In diesem Teil des Internet-Kurses, haben wir es mit sehr spannenden Fragen zu tun. Im Großen und Ganzen dreht sich alles um die Frage “Wie funktioniert das Internet?”. Diese lässt sich in zwei Teilfragen zerlegen:
- Wie ist die Infrastruktur des Internets aufgebaut?
- Wie finden meine Daten den richtigen Weg zum Ziel?
Im Prinzip hat das Internet nur eine einzige große Aufgabe: Daten von A nach B zu transportieren. Dabei darf es keine Rolle spielen, welche Arten von Geräten an der Kommunikations beteiligt sind, an welchem Ort dieser Erde sie sich befinden, wie die Endgeräte mit dem Internet verbunden sind und um was für Daten es sich handelt.
Um diese Aufgabe zu erfüllen, wurde eine einmalige Infrastruktur geschaffen. Zusätzlich wurde eine grandiose Form der Datenvermittlung entwickelt. Diese beiden Komponenten bilden die Grundlage für viele Innovationen und zeichnen für den ungeheuren Erfolg des Internets verantwortlich.
Natürlich kann ich dir hier nicht bis ins kleinste Teil zeigen, wie das Internet funktioniert. Dies würde eindeutig den Rahmen sprengen, denn man könnte ein ganzes Buch damit füllen. Ich möchte aber, dass du einen ersten Eindruck und ein Verständnis davon bekommst, welche Komponenten und Standards an der Kommunikation im Internet beteiligt sind und wie es ermöglicht wird, dass du deine Daten von A nach B senden kannst.
Los geht’s!
Dieser Artikel ist Teil des 21.-teiligen Kurses “Das Internet“.
Wie ist die Infrastruktur des Internets aufgebaut?
Wie du im zweiten Teil des Kurses gelernt hast, besteht das Internet aus vielen Einzelnetzwerken, die zu einem großen Netz zusammengeschlossen sind. Dem Internet.
Diese Einzelnetzwerke können zum Beispiel
- das Netzwerk eines Providers (hierzu gehört höchstwahrscheinlich auch dein Rechner),
- Firmennetzwerke,
- oder Forschungs- und Universitätsnetzwerke sein.
Die einzelnen Netzwerke, werden hautpsächlich mit Hilfe von Glasfaserkabeln und Routern miteinander verbunden. Der Zusammenschluss geschieht an sogenannten Internet-Knoten. An diesen Internet-Knoten laufen die Daten aus meist mehreren hundert Netzwerken zusammen. Damit wird der Datenaustausch zwischen den verschiedenen Netzwerken sichergestellt.
Der größte deutsche Internet-Knoten befindet sich in Frankfurt am Main. Insgesamt gibt es ca. 340 Knoten weltweit, die ebenfalls alle miteinander verbunden sind. Dadurch kommt eine weltweite Vernetzung zustande.
Um diese weltweite Vernetzung zu ermöglichen, wurden unzählige Glasfaserkabel als Land- und Seekabel verlegt. Durch ihre enormen Übertragungskapazitäten sorgen sie für eine störungsfreie Kommunikation zwischen den einzelnen Internet-Knoten. Das letzte Seekabel zwischen Europa und Nordamerika wurde 2001 verlegt. Es sorgt dafür, dass der Datenverkehr zwischen diesen beiden Kontinenten für die nächsten Jahre gesichert ist. 2005 wurden nämlich nur 3 Prozent der Glasfasern genutzt, die zwischen amerikanischen und europäischen Städten verlegt wurden.
Weltweit verlegte Seekabel
Neben den verlegten Glasfaserkabeln, sind auch Satelliten und Richtfunkstrecken in die Infrastruktur des Internets eingebunden. Über diese Verbindungsarten läuft aber nur ein geringer Teil des Datenverkehrs.
Du kannst dir das Internet also wie eine netzartige Struktur vorstellen. Es gibt nämlich nicht nur einen Weg der zum Ziel führt. Unsere Daten können über mehrere Wege zum Ziel gelangen. Es ist zum Beispiel vorstellbar, dass wenn wir Daten nach Nordamerika übertragen, ein Teil dieser Daten über ein Glasfaserkabel durch den Atlantik transportiert wird und ein anderer Teil über Asien verschickt wird.
Schematisch kannst du dir die netzartige Struktur so vorstellen:
Das Internet ist ein vermaschtes Netzwerk
Im Schaubild symbolisieren die Kreise einzelne Netzwerke die mit dem Internet verbunden sind. Nun möchte ein PC aus dem Netzwerk 12 mit einem anderen PC aus Netzwerk 10 kommunizieren. Leider ist die Verbindung ausgefallen und kann nicht genutzt werden. Durch den vermaschten Aufbau des Internets, kann die Kommunikation über einen anderen Weg stattfinden. Die Daten gelangen nämlich auch über die Stationen 7 -> 6 -> 4 -> 5 ans Ziel und dies ist nur ein möglicher Weg, der als alternative Route genutzt werden kann.
Dieser Aufbau des Internets, führt zu einer hohen Ausfallsicherheit und der Ausfall einer Verbindung hat meist keine schwerwiegenden Auswirkungen auf das gesamte Internet. Die Daten können ja immer noch einen anderen Weg einschlagen.
Die Infrastruktur des Internets besteht also aus vielen Netzwerken und einigen Internet-Knoten. Die Internet-Knoten verbinden die einzelnen Netzwerke miteinander und die Internet-Knoten sind ebenfalls durch Glasfaserkabel und Router verbunden. Insgesamt haben wir also unzählige physische Komponenten, die miteinander zu einem großen weitverzweigten Netz zusammengeschlossen sind. Durch dieses Netz gibt es viele verschiedene Wege, die zum Ziel führen, um eine hohe Ausfallsicherheit herzustellen.
Du kannst dir jetzt sicherlich vorstellen, dass eine wichtige Sache noch fehlt, damit das Internet funktioniert wie es funktioniert. Bis jetzt haben wir nämlich “nur” das Netz. Es gibt noch keine Regeln oder Anweisungen, wie die Daten einen geeignete Weg zum Ziel finden sollen.
Wie finden meine Daten den richtigen Weg zum Ziel?
Die Infrastrukur legt nur den Grundstein für die Kommunikation. Damit die unzähligen Endgeräte, mit den unterschiedlichsten Betriebssystemen, auch wirklich untereinander kommunizieren können, müssen Sie eine einheitliche Sprache sprechen. Diese einheitliche Sprache ist das Internet Protokoll.
Egal ob du mit deinem PC eine Website besuchst, ein Video auf deinem Smartphone anschaust, mit deinen Freunden über Skype an deinem Fernseher eine Videokonferenz abhältst oder eine E-Mail verschickst, alle Daten werden mittels des Internet Protokolls in Paketform verschickt.
Die per Internet Protokoll übertragenen Daten sind plattformunabhängig. Es gibt somit keine Einschränkungen für die angeschlossenen Endgeräte. Man spricht hier auch von einem offenen Standard und deshalb spielt es keine Rolle welche Hardwarekomponente, welcher Kabeltyp oder welches Betriebssystem an der Kommunikation im Internet beteiligt ist.
Mit dem Internet Protokoll haben wir also eine Sprache, die die heterogene Infrastruktur des Internets nutzen kann. Gleichzeitig übernimmt es auch die weltweit eindeutige Adressierung der ans Internet angeschlossenen Komponenten (PC, Smartphones, Fernseher, etc.). Für diese eindeutige Adressierung erhält jedes Gerät eine eindeutige IP-Adresse. Diese ist vergleichbar mit deiner postalischen Anschrift und ist Bestandteil eines jeden Datenpakets welches über das Internet verschickt wird.
Datenpaket? Welches Datenpaket denn?
Ich hatte ja weiter oben schon geschrieben, dass das Internet Protokoll seine Daten in Paketform verschickt. Das bedeutet, dass deine Daten in viele kleine Datenpakete aufgeteilt werden. Den sogenannten IP-Paketen.
Diese Pakete können maximal 65.000 Byte groß sein, wobei effektiv aber meist nur 1.500 Byte genutzt werden können. Das ist nicht besonders viel, auch wenn man bedenkt, dass nicht alle dieser 1.500 Byte für deine Daten zur Verfügung stehen. Ein Paket wird nämlich in einen Kopf- und einen Nutzdatenbereich aufgeteilt.
- Kopfbereich (Header)
Hier werden unter anderem Informationen zur Adressierung und weitere Zusatzinformationen gespeichert. Unter den Informationen zur Adressierung finden wir zwei wichtige Felder. Nämlich die Absender- und die Zieladresse. In diesen Felder werden die IP-Adressen des Senders und des Empfängers gespeichert. - Nutzdaten
In den Nutzdaten sind deine verschickten Daten enthalten. Diese sind je nach verwendetem Dienst, in weitere Protokolle verpackt. Du kannst dir das wie ein DHL LKW vorstellen. Dieser kann viele Postpakete geladen haben, in denen die unterschiedlichsten Güter eingepackt sind. Der LKW ist das IP-Paket und die Postpakete sind die weiteren Protokolle. Wenn du zum Beispiel eine Website besuchst, sind in den Nutzdaten des IP-Pakets, Daten des Transmission Control Protocols enthalten. Die Daten des Transmission Control Protocols enthalten wiederum Daten des Hypertext Transfer Protocols und erst dort sind die eigentlichen Nutzdaten verpackt. Dieses Verfahren wird Datenkapselung genannt.
Datenkapselung: Die Informationen der Protokolle einer höheren Schicht, werden in den Nutzdaten des Protokolls der tieferen Schicht gekapselt.
Deine Daten werden also in viele kleine IP-Pakete zerteilt, die eine eindeutige Adressierung enthalten und über die Infrastruktur des Internets verschickt werden können. So weit so gut…
Die Pakete müssen auf Ihrem Weg zum Ziel aber auch vermittelt werden. Die Vermittlung im weitverzweigten Internet übernehmen Router. Diese schauen sich einzig und alleine die Kopfdaten des IP-Pakets an. Deine Nutzdaten bleiben also geheim.
Anhand der Kopfdaten und der darin enthaltenen Zieladresse, weiß der Router, wohin er das Paket als nächstes verschicken muss. Vorher entscheidet er aber, welches der kürzeste Weg zum Ziel ist. So geht es von Router zu Router und von Netzwerk zu Netzwerk, bis das Paket am Ziel angekommen ist. Dieses Verfahren wird auf alle Datenpakete angewendet. Dabei kann es natürlich passieren, dass ein Router einen günstigeren Weg zum Ziel ermittelt und einige Pakete unterschiedliche Wege einschlagen. Dies ist aber nicht schlimm. Durch spezielle Verfahren spielt es keine Rolle, ob die Pakete in der richtigen Reihenfolge beim Sender ankommen. Über Prüfsummen können die Pakete wieder in die richtige Reihenfolge gebracht und zusammengesetzt werden.
Alle Dienste die du im Internet verwenden kannst, verwenden den offenen Standard des Internet Protocols. Zusammen mit der heterogenen und sehr flexiblen Infrastruktur des Internets, ist der Grundstein für eine offene und flexible Kommunikation gelegt und die Frage “Wie funktioniert das Internet?” beantwortet.
Wie funktioniert das Internet? – Die Zusammenfassung
Einzelne Netzwerke werden über sogenannte Internet-Knoten miteinander verbunden. Von diesen Knoten existieren mehrere hunderte, die auf der ganzen Welt verteilt sind und untereinander ebenfalls vernetzt sind. Die Vernetzung wird hauptsächlich durch Glasfaserkabel und Router ermöglicht. Teilweise werden aber auch noch Kupferkabel eingesetzt, zum Beispiel auf der letzten Meile. Das Internet besteht also aus unzähligen physikalischen Komponenten, die zu einem weitverzweigten (vermaschten) Netz zusammengeschlossen sind. Durch dieses heterogene Netz können die Daten auf verschiedenen Wegen ans Ziel gelangen.
Die Adressierung der Daten übernimmt das Internet Protocol. Dies ist ein plattformunabhängiges Protokoll und es handelt sich hierbei um einen offenen Standard. Durch die Plattformunabhängigkeit und durch die Tatsache, dass es sich um einen offenen Standard handelt, kann die heterogene Infrastruktur des Internets genutzt werden.
Die Daten werden vom Internet Protocol in paketform verschickt. Die einzelnen Datenpakete enthalten dabei im Kopfbereich die IP-Adresse des Empfängers. Dadurch können die einzelnen Datenpakete durch Router an das Ziel vermittelt werden.
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Vielen Dank für diesen Artikel aus deiner Reihe! Wirklich großartiger Content der begeistert und die doch komplexe Materie anschaulich und einfach erklärt. Einfach großartig!!!
Vielen Dank für das großartige Kompliment Sascha.
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ich danke ihnen 🙂
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