Wie funktioniert das Internet? Pakete, IP-Adressen und DNS erklärt

Milliarden von Menschen nutzen das Internet täglich, doch die Mechaniken hinter dem einfachen Laden einer Seite sind oft unsichtbar. Im Kern ist das Internet kein einzelnes Netzwerk, sondern ein Geflecht unabhängig betriebener Netzwerke, die sich einigen, den Datenverkehr anhand gemeinsamer technischer Regeln auszutauschen, wie das Mozilla Developer Network (MDN) erläutert.

Von lokalen Kabeln zu einem globalen Netzwerk

Innerhalb eines Hauses oder Büros verbinden sich Computer über physische Kabel (Ethernet) oder drahtlose Signale (Wi-Fi) mit einem Gerät namens Netzwerk-Switch, wie MDN erklärt. Jedes Gerät hat einen eindeutigen Hardware-Identifikator, bekannt als MAC-Adresse, der vom Hersteller vergeben wird, und der Switch verwendet diese Adressen, um Nachrichten an die richtige Maschine in diesem lokalen Netzwerk weiterzuleiten.

Um separate lokale Netzwerke miteinander zu verbinden, werden Router statt Switches verwendet. Router basieren auf IP-Adressen — numerische Bezeichnungen, die als vier Zahlengruppen geschrieben werden, wie 142.250.190.78 — anstatt auf MAC-Adressen. Nach MDN sind IP-Adressen so strukturiert, dass ein Router den Datenverkehr für einen ganzen Block von Adressen mit demselben Präfix weiterleiten kann, anstatt jedes einzelne Gerät zu verfolgen.

Ein Modem verbindet ein lokales Netzwerk mit der breiteren Telefon- oder Kabelinfrastruktur, und ein Internet Service Provider (ISP) betreibt die Router, die diese Verbindung mit anderen ISP-Netzwerken verbinden. MDN beschreibt das Internet selbst als einfach die Summe aller dieser untereinander verbundenen ISP-Netzwerke weltweit.

Pakete: Daten reisen in kleinen, unabhängigen Teilen

Anstatt eine Datei oder Webseite als einen kontinuierlichen Datenstrom zu senden, teilt das sendende Gerät diese in kleine Einheiten namens Pakete auf. Jedes Paket ist mit Quell- und Ziel-IP-Adressen gekennzeichnet und kann seinen eigenen Weg über das Netzwerk nehmen, wobei Router die Zieladresse jedes Pakets lesen und den nächsten Schritt bestimmen.

Dieser Ansatz, bekannt als Packet Switching, wurde von Leonard Kleinrock vom MIT in einem Papier von Juli 1961 theoretisiert, wie die Internet Society beschreibt. 1965 baute Lawrence G. Roberts ein frühes Fernbereichs-Computernetzwerk auf, das Computer über eine Telefonleitung miteinander verband und zeigte, dass Packet Switching das traditionelle Leitungsvermittlungsmodell des Telefons zum Datentransfer übertraf.

TCP/IP: die gemeinsamen Regeln, denen sich Netzwerke einigen zu befolgen

Damit Pakete aus verschiedenen, unabhängig gestalteten Netzwerken zusammenarbeiten können, war ein gemeinsames Protokoll erforderlich. Robert Kahn, der 1972 zur U.S. Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) stieß, etablierte Prinzipien der offenen Architektur-Vernetzung und arbeitete mit Vint Cerf, damals an der Stanford University, ab Frühjahr 1973 zusammen, um TCP/IP zu entwickeln, wie die Internet Society erklärt. Ihr Entwurf wurde als Arbeitspapier im September 1973 verbreitet und 1974 in überarbeiteter Form veröffentlicht.

Kahns Gründungsprinzipien, wie von der Internet Society beschrieben, waren, dass jedes Netzwerk sein eigenes internes Design behalten konnte, die Kommunikation auf Best-Effort-Basis ohne Garantien stattfand, verbindende Gateways einfach blieben und keine einzelne Behörde globale operative Kontrolle ausübte. Dieses dezentralisierte Design ist der Grund, warum kein einzelnes Unternehmen oder keine Regierung das Internet als Ganzes verwaltet.

DNS: Namen in Adressen umwandeln

Die Eingabe eines Domänennamens wie icann.org in einen Browser kommuniziert nicht direkt mit einem Gerät — Computer benötigen stattdessen die numerische IP-Adresse. Das Domain Name System (DNS) führt diese Übersetzung durch und wird von der Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN) als "das Adressbuch des Internets" beschrieben.

ICANN, die gemeinnützige Organisation, die das globale Domainnamen-System koordiniert, erklärt, dass jedes mit dem Internet verbundene Gerät eine eindeutige IP-Adresse hat, und DNS ermöglicht es Menschen, lesbare Domainnamen zu verwenden, anstatt Zahlenfolgen zu merken. Ein Domänenname besteht aus zwei oder mehr Textsegmenten, die durch Punkte getrennt sind, und wenn ein Browser einen nachschlägt, gibt DNS die entsprechende IP-Adresse zurück, damit die Verbindung fortgesetzt werden kann.

Wie Daten physisch Kontinente überqueren

Sobald lokale Netzwerke verlassen werden, reist der Langstrecken-Internetverkehr zwischen Kontinenten überwiegend durch unterseeische Glasfaserkabel statt Satelliten. Der Branchendatenanbieter TeleGeography erklärt, dass U-Boot-Kabel mehr als 99% des interkontinentalen Datenverkehrs ausmachen.

TeleGeography weist auch auf einen Vorbehalt hin, der es wert ist, genau zugeordnet zu werden: Diese häufig wiederholte Zahl stammt von Daten der U.S. Federal Communications Commission (FCC) von 2013, die zeigen, dass Satelliten damals nur 0,37% der U.S. internationalen Kapazität ausmachten, und die FCC verlangt nicht mehr, dass Satellitenbetreiber aktualisierte Schaltkreiszahlen melden. TeleGeography sagt, dass die allgemeine Behauptung über U-Boot-Kabel direktional korrekt ist, aber derzeit nicht mit präzisen, aktuellen globalen Zahlen überprüft werden kann.

Alles zusammenbringen

Wenn jemand eine Webseite öffnet, fragt ein Gerät zunächst DNS ab, um den Domainnamen der Website in eine IP-Adresse aufzulösen. Das Gerät sendet dann Pakete, die an diese IP-Adresse adressiert sind; Router innerhalb von ISP-Netzwerken leiten jedes Paket weiter, möglicherweise über unterseeische Kabel, wenn sich das Ziel auf einem anderen Kontinent befindet, bis die Pakete den Zielserver erreichen. Der Server sendet seine Antwort als Pakete zurück, die das ursprüngliche Gerät zu der Seite zusammensetzt, die der Benutzer sieht.