Hoe werkt het internet? Pakketten, IP-adressen en DNS uitgelegd

Miljarden mensen gebruiken het internet dagelijks, maar de mechanica achter een eenvoudig paginaladen is vaak onzichtbaar. In essentie is het internet geen enkel netwerk, maar een web van onafhankelijk bezeten en beheerde netwerken die akkoord gaan met het uitwisselen van verkeer met behulp van gemeenschappelijke technische regels, volgens het Mozilla Developer Network (MDN).

Van lokale kabels naar een wereldwijd netwerk

Binnen een huis of kantoor verbinden computers zich via fysieke kabels (Ethernet) of draadloze signalen (Wi-Fi) met een apparaat dat een netwerkswitch wordt genoemd, zoals MDN uitlegt. Elk apparaat heeft een unieke hardware-identificatie die bekend staat als een MAC-adres, toegewezen door de fabrikant, en de switch gebruikt deze adressen om berichten naar de juiste machine op dat lokale netwerk door te sturen.

Om afzonderlijke lokale netwerken met elkaar te verbinden, worden routers gebruikt in plaats van switches. Routers zijn afhankelijk van IP-adressen — numerieke labels geschreven als vier getallengroepen, zoals 142.250.190.78 — in plaats van MAC-adressen. Volgens MDN zijn IP-adressen zo gestructureerd dat een router verkeer voor een heel blok adressen met hetzelfde voorvoegsel kan doorstuuren, in plaats van elk afzonderlijk apparaat bij te houden.

Een modem verbindt een lokaal netwerk met de bredere telefoon- of kabelinfrastructuur, en een internetprovider (ISP) exploiteert de routers die die verbinding met andere ISP-netwerken verbinden. MDN beschrijft het internet zelf als gewoon de som van al deze onderling verbonden ISP-netwerken wereldwijd.

Pakketten: gegevens reizen in kleine, onafhankelijke stukken

In plaats van een bestand of webpagina als één continue stroom te verzenden, splitst het verzendende apparaat het op in kleine eenheden die pakketten worden genoemd. Elk pakket is voorzien van bron- en doel-IP-adressen en kan zijn eigen pad over het netwerk nemen, met routers die het doel van elk pakket aflezen en de volgende sprong bepalen.

Deze benadering, bekend als pakketschakelaar, werd in juli 1961 theoretiseerd door Leonard Kleinrock van het MIT, volgens de internetgeschiedenis van de Internet Society. In 1965 bouwde Lawrence G. Roberts een vroeg wide-area computernetwerk dat computers via een telefooniijn verbond, wat aantoonde dat pakketschakelaar het traditionele circuitgeschakelde telefoonmodel voor gegevensverzending overtrof.

TCP/IP: de gemeenschappelijke regels waar netwerken zich aan verbinden

Opdat pakketten uit verschillende, onafhankelijk ontworpen netwerken kunnen samenwerken, was een gedeeld protocol nodig. Robert Kahn, die in 1972 bij de U.S. Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) kwam, stelde open-architectuurnetwerkingsprincipes vast en werkte met Vint Cerf, toen aan de Stanford University, vanaf het voorjaar 1973 samen om TCP/IP te ontwerpen, aldus de Internet Society. Hun ontwerp werd in september 1973 verspreid als een werkdocument en in verfijnde vorm in 1974 gepubliceerd.

Kahns grondregels, zoals beschreven door de Internet Society, waren dat elk netwerk zijn eigen interne ontwerp kon behouden, communicatie zou plaatsvinden op best-effort basis zonder garanties, verbindingsgateways eenvoudig zouden blijven en geen enkele autoriteit zou globale operationele controle uitoefenen. Dit gedecentraliseerde ontwerp is de reden waarom geen enkel bedrijf of regering het internet als geheel beheert.

DNS: namen in adressen vertalen

Het typen van een domeinnaam zoals icann.org in een browser communiceert niet rechtstreeks met een machine — computers hebben het numerieke IP-adres nodig. Het Domain Name System (DNS) voert die vertaling uit en wordt door de Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN) beschreven als "het adresboek van het internet".

ICANN, de non-profitorganisatie die het globale domeinnaamensysteem coördineert, legt uit dat elk aan het internet verbonden apparaat een uniek IP-adres heeft, en DNS stelt mensen in staat leesbare domeinnamen te gebruiken in plaats van nummersreeksen uit het hoofd te leren. Een domeinnaam bestaat uit twee of meer tekstsegmenten gescheiden door punten, en wanneer een browser er één opzoekt, retourneert DNS het overeenkomstige IP-adres zodat de verbinding kan doorgaan.

Hoe gegevens fysiek continenten oversteken

Eenmaal voorbij lokale netwerken, reist langafstandsinternetverkeer tussen continenten overwegend via onderzeeische glasvezelkabels in plaats van satellieten. De industrie-dataprovider TeleGeography stelt dat onderzeeische kabels meer dan 99% van het intercontinentale gegevensverkeer voor zijn rekening nemen.

TeleGeography merkt ook een kanttekening op die het waard is nauwkeurig toe te schrijven: dat veel herhaalde getal gaat terug op gegevens van de U.S. Federal Communications Commission (FCC) van 2013 die aantonen dat satellieten destijds slechts 0,37% van de U.S. internationale capaciteit uitmaakten, en de FCC verlangt niet langer dat satellietoperators bijgewerkte circuitcijfers melden. TeleGeography zegt dat de algemene uitspraak over onderzeeische kabels richtinggevend correct is, maar momenteel niet kan worden geverifieerd met nauwkeurige, actuele wereldwijde cijfers.

Het allemaal samenbrengen

Wanneer iemand een webpagina opent, vraagt een apparaat eerst DNS af om de domeinnaam van de site in een IP-adres om te zetten. Het apparaat stuurt vervolgens pakketten gericht op dat IP-adres; routers in ISP-netwerken sturen elk pakket door, mogelijk via onderzeeische kabels als de bestemming op een ander continent ligt, totdat de pakketten de doelserver bereiken. De server stuurt zijn reactie als pakketten terug, die het originele apparaat opnieuw samenstelt tot de pagina die de gebruiker ziet.