Wie funktioniert das Internet?

Das Internet ist ein Netzwerk von Netzwerken. Es arbeitet mit einer als Paketvermittlung bezeichneten Technik und stützt sich auf standardisierte Netzwerkprotokolle, die von allen Computern interpretiert werden können.

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Wie das Internet funktioniert

Lernziele

Nach Lektüre dieses Artikels können Sie Folgendes:

  • Definieren, was „Internet“ bedeutet
  • Verstehen, wie Computernetzwerke funktionieren
  • Paketvermittlung und Netzwerkprotokolle verstehen
  • Die Grundlagen der Netzwerk-Hardware kennen

Was ist das Internet?

wie das Internet funktioniert

Bevor wir uns das Internet näher ansehen, müssen wir definieren, was ein „Netzwerk“ ist. Ein Netzwerk ist eine Gruppe von miteinander verbundenen Computern, die sich gegenseitig Daten senden können. Ein Computernetzwerk ist einem Bekanntenkreis ähnlich, d. h. einer Gruppe von Menschen, die sich alle kennen, regelmäßig Informationen austauschen und gemeinsam Aktivitäten absprechen.

Das Internet ist eine riesige, ausgedehnte Ansammlung von Netzwerken, die miteinander verbunden sind. Tatsächlich geht das englische Wort „Internet“ auf dieses Konzept zurück: interconnected networks („miteinander verbundene Netzwerke“).

Da Computer innerhalb von Netzwerken verbunden sind und auch alle diese Netzwerke miteinander verbunden sind, kann ein Computer dank des Internets mit einem anderen Computer in einem weit entfernten Netzwerk kommunizieren. So wird ein schneller Informationsaustausch zwischen Computern auf der ganzen Welt möglich.

Computer sind über Drähte, Kabel, Funkwellen und andere Arten von Netzwerkinfrastrukturen miteinander und mit dem Internet verbunden. Alle über das Internet gesendeten Daten werden in Licht- oder Stromimpulse, auch „Bits“ genannt, übersetzt und dann vom empfangenden Computer interpretiert. Die Drähte, Kabel und Funkwellen übertragen diese Bits mit Lichtgeschwindigkeit. Je mehr Bits auf einmal über diese Drähte und Kabel laufen können, desto schneller funktioniert das Internet.

Was ist verteilte Vernetzung und warum ist dieses Konzept wichtig für das Internet?

Es gibt kein Kontrollzentrum für das Internet. Stattdessen handelt es sich um ein verteiltes Netzwerksystem, d. h. das Internet ist nicht von einem einzelnen Rechner abhängig. Jeder Computer oder jedes andere Hardwaregerät, das in der Lage ist, Daten auf die richtige Weise (z. B. unter Verwendung der richtigen Netzwerkprotokolle) zu senden und zu empfangen, kann Teil des Internets sein.

Die weiträumige Verteilung des Internets macht es widerstandsfähig. Computer, Server und andere Netzwerk-Hardwaregeräte verbinden sich ständig mit dem Internet und trennen sich wieder, ohne die Funktionsweise des Internets zu beeinträchtigen – anders als bei einem Computer, der möglicherweise überhaupt nicht funktioniert, wenn ihm eine Komponente fehlt. Dasselbe gilt auch in größerem Maßstab: Wenn ein Server, ein ganzes Rechenzentrum oder eine ganze Region von Rechenzentren ausfällt, funktioniert der Rest des Internets immer noch (wenn auch langsamer).

Wie funktioniert das Internet?

Es gibt zwei Hauptkonzepte, die für die Art und Weise, wie das Internet funktioniert, grundlegend sind: Pakete und Protokolle.

Pakete

Im Zusammenhang mit Netzwerken ist ein Paket ein kleines Segment einer größeren Nachricht. Jedes Paket enthält sowohl Daten als auch Informationen zu diesen Daten. Die Informationen zum Inhalt des Pakets werden als „Header“ bezeichnet und stehen am Anfang des Pakets, damit der Empfängerrechner weiß, was er mit dem Paket anfangen soll. Um den Zweck eines Paket-Headers zu verstehen, denken Sie an die Montageanleitung, die manchen Verbraucherprodukten beigefügt ist.

Wenn Daten über das Internet gesendet werden, werden sie zunächst in kleinere Pakete zerlegt, die dann in Bits übersetzt werden. Die Pakete werden von verschiedenen Netzwerkgeräten wie Routern und Switches zu ihrem Ziel geleitet. Wenn die Pakete an ihrem Ziel ankommen, setzt sie das empfangende Gerät wieder in der richtigen Reihenfolge zusammen und kann die Daten dann verwenden oder anzeigen.

Dieser Vorgang lässt sich mit der Konstruktion der Freiheitsstatue der Vereinigten Staaten vergleichen. Die Freiheitsstatue wurde zuerst in Frankreich entworfen und gebaut. Da sie jedoch zu groß war, um auf ein Schiff zu passen, wurde sie in Stücken verschifft, zusammen mit Anweisungen darüber, wohin jedes Stück gehörte. In den Vereinigten Staaten bauten Arbeiter die Stücke wieder zu der Statue zusammen, die heute in New York steht.

Während dieser Prozess bei der Freiheitsstatue sehr lange dauerte, geht der Versand digitaler Informationen in kleineren Stücken über das Internet extrem schnell. Beispielsweise kann ein Foto der Freiheitsstatue, das auf einem Webserver gespeichert ist, paketweise durch die Welt reisen und innerhalb von Millisekunden auf den Computer eines anderen Benutzers geladen werden.

Pakete werden mittels einer als Paketvermittlung bezeichneten Technik über das Internet gesendet. Zwischengeschaltete Router und Switches sind in der Lage, Pakete unabhängig voneinander zu verarbeiten, ohne dabei ihre Quelle oder ihr Ziel zu berücksichtigen. Das ist Absicht, damit keine einzelne Verbindung das Netzwerk dominiert. Wenn komplette Datensätze ohne Paketvermittlung zwischen Computern verschickt würden, könnte eine Verbindung zwischen zwei Computern mehrere Kabel, Router und Switches minutenlang belegen. Im Grunde könnten dann nur zwei Personen gleichzeitig das Internet nutzen – statt einer nahezu unbegrenzten Anzahl, wie es in Wirklichkeit der Fall ist.

Protokolle

Die Verbindung von zwei Computern, die unterschiedliche Hardware verwenden und unterschiedliche Software ausführen können, war eine der größten Herausforderungen, die die Entwickler des Internets zu lösen hatten. Sie erfordert den Einsatz von Kommunikationstechniken, die für alle verbundenen Computer verständlich sind, so wie zwei Menschen, die in verschiedenen Teilen der Welt aufgewachsen sind, eine gemeinsame Sprache sprechen müssen, um sich zu verstehen.

Dieses Problem wird durch standardisierte Protokolle gelöst. Im Netzwerkbereich ist ein Protokoll eine standardisierte Methode zur Ausführung bestimmter Aktionen und zur Formatierung von Daten, damit zwei oder mehr Geräte miteinander kommunizieren und sich verstehen können.

Es gibt Protokolle, um Pakete zwischen Geräten im selben Netzwerk zu senden (Ethernet), um Pakete von Netzwerk zu Netzwerk zu senden (IP), um sicherzustellen, dass diese Pakete erfolgreich in der richtigen Reihenfolge ankommen (TCP), und um Daten für Websites und Anwendungen zu formatieren (HTTP). Neben diesen grundlegenden Protokollen gibt es auch Protokolle für Routing, Tests und Verschlüsselung. Und es gibt Alternativen zu den oben aufgeführten Protokollen für verschiedene Arten von Inhalten – beispielsweise wird bei Video-Streaming häufig UDP anstelle von TCP verwendet.

Da alle mit dem Internet verbundenen Computer und anderen Geräte diese Protokolle interpretieren und verstehen können, funktioniert das Internet unabhängig davon, wer oder was sich mit ihm verbindet.

Welche physische Infrastruktur macht das Internet funktionsfähig?

Es werden viele unterschiedliche Arten von Hardware und Infrastrukturen eingesetzt, damit das Internet für alle funktioniert. Zu den wichtigsten Typen gehören die folgenden:

  • Router leiten Pakete je nach ihrem Ziel an verschiedene Computernetzwerke weiter. Router sind gewissermaßen die Verkehrspolizisten des Internets: Sie sorgen dafür, dass der Internet-Traffic in die richtigen Netzwerke gelangt.
  • Switches verbinden Geräte, die sich ein einziges Netzwerk teilen. Sie setzen Paketvermittlung ein, um Pakete an die richtigen Geräte weiterzuleiten. Sie empfangen auch ausgehende Pakete von diesen Geräten und leiten sie an das richtige Ziel weiter.
  • Webserver sind spezialisierte Hochleistungscomputer, die Inhalte (Webseiten, Bilder, Videos) speichern und Benutzern zur Verfügung stellen und darüber hinaus Anwendungen und Datenbanken hosten. Server reagieren auch auf DNS-Abfragen und führen andere wichtige Aufgaben aus, um das Internet funktionsfähig zu halten. Die meisten Server sind in großen Rechenzentren untergebracht, die über die ganze Welt verteilt sind.

Wie hängen diese Konzepte mit Websites und Anwendungen zusammen, auf die Benutzer über das Internet zugreifen?

Laden von Websites

Nehmen wir diesen Artikel. Damit Sie ihn sehen können, wurde er Stück für Stück in Form mehrerer tausend Datenpakete über das Internet gesendet. Diese Pakete sind über Kabel und Funkwellen durch Router und Switches von unserem Webserver zu Ihrem Computer oder Gerät gereist. Ihr Computer oder Smartphone hat diese Pakete empfangen und an den Browser Ihres Geräts weitergeleitet. Schließlich hat Ihr Browser die Daten in den Paketen interpretiert, um den Text darzustellen, den Sie gerade lesen.

Die spezifischen Schritte in diesem Prozess sind:

  1. DNS-Abfrage: Als Ihr Browser begann, diese Webseite zu laden, hat er wahrscheinlich zuerst eine DNS-Abfrage gestellt, um die IP-Adresse der Cloudflare-Website herauszufinden.
  2. TCP-Handshake: Ihr Browser hat eine Verbindung mit dieser IP-Adresse geöffnet.
  3. TLS-Handshake: Ihr Browser hat außerdem eine Verschlüsselung zwischen einem Cloudflare-Webserver und Ihrem Gerät eingerichtet, damit Angreifer die Datenpakete, die zwischen diesen beiden Endpunkten übertragen werden, nicht lesen können.
  4. HTTP-Anfrage: Ihr Browser hat den Inhalt angefordert, der auf dieser Webseite erscheint.
  5. HTTP-Antwort: Der Cloudflare-Server hat den Inhalt in Form von HTML-, CSS- und JavaScript-Code in einer Reihe von Datenpaketen übermittelt. Nachdem Ihr Gerät die Pakete empfangen und deren Vollständigkeit überprüft hatte, hat Ihr Browser den in den Paketen enthaltenen HTML-, CSS- und JavaScript-Code interpretiert, um diesen Artikel über die Funktionsweise des Internets darzustellen. Der ganze Vorgang dauerte nur ein oder zwei Sekunden.

Wie Sie sehen können, sind beim Laden einer Webseite verschiedene Prozesse und Protokolle beteiligt. Sie können in anderen Artikeln des Cloudflare-Lernzentrums mehr über diese Technologien erfahren:

Was bedeutet „Das Internet verbessern“?

Die Entwicklung des Internets war eine unglaubliche Errungenschaft, die die gemeinsamen Anstrengungen von Tausenden von Einzelpersonen und Organisationen erforderte. Die Tatsache, dass das Internet heute in einem weitaus größeren Maßstab funktioniert, als seine Gründer erwartet hatten, ist ein Beweis für die Qualität ihrer Arbeit.

Allerdings funktioniert das Internet nicht immer so gut, wie es sollte. Netzwerkprobleme und böswillige Aktivitäten können den Internetzugang verlangsamen oder ganz blockieren. Dritte können Nutzeraktivitäten ausspionieren, was zu Missbrauch und in einigen Fällen zu staatlichen Repressionen führen kann. Internet-Protokolle und -Prozesse wurden nicht im Hinblick auf Sicherheit und Datenschutz entwickelt, da die Menschen, die das Internet ursprünglich entworfen und aufgebaut haben, mehr auf seine Funktionsweise bedacht waren als darauf, es perfekt zu machen.

Die Mission von Cloudflare besteht darin, das Internet zu verbessern. Wir wollen dies auf verschiedene Weise erreichen:

  • Cloudflare trägt zur Entwicklung von neueren, schnelleren und sichereren Protokollen für das Internet bei.
  • Cloudflare stellt Datenschutz an die erste Stelle, indem er in alle Produkte eingebaut wird und kostenlose Dienste angeboten werden, die die Privatsphäre der Benutzer erhöhen (z. B. 1.1.1.1 und DNS über HTTPS).
  • Cloudflare weitet seine Dienste mit einem sich ständig ausdehnenden internationalen Netzwerk von Rechenzentren für ein globales Publikum aus.
  • Cloudflare bietet Produkte an, die die Sicherheit, Performance und Zuverlässigkeit von Websites und Netzwerkinfrastrukturen erhöhen (viele dieser Produkte stehen Besitzern von Websites oder APIs kostenlos zur Verfügung).
  • Cloudflare versetzt Entwickler in die Lage, schnellere und effizientere serverlose Anwendungen zu bauen, um Benutzern den bestmöglichen Service zu bieten.
  • Cloudflare klärt Benutzer mithilfe des Lernzentrums und des Cloudflare-Blogs über die Funktionsweise der Internet-Technologie auf.

Wenn Sie mehr über die laufenden Bemühungen von Cloudflare erfahren möchten, das Internet zu verbessern, können Sie unsere Homepage besuchen oder unseren Blog verfolgen.

Weitere Einzelheiten über die Funktionsweise von Netzwerken erfahren Sie unter Was ist der Network Layer?