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Wie funktioniert das Internet? Eine Übersicht

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Vereinfacht gesagt ist das Internet nur riesiges Netzwerk aus kleineren Netzwerken. Bild: © Pixabay/geralt 2021

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.

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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

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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.

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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

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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.

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Um zehn Rechner untereinander zu vernetzen, werden 45 Kabel benötigt. Bild: © Moziila 2021
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Mit einem Router sind hingegen nur neun Kabel nötig. Bild: © Mozilla 2021
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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.

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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.

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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.
  • 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.
  • Der Server gewährt die Anfrage und teilt die Webseite in kleine Pakete auf, die dann mithilfe von TCP/IP zu Deinem Endgerät geschickt werden.
  • Dein Browser setzt die einzelnen Pakete wieder zusammen und die Webseite erscheint auf Deinem Display.
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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

  • Das Internet ist ein weltumspannendes Netzwerk, das kleinere Netzwerke und Clients sowie Server untereinander verbindet.
  • Als Vorläufer des Internets gilt das Arpanet, das 1969 vier Großrechner US-amerikanischer Universitäten miteinander vernetzte.
  • Daten, die über das Internet geschickt werden, werden zunächst von einem Modem für den Versand umgewandelt, durchlaufen mehrere Router und Internet-Knoten und werden beim Empfänger wieder von einem Modem zurück umgewandelt.
  • Daten werden vor dem Versand durch das Internet zunächst in kleine Pakete unterteilt, die beim Empfänger wieder zusammengefügt werden.
  • Die wichtigsten Protokolle, die den Datenfluss regeln, sind TCP und IP.
  • Beim Abruf einer Webseite muss ein DNS-Server zunächst die IP-Adresse des Servers, auf der die Seite liegt, an den Browser übermitteln. Erst dann kann der Browser eine Anfrage an den Zielserver schicken, der dann eine Kopie der Webseite in kleinen Paketen über TCP/IP an den Client übermittelt. Dort werden die Pakete dann zur fertigen Webseite zusammengesetzt.
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