Wie das Internet funktioniert: Die Infrastruktur im Hintergrund

Erfahren Sie, wie das Internet funktioniert und wie versteckte Infrastrukturen im Hintergrund unser digitales Leben ermöglichen. AdobeStock_221149310

Tagtäglich nutzen wir Smartphones, Computer, Tablets und Co., um Filme zu streamen, Musik zu hören oder Webseiten zu besuchen. Dabei greifen wir wie selbstverständlich auf das Internet zu und sind es gewohnt, nahezu überall online zu sein. Hinter diesem scheinbar mühelosen Zugriff auf das Internet verbirgt sich allerdings eine hochkomplexe Infrastruktur aus unzähligen Komponenten, die tagtäglich Milliarden von Daten in Bewegung setzt.

Im Folgenden klären wir, wie das Internet funktioniert, welche technische Struktur dem Ganzen zugrunde liegt und wie genau der Datenaustausch über dieses riesige digitale Netzwerk abläuft.

Was ist das Internet?

Das Internet ist ein großer Netzwerkzusammenschluss, der Milliarden von Geräten weltweit miteinander verbindet. Oft wird das Internet auch als „Netzwerk der Netzwerke“ bezeichnet, da es aus unzähligen kleineren Computernetzwerken besteht, die sich alle miteinander verbinden und so per Datenaustausch kommunizieren können. Das Internet verbindet also viele kleine Netzwerke zu einem großen.

Im Kern besteht die Internetinfrastruktur aus diversen Computern, Servern und Routern, die Datenpakete zwischen Sendern und Empfängern hin und her leiten. Dabei folgt dieser Datenaustausch klar definierten Regeln, dem sogenannten Internetprotokoll (IP) – erst dieses erlaubt einen strukturierten und schnellen Datenaustausch im Netzwerk.

Die Übertragung der Daten von A nach B erfolgt dabei in kleinen Einheiten: sogenannten Datenpaketen. Diese Datenpakete reisen dann über verschiedene Netzwerke hinweg, bis sie ihr Zielnetzwerk im Internet erreichen.

Genau dieser Datenverkehr ermöglicht es uns dann, E-Mails zu schreiben, Filme zu streamen, Webseiten zu besuchen oder Dateien herunterzuladen. Dabei findet der Datenaustausch zwischen vielen verschiedenen Geräten statt – so sind Computer, Laptops, Smartphones, Spielkonsolen, Tablets und viele mehr mit dem Internet verbunden, können auf die Netzwerke zugreifen und darüber miteinander kommunizieren.

Übrigens: Viele setzen das Internet mit dem Word Wide Web (www) gleich, dabei verbergen sich hinter den beiden Begriffen zwei verschiedene Dinge. Das World Wide Web ist lediglich eine von vielen Anwendungen, die es uns ermöglichen, auf das Internetnetzwerk zuzugreifen.

Wie findet der Datenaustausch im Internet statt?

Jede Information, die über das Internet gesendet wird – egal, ob eine Website, ein Video, eine Datei oder eine E-Mail – wird vor dem Verschicken in mehrere kleine Datenpakete zerlegt. Diese Pakete enthalten neben dem eigentlichen Inhalt auch weitere wichtige Informationen, wie z. B. die Absender- und Empfängeradresse der Daten sowie eine Sequenznummer, mithilfe derer die Datenpakete später wieder in der richtigen Reihenfolge zusammengesetzt werden können.

Bei diesem Prozess spielt das sogenannte Internetprotokoll (IP), ein festgelegtes Regelwerk für den Datenaustausch, eine entscheidende Rolle. Denn nur das IP sorgt dafür, dass die Datenpakete den richtigen Weg durch das Netzwerk finden. Um Absender und Empfänger der Daten eindeutig zuordnen zu können, erhält jedes mit dem Netzwerk verbundene Gerät eine eigene IP-Adresse, eine eindeutige und einzigartige Identifikationsnummer. Dank der IP-Adresse weiß das System, welches Gerät eine Anfrage an das Internet gestellt hat und wohin die Datenpakete gesendet werden müssen.

Der Weg, den die Daten schlussendlich durch das Netzwerk nehmen, kann sich unterscheiden. Ähnlich wie in einem Verkehrsnetz können die Pakete an diversen Knotenpunkten im Netzwerk unterschiedliche Routen wählen – je nachdem, welcher Weg der schnellste ist. Sind die Datenpakete dann am Ziel angekommen, werden sie vom Gerät des Empfängers wieder zu einer vollständigen Nachricht zusammengesetzt und ausgespielt.

Übrigens: Die Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit, mit der diese Datenübertragung im Internet stattfindet, hängt stark von der Art des Internetanschlusses und dem Internetanbieter (Provider) ab. Moderne Breitbandverbindungen und Glasfaserkabel ermöglichen z. B. einen weitaus schnelleren Datenaustausch im Netzwerk als DSL- und Kupferleitungen.

Wie ist das Internet aufgebaut? – Die technische Infrastruktur im Überblick

Wie bereits erwähnt, basiert das Internet auf zahlreichen miteinander verbundenen Netzwerken, die sowohl auf lokaler als auch auf globaler Ebene existieren. Lokale Netzwerke (LAN) verbinden beispielsweise Computer und Geräte in einem Haushalt oder Büro. Diese Netzwerke können mithilfe eines Routers, der als zentrale Schnittstelle fungiert, mit dem Internet verbunden werden. Auf globaler Ebene hingegen sorgen Wide Area Networks (WAN) für eine Vernetzung über große Distanzen hinweg, etwa zwischen Ländern und Kontinenten.

Die meisten Internetnetzwerke sind über eine physische Infrastruktur aus Kabeln miteinander verbunden, darunter z. B. Kupferleitungen oder Glasfaserkabel, die zum Datentransport genutzt werden. Diese Kabel verlaufen nicht nur über Land, sondern als Unterseekabel auch durch die Meere, um Netzwerke in verschiedenen Ländern oder Kontinenten miteinander zu verbinden. Alternativ ist auch eine Datenübertragung via Mobilfunk- oder Satellit-Infrastruktur möglich – etwa beim mobilen Internet auf dem Handy. In Heimnetzwerken sind mittlerweile vor allem drahtlose Infrastrukturen wie WLAN vorherrschend.

Neben dem Kabelnetzwerk und den einzelnen Endgeräten, die mit dem Internet verbunden sind, spielen auch noch weitere infrastrukturelle Komponenten eine wichtige Rolle, so z. B.:

• Rechenzentren und Server: Rechenzentren sind Einrichtungen, die zahlreiche verschiedene Netzwerkrechner, sogenannte Server, beherbergen, auf denen Webseiten, Apps oder andere Online-Dienste gespeichert und bereitgestellt werden. Die Server sind 24/7 mit dem Internetnetzwerk verbunden, um Anfragen von Internetnutzern zu empfangen und zu beantworten.

• Provider (Internetanbieter): Die sogenannten Internetprovider stellen die Verbindung von Haushalten und Unternehmen mit dem globalen Internetnetzwerk sicher. Über sie können private und geschäftliche Kunden einen Internetanschluss beziehen. Viele Provider verfügen sogar über eine eigene Netzwerkinfrastruktur, die sie dafür bereitstellen. Zudem verwalten die Provider auch die IP-Adressen der in ihrem Netzwerk registrierten Geräte.

• Internet-Knoten: Internet-Knoten sind große Schnittstellen im Internetnetzwerk, an denen unterschiedliche Einzelnetzwerke miteinander verbunden werden.

Unterm Strich besteht das globale Internet also aus unzähligen einzelnen Komponenten, die zusammen ein übergeordnetes Netzwerk ergeben, das es uns auf Wunsch ermöglicht, Daten einmal um den Globus zu schicken. Wenn wir z. B. eine Webseite öffnen oder eine Datei herunterladen, mag das auf dem Smartphone einfach aussehen – in Wahrheit versteckt sich dahinter jedoch eine komplexe Hintergrundstruktur. Wie komplex, zeigt das folgende Beispiel.

Beispielszenario: Eine E-Mail von A nach B verschicken

Wer eine E-Mail verschicken möchte, drückt auf seinem PC oder Smartphone meistens nur einen einzigen Button. Dann dauert es nur wenige Augenblicke, bis der Empfänger die an ihn adressierte E-Mail erhält. Dazwischen legen die Daten allerdings eine weite Reise zurück:

1. Die E-Mail wird in Datenpakete unterteilt und mit allen nötigen Informationen versehen (Absender-IP-Adresse, Empfänger-IP-Adresse, Sequenznummer)

2. Dazu wird über das sogenannte Domain Name System (DNS) die zum E-Mail-Server des Empfängers gehörende IP-Adresse abgefragt. Das DNS ist ein System, das Domain-Namen (z. B. www.musterdomain.de) in eine IP-Adresse übersetzen kann.

3. Die fertigen Datenpakete werden über das LAN-Netzwerk, entweder via WLAN oder Kabel, an die erste Schnittstelle gesendet: den Router.

4. Von dort aus gehen die Daten weiter an den Provider, der die Pakete über sein Netzwerk zum nächsten Knotenpunkt weiterleitet.

5. Beim sogenannten Routing durch das Internet passieren die Datenpakete dann zahlreiche Knotenpunkte und Schnittstellen, an denen immer wieder die Ziel-IP-Adresse überprüft wird. Je nach Auslastung wird dann die schnellste Route für den Weiterversand der Daten ausgewählt.

6. Schlussendlich erreichen die Daten den E-Mail-Server. Dort werden sie wieder zusammengesetzt und stehen dann dem eigentlichen E-Mail-Empfänger zum Abruf bereit.

Möchte der Empfänger die E-Mail nun auf einem Endgerät abrufen, geht der Prozess wieder von vorn los – nur diesmal findet der Datenverkehr zwischen dem E-Mail-Server, dem Router und dem Endgerät des Nutzers statt.