Physik
Wie funktioniert das Internet?
Das Internet zerlegt jede Nachricht in kleine Datenpakete, die einzeln und oft auf unterschiedlichen Wegen zum Ziel geschickt werden. Router leiten jedes Paket anhand seiner Zieladresse weiter, und am Ziel setzt das TCP-Protokoll alles wieder in der richtigen Reihenfolge zusammen.
Warum Nachrichten in Pakete zerlegt werden
Fruehe Telefonnetze funktionierten anders als das Internet: Beim Anruf wurde eine durchgehende Leitung zwischen zwei Teilnehmern reserviert, die fuer die gesamte Dauer des Gespraechs blockiert blieb, egal ob gerade gesprochen wurde oder nicht. Fuer Computer, die in unregelmaessigen Schueben Daten senden, waere das enorm verschwenderisch. Deshalb setzt das Internet auf Paketvermittlung: Jede Datei, jedes Foto, jede Nachricht wird in viele kleine Haeppchen zerlegt, typischerweise nur wenige tausend Byte gross. Jedes dieser Pakete bekommt einen eigenen Kopf mit Absender-IP-Adresse, Ziel-IP-Adresse und einer Nummer, die seine Position in der urspruenglichen Nachricht festhaelt. Damit ist jedes Paket fuer sich genommen vollstaendig adressiert und kann unabhaengig von allen anderen durchs Netz reisen.
Wie ein Router entscheidet, wohin ein Paket geht
Ein Router liest bei jedem ankommenden Paket nur die Zieladresse im Kopf, nicht den Inhalt. Er vergleicht sie mit einer Routing-Tabelle und schickt das Paket an den naechsten Router, der statistisch am schnellsten in Richtung Ziel liegt. Das ist vergleichbar mit einem Postverteilzentrum: Der Sortierer schaut nur auf die Postleitzahl auf dem Umschlag und legt den Brief in den passenden Sack fuer die naechste Zwischenstation, ohne den Brief zu lesen oder das gesamte Paket kennen zu muessen. Jeder Router im Internet kennt also nur seine unmittelbare Nachbarschaft, nicht die gesamte Strecke. Trotzdem kommt das Paket an, weil jeder Sprung die Distanz zum Ziel ein Stueck verkleinert.
Warum Pakete unterschiedliche Wege nehmen
Weil jedes Paket einzeln geroutet wird, koennen zwei Pakete derselben Nachricht durch komplett verschiedene Staedte oder Laender reisen, je nachdem, welche Verbindung im Moment am wenigsten ausgelastet ist. Das ist kein Fehler, sondern der eigentliche Vorteil des Systems: Faellt eine Leitung aus oder ist ueberlastet, weichen nachfolgende Pakete automatisch auf eine andere Route aus, ohne dass die Verbindung insgesamt abbricht. Dieses Prinzip macht das Internet ausfallsicher, es hat urspruenglich sogar eine Rolle bei der Entwicklung gespielt: Ein Netz ohne zentrale Steuerung sollte auch funktionieren, wenn einzelne Knoten wegfallen. Genau deshalb zeigt ein Traceroute-Befehl bei jedem erneuten Aufruf oft leicht andere Zwischenstationen.
TCP: Wie aus dem Puzzle wieder eine Nachricht wird
Da Pakete unterschiedlich lange Wege nehmen, kommen sie am Ziel oft nicht in der Reihenfolge an, in der sie losgeschickt wurden, manche verspaeten sich, manche gehen ganz verloren. Diese Aufgabe uebernimmt das TCP-Protokoll auf der empfangenden Seite. Es sortiert die Pakete anhand ihrer Nummerierung wieder in die richtige Reihenfolge und bestaetigt dem Absender laufend, welche Pakete angekommen sind. Fehlt eines, fordert TCP genau dieses Paket erneut an, statt die gesamte Nachricht neu zu senden. Erst wenn alle Teile vollstaendig und sortiert vorliegen, wird die Nachricht wieder zu einem lesbaren Foto, einer Webseite oder einer Chat-Nachricht zusammengesetzt. IP sorgt also fuer den Transport, TCP fuer die Zuverlaessigkeit.
Woher der Absender die Zieladresse ueberhaupt kennt
Damit ein Paket ueberhaupt eine Ziel-IP-Adresse bekommen kann, muss der Computer erst wissen, welche Adresse zu einem Ziel wie einer Webseite gehoert. Menschen tippen Namen wie eine Domain ein, Router verstehen aber nur Zahlenadressen. Dazwischen sitzt das Domain Name System, kurz DNS, eine Art Telefonbuch des Internets. Es uebersetzt den eingegebenen Namen in die passende IP-Adresse, bevor ueberhaupt das erste Datenpaket losgeschickt wird. Erst danach beginnt der eigentliche Paketversand mit Zerlegen, Routen und Wiederzusammensetzen. Diese Kombination aus Adressuebersetzung, unabhaengigem Routing und zuverlaessigem Wiederaufbau ist der Grund, warum das Internet trotz seiner dezentralen, chaotisch wirkenden Struktur so verlaesslich funktioniert.
Häufige Fragen
Ist das Internet dasselbe wie das World Wide Web?
Nein. Das Internet ist die technische Infrastruktur aus Kabeln, Routern und Protokollen wie IP und TCP. Das World Wide Web ist nur einer der Dienste, die darauf laufen, neben E-Mail, Videostreaming oder Online-Spielen.
Warum ist meine Verbindung manchmal langsam, obwohl das Internet doch so ausfallsicher ist?
Ausfallsicherheit bedeutet nicht automatisch Geschwindigkeit. Wenn viele Nutzer gleichzeitig eine Leitung oder einen Router auslasten, muessen Pakete warten oder werden auf laengere Umwege geschickt, das spuert man als Verzoegerung.
Was passiert, wenn ein Datenpaket komplett verloren geht?
Der Empfaenger merkt anhand der fehlenden Paketnummer, dass ein Stueck fehlt, und TCP fordert genau dieses Paket beim Absender erneut an. Nur das fehlende Stueck wird neu gesendet, nicht die gesamte Nachricht.
