern zu bekommen. Während man bei einem Broadcast seine Daten an alle Teil­neh­mer eines Netzes richtet, hilft der Unicast bei einer gezielten Ansprache. Ähnlich funk­tio­niert der Multicast, doch bei diesem geht die Nachricht gleich an mehrere spe­zi­fi­sche Empfänger. Was versteht man genau unter einem Unicast und wie un­ter­schei­den sich Unicast und Multicast von­ein­an­der?

Egal, um welche Form von Kom­mu­ni­ka­ti­on es sich handelt: Wenn man einen konkreten An­sprech­part­ner erreichen möchte, muss man wissen, wie dieser an­zu­spre­chen ist. Name, Te­le­fon­num­mer, Post­adres­se – alle helfen uns, unsere In­for­ma­tio­nen an den korrekten Empfänger zu richten. Auch in der Netz­werk­tech­nik ist dies nicht anders. Hier helfen IP- und MAC-Adresse bei der Iden­ti­fi­zie­rung der Empfänger.

Im OSI-Modell liegt der Unicast auf der Ver­mitt­lungs­schicht (Layer 3) und ist damit ein Rou­tings­che­ma. Der In­for­ma­ti­on, die ver­schickt werden soll (egal ob E-Mail, Datei oder einfache Website-Anfrage), wird ein Header hin­zu­ge­fügt, in dem die Adress­da­ten un­ter­ge­bracht sind. Soweit handelt es sich um einen recht einfachen Vorgang: Im Header befindet sich die Adresse des Emp­fän­gers im Netzwerk. Das Paket wird genau in diese Richtung gesendet.

Al­ler­dings findet die Kom­mu­ni­ka­ti­on nicht immer nur innerhalb eines ge­schlos­se­nen Netzwerks statt, wo der Router jeden Endpunkt direkt erreichen kann. Auch zwischen ver­schie­de­nen (Sub-)Netzen sind Unicasts möglich. Dafür setzt man auf IP-Routing-Tech­no­lo­gie. Diese stellt sicher, dass jeder Kno­ten­punkt weiß, welchen Weg das Da­ten­pa­ket ein­schla­gen muss, damit es den recht­mä­ßi­gen Empfänger erreicht. Router (die Netz­werk­kno­ten) verwenden dafür Rou­ting­ta­bel­len. Um diese zu erstellen, werden vor allem die beiden Pro­to­kol­le OSPF und RIPv2 ein­ge­setzt.

Im Gegensatz zu den bislang noch üblichen IPv4-Adressen hat das neuere IPv6 für Unicast eine Be­son­der­heit vor­ge­se­hen: Bestimmte Adress­be­rei­che sind für die un­ter­schied­li­chen Kom­mu­ni­ka­ti­ons­ar­ten re­ser­viert. Multicast-Adressen befinden sich in einem anderen Adress­be­reich als Unicast-Adressen. Dabei un­ter­schei­det man zudem ver­schie­de­ne Arten von Unicast-Adressen, die durch ein Präfix am Anfang der Adresse dar­ge­stellt werden.

Link Local be­zeich­net lokale, in sich ge­schlos­se­ne Netzwerke. Hierbei ist keine Wei­ter­lei­tung durch einen Router in andere Netzwerke nötig; der Bereich fe80::/10 ist hierfür re­ser­viert. Die ersten 10 Bits der Adresse sind für das Präfix vor­ge­se­hen. Es folgen 64 Bits, die alle auf 0 gestellt sind. Ab­ge­schlos­sen wird die Adresse von einem 54-Bit langen Bereich. Darin befindet sich die Schnitt­stel­len-ID, die den Client eindeutig im lokalen Netz iden­ti­fi­ziert.

Im Gegensatz zu den Link-Local-Adressen kann ein Unique Local Unicast durch einen Router wei­ter­ge­lei­tet werden. Dennoch sind diese Adressen intern (in einem fest­ge­leg­ten Netz­werk­be­reich; z. B. das Netzwerk eines großen Un­ter­neh­mens) einmalig vergeben. Die Internet En­gi­nee­ring Task Force (IETF) hat hierfür den Bereich fc00::/7 vor­ge­se­hen. Derzeit ist al­ler­dings nur der Teil fd00::/8 konkret für den Unique Local Unicast vergeben, über den Bereich fc00:/8 wurde noch nicht ent­schie­den. Nach dem Präfix folgt ein 40-Bit-Teil, in dem eine zufällig zu ge­ne­rie­ren­de Site-ID steht. Das Ende bildet eine 16-Bit lange Subnet-ID.

Durch den Global Unicast ist es auch mit IPv6 möglich, Unicasts weltweit über das Internet zu versenden. Die Adressen sind global einmalig vergeben. So ist es möglich, jemanden ganz gezielt zu erreichen. Dies ist quasi der Stan­dard­fall einer IPv6-Adresse. Den ersten Teil der Adresse be­zeich­net man als Stand­ort­prä­fix oder öf­fent­li­che Topologie; er hängt vom In­ter­net­an­bie­ter ab. An­schlie­ßend folgen In­for­ma­tio­nen zum Teilnetz und zum ei­gent­li­chen Client. Wie beim Sub­net­ting darf auch hier der letzte Teil der Adresse (Schnitt­stel­len-ID) innerhalb des Teil­net­zes nur einmal vergeben werden. Nur so kann si­cher­ge­stellt sein, dass ein Unicast auch tat­säch­lich das korrekte Ziel erreicht.

Die beiden Kom­mu­ni­ka­ti­ons­ar­ten Unicast und Multicast haben klare Ähn­lich­kei­ten, vor allem wenn man sie dem Broadcast ge­gen­über­stellt. Den Broadcast sendet man an eine hierfür re­ser­vier­te Adresse. Alle Teil­neh­mer im Netz erkennen dies und können so auf das Da­ten­pa­ket reagieren. Unicast und Multicast hingegen werden an spe­zi­fi­sche Ziele gerichtet; die anderen Teil­neh­mer im Netz nehmen keine Notiz von den Daten bzw. reagieren auf diese nicht.

Unicast und Multicast un­ter­schei­den sich ziemlich of­fen­sicht­lich darin, dass man den Unicast nur an einen einzelnen Empfänger sendet, während man mit einem Multicast eine ganze Gruppe von Zielen adres­sie­ren kann. Dabei ist der Multicast aber nicht einfach nur eine Sammlung von einzelnen Unicasts. Statt­des­sen erfolgt der Versand über eine Multicast-Adresse. Diese ver­an­lasst die Wei­ter­lei­tung über einen Router oder Server an alle Mit­glie­der der Multicast-Gruppe. Diese Gruppe muss also bereits vor Da­ten­trans­fer bestehen und kann nicht im Moment des Ver­sen­dens durch den Quell­kno­ten fest­ge­legt werden.

Der Vorteil des Mul­ti­casts im Gegensatz zum Multiple Unicast – also dem Transfer an mehrere Unicast-Adressen – liegt im ein­ma­li­gen Versand des Da­ten­pa­kets. Nutzt man mehrere Unicasts, wird das Paket jedes Mal erneut ins Netz gesendet. Der Multicast ver­schickt das Paket nur einmal. Erst am Verteiler werden die Daten mul­ti­pli­ziert – das spart Band­brei­te. Deshalb sind vor allem beim Mul­ti­me­dia-Streaming Mul­ti­casts beliebt. Da eine große Gruppe von Clients genau die gleichen Daten verlangt, ist es sehr viel prak­ti­ka­bler, diese nur einmal zu senden. Würden die gleichen Daten zeit­gleich an viele Empfänger per Unicast versendet, käme es zu Ge­schwin­dig­keits­ein­bu­ßen.