Wie funktioniert eigentlich das Internet?
Posted by Julia Werner •
Wie funktioniert das Internet? Einfach erklärt
Wie funktioniert das Internet? Obwohl viele täglich im World Wide Web unterwegs sind, können wohl nur die wenigsten diese Frage beantworten. In diesem Ratgeber werfen wir einen Blick auf die Geschichte des Internets, sehen uns die Infrastruktur des weltweiten Netzwerks an und erklären, was beim Aufruf einer Webseite im Hintergrund abläuft.
Was ist das Internet?
Eine Erklärung, was genau das Internet ist, steckt bereits im Namen. Internet ist ein Anglizismus und die Kurzform des Fachbegriffs internetwork. Das lateinische Präfix "inter" bedeutet zwischen, mitten oder unter, und das englische Wort "network" heißt auf Deutsch schlicht Netzwerk. Das Internet ist also ein Netzwerk zwischen etwas, genauer gesagt Computern – und seit einiger Zeit auch Smartphones, Tablets und anderen smarten Geräten.
Die Seite, die in einem Netzwerk etwas anfordert, wird als Client bezeichnet. Im Internet fordern Clients häufig Daten von Servern an. Im Unterschied zum Client reagiert der Server nur auf Datenanfragen. Der Client ist in dieser Beziehung also der aktive und der Server der passive Part. Auf Servern liegen beispielsweise Webseiten, Videos oder andere Dateien. Die Daten, die ein Client in einem Netzwerk anfordert, müssen aber nicht zwangsweise von einem Server kommen, sondern können auch von einem anderen Client kommen.
fullscreen Zumindest theoretisch ist auch das kleinste mögliche Netzwerk ein Internet, da alle Teilnehmer untereinander vernetzt sind. Bild: © Mozilla 2021
Das simpelste und kleinste Netzwerk besteht nur aus drei Dingen: zwei Clients (oder Client und Server) und einem Kabel (oder alternativ einer Funkverbindung). Das Internet kannst Du Dir genau so vorstellen, nur eine ganze Ecke größer. Das Internet ist ein Netzwerk aus zig Milliarden Clients und Servern, die alle untereinander –Stichwort "inter" – verbunden sind. Dafür ist eine komplexe Infrastruktur nötig. Wie diese aussieht, schauen wir uns später an. Zunächst werfen einen Blick auf die Entstehung und die Geschichte des Internets.
Die Geschichte des Internets
Die erste Vision des Internets
Die erste bekannte Vision eines weltweiten Datennetzes geht auf den Science-Fiction-Autor Murray Leinster zurück. In der Kurzgeschichte "A Logic Named Joe" schilderte er seine Vision des Internets wie folgt:
"Der Computer [...] erledigt die Verbreitung von vierundneunzig Prozent aller Fernsehprogramme, vermittelt alle Informationen über Wetter, Luftverkehr, Sonderangebote … und dokumentiert jedes geschäftliche Gespräch, jeden Vertrag … Die Computer haben die Welt verändert. Die Computer sind die Zivilisation.[...]"
Das Arpanet
fullscreen So groß war das Arpanet im Mai 1973. Bild: © Arpanet 2021
Als Vorläufer des Internets gilt das sogenannte Arpanet (Advanced Research Projects Agency Network). Dies ging am 29. Oktober 1969 "online" und verband die vier Großrechner der University of Utah, University of California in Santa Barbara, University of California und des Stanford Research Institute miteinander.
Das Netzwerk erlaubte es Informatikern, Wissenschaftlern, Ingenieuren und Bibliothekaren Dateien und Informationen sowohl intern in der eigenen Universität als als auch extern mit anderen Universitäten auszutauschen.
Die Entwicklung der Protokolle TCP und IP
In den 1970ern machte die Entwicklung des Arpanet riesige Fortschritte. Im Oktober 1971 verschickte Ray Tomlinson die erste E-Mail und in den USA wurden immer mehr Bibliotheken an das Arpanet angeschlossen. Ein weiteren wichtigen Meilenstein legten die Informatiker Vinton G. Cerf und Robert E. Kahn, die 1974 das Transmission Control Program (TCP), ein Übertragungskontrollprogramm, entwickelten.
Es ermöglichte die übergreifende Kommunikation zwischen unterschiedlichen Netzwerken. Später wurde das TCP in eine Modularchitektur unterteilt: Das Internet Protocol (IP) und das Transmission Control Protocol (TCP). Wofür genau diese beiden Protokolle zuständig sind, erfährst Du im Abschnitt "Wie funktioniert das Internet".
Mit der Einführung des Internet Protocols setzte sich dann auch auch langsam der Name "Internet" für das immer weiter wachsende Netzwerk durch.
Ein nutzerfreundliches Internet für alle
In den 80er-Jahren wurde das Internet endlich nutzerfreundlicher. Dank des sogenannten Domain Name System (DNS), das im Jahr 1984 entwickelt wurde, mussten Nutzer nicht mehr spezifische IP-Adressen aus vier Zifferblöcken auswendig lernen, sondern konnten sich auch über feste URLs mit dem gewünschten Rechner verbinden.
Langsam verbreitete sich das Internet auch außerhalb des akademischen Raums. Den Grundstein dafür legte die National Science Foundation, die 1986 damit begann, die Supercomputer in den USA miteinander zu vernetzten und so das NSFnet erschuf. Damit wurde die Brücke zwischen der akademischen und der privaten Nutzung des Internets geschlagen und das Internet verbreitete sich nun langsam auch außerhalb der USA. Danach ging alles ganz schnell.
fullscreen Mosaic war der erste Browser, der auch Grafiken und eingebettete Inhalte einer Webseite anzeigen konnte. Bild: © National Center for Supercomputing Applications (NCSA) 2018
1989 wurden am CERN die Grundlagen des World Wide Web (WWW) entwickelt. Internet-Provider wie Delphi, AOL und CompuServe verschafften ab 1992 US-amerikanischen Haushalten Zugang zum Internet, die ersten Privatpersonen in Deutschland gingen nur wenig später online. 1993 erschien mit Mosaic dann der erste Browser, der eine grafische Darstellung von Inhalten des WWW ermöglichte. 1997 konnten sich Nutzer erstmals über Wireless Local Area Networks (WLAN) kabellos mit dem Internet verbinden.
Das Internet heute
fullscreen In nur einer einzigen Minute im Internet werden heute Unmengen von Daten verschickt. Bild: © Statista 2021
Und heute? Laut einer Prognose von Statista aus dem Jahr 2019 müsste die weltweite Anzahl der Internetnutzer im Jahr 2021 bei 4,14 Milliarden Nutzern liegen. Längst gehen Menschen nicht mehr nur über PCs online, zu den Clients zählen heute auch Smartphones, Tablets, Smart-TVs und andere smarte Geräte wie Saugroboter, Glühbirnen oder Kühlschränke.
Einige Dinge haben sich geändert: Dank 5G sind heutzutage auch besonders schnelle Mobilfunkverbindungen möglich und per Starlink gibt es nun auch den Internetanschluss per Satellit. Die Funktionsweise und die grundlegende Infrastruktur des Internets haben sich jedoch kaum verändert.
Die Infrastruktur des Internets: Clients, Kabel, Router, Modems, Provider
Router: Die Verkehrspolizisten im Netzwerk
Wie bereits erwähnt, ist das Internet ein Netzwerk aus Clients und Servern, die alle untereinander verbunden sind. Bei zwei Clients funktioniert das noch leicht mit nur einem Kabel oder einer Funkverbindung. Je mehr Geräte miteinander verbunden werden sollen, desto komplizierter wird allerdings das Netzwerk. Sollen etwa zehn Computer direkt miteinander verbunden werden, sind 45 Kabel nötig. Um das Ganze zu vereinfachen, gibt es Router.
fullscreen Um zehn Rechner untereinander zu vernetzen, werden 45 Kabel benötigt. Bild: © Moziila 2021 fullscreen Mit einem Router sind hingegen nur neun Kabel nötig. Bild: © Mozilla 2021
Router sind kleine Computer, die dafür sorgen, dass gesendete und empfangene Daten bei den richtigen Computern ankommen. Du kannst sie Dir also ungefähr wie Verkehrspolizisten für den Datenverkehr vorstellen. Verbinden wir unsere anfänglichen zehn Computer mittels Router, brauchen wir nur noch zehn Kabel – deutlich effizienter.
Modems: So kommen die Daten ins Telefon-, Kabel- oder Glasfasernetz
Um unser Netzwerk zu vergrößern, können wir nun mehrere Netzwerke mit weiteren Routern als Knotenpunkte vernetzen. Allerdings wäre es ein enormer Aufwand, alle Router der Welt mit Netzwerkkabeln zu verbinden. Das ist aber auch gar nicht nötig, denn unter der Erde gibt es bereits eine Infrastruktur, die für die Vernetzung genutzt werden kann: Telefon-, (Fernseh-)Kabel- und Glasfaserleitungen. Damit Deine Daten verschickt und empfangen werden können, müssen sie jedoch erst für die jeweilige Leitung übertragbar gemacht werden. Darum kümmert sich ein Modem.
fullscreen Bevor Daten ins Telefon-, Kabel- oder Glasfasernetz gelangen, müssen sie zunächst von einem Modem umgewandelt werden. Bild: © Mozilla 2021
Modems sind entweder direkt im Router integriert oder sind separat mit einem Router verbunden. Sie wandeln Deine Daten so um, dass sie per Telefon-, Kabel- oder Glasfaserleitung übertragen werden können. Beim Empfänger werden sie wieder zurück umgewandelt.
Internet Service Provider und Internet-Knoten
Dank Router und Modem sind wir nun also im Telefon-, Kabel- oder Glasfasernetzwerk unterwegs. Aber wie kommen wir jetzt von diesem Netzwerk in ein anderes? Und wie kommt beispielsweise eine E-Mail aus Deutschland in die USA? Darum kümmern sich die Internet Service Provider (ISP).
Internet Service Provider sind Firmen, die über spezielle Router verfügen und den gesamten Datenverkehr ihres Netzwerks an Internet-Knotenpunkte weiterleiten. So gelangen Daten aus dem Netzwerk eines Providers in das eines anderen. Und so kommt auch die E-Mail aus Deutschland in die USA.
fullscreen Das ist nur ein kleiner Ausschnitt des weltweit größten Internet-Knotens, der DE-CIX. Bild: © DE-CIX 2021
Weltweit gibt es rund 340 Internet-Knoten (kurz XIPs für "Internet Exchange Points"). Diese sind über riesige, kilometerlange Glasfaserkabel unter dem Boden und sogar unter den Ozeanen miteinander verbunden. Das Netzwerk zwischen den Internet-Knoten wird häufig auch als Internet Backbone bezeichnet. Der weltweit größte kommerzielle Internet-Knoten ist der DE-CIX, der sich in Frankfurt am Main befindet.
Wie funktioniert das Internet?
Nun wissen wir, über welche Infrastruktur unseren Daten von A nach B gelangen. Allerdings wissen wir immer noch nicht, wie unsere Nachrichten und Daten hin und her geschickt werden. Grundlegend für die Datenübertragung sind zwei Konzepte: Pakete und Protokolle.
Wenn Daten über das Internet verschickt werden, egal ob als E-Mail, Tweet oder Webseite, müssen diese zunächst in kleine Segmente, sogenannte Pakete, zerlegt werden. Diese Pakete gelangen dann nacheinander über verschiedene Netzwerke und Router zum Empfänger, wo sie wieder in ihre ursprüngliche Form zusammengesetzt werden.
Der Datenfluss im Internet wird über mehrere Protokolle aus einer Internetprotokollfamilie geregelt. Die wichtigsten sind Transfer Control Protocol (TCP) und das Internet Protocol (IP). Das IP ist ein Regelsystem, das bestimmt, wie Informationen über eine Internetverbindung von einem Computer an einen anderen Computer gesendet werden. Wohin die Daten gehen sollen, bestimmt die sogenannte IP-Adresse.
Das TCP kümmert sich darum, dass die Pakete erfolgreich beim Empfänger ankommen. Es soll sicherstellen, dass keine Pakete verloren gehen, die Pakete in der richtigen Reihenfolge wieder zusammengesetzt werden und es nicht zu Verzögerungen kommt. Gehen doch einmal ein oder mehrere Pakete verloren (Packet Loss), stellt das TCP eine erneute Anfrage für den Versand der fehlenden Pakete.
Das passiert, wenn Du eine Internetseite aufrufst
Schauen wir uns nun kurz an, welche Prozesse im Hintergrund ablaufen, wenn Du eine Internetseite im Browser aufrufst. Sagen wir, Du möchtest die TURN-ON-Webseite öffnen, du gibst "turn-on.de" in die Adressleiste Deines Browsers ein und drückst Enter. Jetzt laufen folgende Prozesse:
Dein Browser sendet eine Anfrage an Deinen Internetprovider. Dieser soll herausfinden, wie die IP-Adresse von turn-on.de lautet. Dafür nutzt Dein Provider einen sogenannten DNS-Server , der ähnlich wie ein Telefonbuch funktioniert. Hat er die passende IP-Adresse für die Webseite gefunden, schickt er diese über den Provider an Deinen Browser zurück.
, der ähnlich wie ein Telefonbuch funktioniert. Hat er die passende IP-Adresse für die Webseite gefunden, schickt er diese über den Provider an Deinen Browser zurück. Dein Browser weiß dank der IP-Adresse nun, auf welchem Server die TURN-ON-Webseite liegt. Nun stellt Dein Browser eine Anfrage beim Zielserver , ihm eine Kopie der Webseite zu schicken.
, ihm eine Kopie der Webseite zu schicken. Der Server gewährt die Anfrage und teilt die Webseite in kleine Pakete auf, die dann mithilfe von TCP/IP zu Deinem Endgerät geschickt werden.
zu Deinem Endgerät geschickt werden. Dein Browser setzt die einzelnen Pakete wieder zusammen und die Webseite erscheint auf Deinem Display.
fullscreen Einen DNS-Server kannst Du Dir wie ein Telefonbuch vorstellen. Er sucht die entsprechende IP-Adresse für die eingegebene URL heraus. Bild: © Cloudflare 2021
Diese Prozesse laufen innerhalb von Sekundenbruchteilen ab und die Datenpakete machen unter Umständen eine sehr lange Reise über viele verschiedene Router und Internet-Knoten.
Zusammenfassung
Wie funktioniert das Internet? Kurz erklärt
Filmtipp: Chaos im Netz
Ihr seid neugierig geworden auf die Welt des Internets? In "Chaos im Netz" finden sich die Freunde Vanellope und Ralph plötzlich in den Tiefen des Internets wieder und stellen es dabei gehörig auf den Kopf. Mit dem Kinotrailer bekommt ihr schon einmal einen Vorgeschmack!
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Wie funktioniert eigentlich das Internet?
Jeder von uns ist täglich im Internet oder hat mit Online-Diensten zu tun. Doch nur wenige wissen, wie das Netz eigentlich genau funktioniert. Was passiert, wenn ich eine Website aufrufe oder eine App öffne? Da stellt sich die Frage: Wie funktioniert eigentlich das Internet?
Für jede Datenschutzerklärung notwendig: Wie funktioniert das Internet?
Gerade in Bezug auf neue Gesetzmäßigkeiten wie die Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO) werden Datenschutzerklärungen immer wichtiger. Doch diese müssen korrekt sein, sonst nutzt das ganze Dokument nichts.
Zu wissen, wie das Internet technisch funktioniert, sorgt dafür,
selbst besser zu verstehen und erklären zu können, was auf den eigenen Seiten passiert und dadurch Abmahnungen zu vermeiden.
Ein fundiertes Wissen über die eigene Website hilft also, besser auf neue Rechtslagen vorbereitet zu sein.
Das Internet technisch erklärt
Um die eigene Website möglichst rechtssicher zu gestalten, ist es notwendig, dass die Datenschutzerklärung auch das abbildet, was online passiert.
Um im Internet aktiv zu sein, benötige ich:
ein internetfähiges Gerät (das sind heute sehr viele wie PC, Smartphone, Tablet und z.T. auch Kühlschränke oder Pkw) oder einen Adapter (Router, früher Modems) ein Programm, das mein Gerät mit dem Internet verbinden kann (heute meist schon verbaut im Gerät) einen Internetanschluss (drahtgebunden über LAN oder drahtlos über WLAN/Wifi) normalerweise einen Vertrag mit einem Anbieter (Hoster), der mir einen Internetanschluss ermöglicht internetfähige Programme wie Browser, Chatprogramme, Apps o.Ä.
Will ich dann eine Website aufrufen, passiert Folgendes:
Mit dem Laden des Videos akzeptieren Sie die Datenschutzerklärung von YouTube.
Mehr erfahren Video laden YouTube immer entsperren
Mit meinem Endgerät stelle ich eine Verbindung mit dem nächsten Internetknotenpunkt her – zuhause ist das beispielsweise mein Router, der über ein Kabel mit der Telefonbuchse verbunden ist. Über diese Verbindung „telefoniert“ mein Gerät dann mit einem Ziel.
Mein Ziel sind Websites oder spezielle Ressourcen, die online gespeichert sind. Jedes dieser Ziele hat eine IP-Adresse. IP steht für „Identifier Protocol“. Dieses Identifikations-Protokoll weist jedem Nutzer und jeder erreichbaren URL eine sogenannte IP-Adresse zu.
Das passiert beim Öffnen einer Website
Wenn ein menschlicher Nutzer in der URL-Adressleiste eines Browsers eine Website-Adresse eingibt, sieht diese beispielsweise so aus:
„ http://ww.schrift-architekt.de “
Das „http://“ (oder immer häufiger auch „https://“ für eine „sichere“ Verbindung“ steht für einen bestimmten Teil des Internets, der durch das HyperText-Transfer-Protokoll als Kommunikationsstandard geprägt ist. Das „www“ sagt wiederum, dass die Website im „world wide web“ erreichbar ist, also einem noch kleineren Teil des Internets. Bei „schrift-architekt“ wird angegeben, um was für eine Adresse es sich handelt. Die Endung „.de“ sagt, dass der Server, wo die Daten gespeichert sind, in Deutschland steht.
Ein Computer kann mit diesen Daten allerdings nichts anfangen und übersetzt diese in eine für ihn „lesbare“ Version, eine IP-Adresse. Diese weiß ein internetfähiges Endgerät meist aber nicht selbst. Dazu braucht es ein Verzeichnis.
Die größte Auskunftstelle für deutsche Domains hat ihren Sitz in Frankfurt und läuft mit dem DE-CIX-Datenknoten (dem größten europäischen und gelegentlich auch dem weltweit größten Internetknotenpunkt). Hier fragt das Endgerät die Bedeutung der Website „www.schrift-architekt.de“ an und erhält beispielsweise folgende Antwort:
„173.469.4265“
Diese Adresse enthält alle Informationen, die das Endgerät benötigt. In einer zweiten, nun gezielten Anfrage, wird der Server angesteuert, wo alle abzurufenden Daten gespeichert sind. Im Beispiel steht der Server in Halle (Saale). Dort geht die Anfrage automatisiert ein und wird automatisiert beantwortet.
Jede Anfrage braucht nur bestimmte Elemente einer Website. Der Server vor Ort sucht dann seine Datenbank ab und stellt alles zusammen, was benötigt wird. Manchmal wird ein Logo oder der Fußbereich nicht benötigt und dann auch nicht verschickt. Der Server stellt von allen Elementen eine Kopie her und verschickt diese zurück an das Endgerät, welches parallel mit seiner Anfrage auch die eigene IP-Adresse verschickt hat.
Dieser Vorgang findet bei jedem Laden einer Website, meist in Sekundenbruchteilen, statt. Und das normalerweise über Kabel.
Von wegen Cloud: Das Internet ist Kabelsalat
Im Zusammenhang mit dem Internet wird gern von der Cloud – also der sogenannten Datenwolke – gesprochen. Doch das Netz ist vor allem eines: Kabelsalat. Das moderne Internet basiert auf dem alten Telefon-Netz. Diese Infrastruktur ist alt und wird immer wieder modernen Standards angepasst. Aktuell findet der Wechsel von Kupfer- auf Glasfaserkabel statt.
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Doch warum ist das wichtig? Weit über 90 Prozent des Internets läuft über Kabelverbindungen ab. Auch Smartphones brauchen Kabel. Das große Dilemma des deutschen Breitbandausbaus liegt darin, dass die digitale Infrastruktur nur schlecht ausgeprägt ist. Der Breitbandatlas des Bundesministeriums für Verkehr zeigt das deutlich:
Der Breitbandatlas Was ist der Breitbandatlas? Der Breitbandatlas ist das zentrale Informationsmedium zur aktuellen Breitbandversorgung in Deutschland. Der Breitbandatlas wird regelmäßig aktualisiert und steht allen Interessierten kostenfrei zur Verfügung. Anhand von interaktiven Karten wird gezeigt, welche Bandbreiten und Techniken für die Datenübertragung zur Verfügung stehen.
Breitbandausbau muss vorangetrieben werden
Doch selbst in Gegenden, in denen drahtlos LTE oder drahtgebunden 50 kbit möglich sind, muss das für einen Anschluss selbst nicht gelten.
Straßenzüge sind vielleicht an ein schnelles Netz angebunden, doch die Häuser selbst können gut und gern noch mit altem Kupferdraht ausgestattet sein. Vergleichbar vielleicht mit einer geteerten Autobahn bis zum Ortseingang, aber ab dann nur noch Schotterpiste.
Schnelles Internet ist eine infrastrukturelle Herausforderung
Schnelles Internet ist zwar eine Bedingung für eine gute Digitalwirtschaft, doch ist auch eine Herausforderung für die Infrastruktur. Denn Internet ist keine Datenwolke und ist auch kein Satellit im Orbit um die Erde. Internet ist vor allem: dicke Kabel in der Erde, Überlandleitungen, Seekabel auf dem Meeresboden und ganz schlicht: Kabelsalat.
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