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Meinels Web-Tutorial: Internetworking - Wie man aus lokalen Netzwerken ein globales Ganzes macht

Das eine große Internet gibt es in Wirklichkeit gar nicht. Damit aber die Illusion eines solchen entsteht, gilt es mit viel Technik zu netzwerken: Internetworking verbindet.
Ein Netz aus NetzenLaden...

Wenn wir über das Internet sprechen, dann meinen wir in der Regel das globale Netz der Netze, das uns als ein einheitliches Kommunikationsmedium erscheint. Technisch spricht man von einem Internet aber schon, wenn zwei möglicherweise auch inkompatible Netzwerke so miteinander verknüpft werden, dass sie sich für den Nutzer als ein einziges Netzwerk darstellen. Tatsächlich gibt es also sehr viele Internets, die schließlich zu dem einen weltweiten Internet verbunden sind, das wir kennen.

Damit über die Grenzen inkompatibler Netzwerke hinweg überhaupt kommuniziert werden und sich die ganze Magie des Internets entfalten kann, braucht es ausgefeilte Standardisierungs- und Übersetzungsmechanismen. Es wäre ideal, wenn alle Netzwerke die gleiche »Sprache« sprächen und untereinander kompatibel wären. Das ist aber nicht der Fall. Die verbreiteten Netzwerktechnologien – Ethernet, FDDI, WLAN, Bluetooth und ihre Varianten – unterscheiden sich in ihren spezifischen Medien, Adressschemata, Paketformaten und Kommunikationsprotokollen, die auf den Einsatz in jeweils unterschiedlichen Anwendungsszenarien optimiert sind. In der Konsequenz sind sie untereinander inkompatibel.

Wie erreicht man nun, solche inkompatiblen Netzwerke zu einem Internet zu verbinden und es dem Nutzer zu ermöglichen, über die Grenzen der einzelnen Netzwerke hinweg zu kommunizieren? Um das zu verstehen, müssen wir uns zunächst die verschiedenen Probleme anschauen, die bei der Verknüpfung unterschiedlicher Netze zu einem einheitlichen Netz zu lösen sind. Die Herausforderungen dabei sind vielfältig: Wie übertragt man Daten aus einem Netzwerk in das andere? Wie kann man die Rechner der einzelnen Netzwerke in dem Netzwerkverbund eindeutig identifizieren? Welche Adressformate nutzt man dafür? Wie gelingt es Datenpaketen, von einem Rechner aus einem Netzwerk im Internet zu einem anderen zu navigieren? Wie werden die Routen dafür berechnet? Wie geht man im Internet mit Überlast um, und wie werden Übertragungsfehler vermieden? Damit am Ende der Zusammenschluss von Millionen von Netzwerken zu einem einheitlich erscheinenden Internet gelingt, müssen alle diese Fragen beantwortet werden.

Die Antwort darauf bietet die Technik des »Internetworking« – ein ausgefeiltes Konzept von Übersetzungsmechanismen und Technologien, auf dem das Internet und unser globales Kommunikationssystem basiert. Die entsprechenden Kommunikationsprotokolle legen einen verbindenden Schleier über sämtliche angeschlossenen physikalischen Netzwerke und schaffen somit eine Illusion von Einheitlichkeit.

In Paketen von Netz zu Netz

Ein Internet ist dezentral aufgebaut. Über Zwischenstationen können weitere Netzwerke und Rechner beliebig angeschlossen werden. Wenn ein Rechner eines Netzwerks mit einem Rechner in einem benachbarten anderen Netzwerk kommunizieren will, also Datenpakete übermitteln will, dann geschieht das über eine Zwischenstation, die die beiden Netzwerke verbindet. In den Zwischenstationen werden alle beim Internetworking zu erfüllenden Aufgaben erledigt einschließlich der Entscheidung, über welchen nächsten Netzwerkknoten eine Nachricht weitergeleitet wird, damit sie ihr Ziel erreicht.

Nachrichten werden über das Internet nach dem Prinzip der Paketvermittlung übertragen. Die zu verschickende Nachricht wird dabei in kleinere Datenpakete aufgespalten, die dann einzeln und eventuell auch über verschiedene Wege im Internet versendet werden. Dabei muss sichergestellt sein, dass alle Datenpakete beim Adressaten vollständig ankommen und dort wieder zur ursprünglichen Nachricht zusammengesetzt werden können. Beim Transport dieser Datenpakete wird es auf Grund der Fehlerhaftigkeit der physikalischen Netzwerke und der Verbundmechanismen immer wieder vorkommen, dass einzelne Datenpakete beschädigt werden oder verloren gehen. Deshalb müssen automatische Korrekturmechanismen vorgehalten werden, die für Datenintegrität sorgen.

Die Grundidee des Internetworking besteht darin, über die verbundenen, technologisch unterschiedlichen Netzwerke mit ihren jeweils eigenen »Sprachen« eine Internet-Protokollsoftwareschicht zu legen, die die Kommunikation über die Netzwerkgrenzen hinweg softwareseitig realisiert. Diese Internet-Protokollsoftware stellt dem Internet eine gemeinsame »Sprache« zur Verfügung, in der sich die im Internet verbundenen inkompatiblen Netzwerke verständigen können. Damit ein Rechner über das Internet kommunizieren kann, braucht er diese Protokollsoftware.

Die einzelnen Netzwerke werden im Internet über Spezialrechner, so genannte Router, miteinander verbunden. Ihr Zweck ist es, Datenpakete über die Netzwerkgrenzen hinweg zu befördern. Dazu müssen Router gleichzeitig zu jedem der über sie verbundenen Netzwerke gehören, also deren jeweilige »Sprache« beherrschen und mit den jeweils spezifischen Technologien und Formaten der Netzwerke umgehen können. Empfangen sie ein Datenpaket aus einem Netzwerk und erkennen, dass es in ein benachbartes zu übermitteln ist, dann bauen sie das Datenpaket, ohne die inhaltliche Botschaft zu verändern, so um, dass es über das Nachbarnetzwerk gesendet werden kann. Sie erbringen also die eigentliche Übersetzungsleistung – übersetzen Adress- und Paketformate –, so dass die Datenpakete über Netzwerkgrenzen transportiert werden können.

Die am weitesten verbreitete Internet-Protokollsoftware ist die TCP/IP-Protokollsuite, auch TCP/IP-Protokollstapel, benannt nach den beiden Hauptprotokollen TCP (Transmission Control Protocol) und IP (Internet Protocol). Dieses wurde in den 1980er Jahren von den Internetpionieren Vincent Cerf und Robert Kahn entwickelt und sorgt bis heute dafür, dass verschiedene Netzwerke zu »einem« Internet verbunden werden können. TCP/IP ist das »Betriebssystem« des Internets, genauso wie wir eine Windows-, Linux-, oder Applesuite auf unseren Rechnern beziehungsweise Android oder iOS auf unseren Smartphones brauchen, damit die vielen Anwendungen und Funktionen auf diesen Geräten genutzt werden können.

Um die komplexe Kommunikationsaufgabe zu lösen, haben die Entwickler der Internet-Protokollsoftware das Prinzip »teile und herrsche« angewandt und TCP/IP nach einem Schichtenmodell aufgebaut. Was genau auf den fünf Schichten dieses grundlegenden Betriebssystems des Internets geschieht, werden wir uns in den nächsten Kolumnen im Detail ansehen.

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