Wie funktioniert eigentlich
das Internet?

 
 

Funktionsweise des WWW aus Sicht von Internet Serviceprovidern

Beschreibungen und Erläuterungen, wie das Internet grundsätzlich funktioniert gibt es zahlreiche - daher soll sich dieser Artikel auf die Funktionsweise des WWW aus Sicht von Internet Serviceprovidern beschränken. Diesem auch sehr spannenden Thema wird deutlich weniger Aufmerksamkeit gewidmet.

Dass es sich bei dem Internet um nichts anderes als ein großes Netzwerk handelt, bei dem verschiedenste Parteien protokollbasiert miteinander kommunizieren sollte als Voraussetzung zum Verständnis bewusst sein. Dabei handelt es sich in vielen Fällen und Client/Server Verbindungen, bei denen der Benutzer von einem Server Informationen abruft oder ihm welche zum Speichern anvertraut - ein klassischer Webseitenaufruf als Beispiel. Es gibt jedoch auch Client/Client oder Server/Server Verbindungen - beispielhaft seien hier Peer To Peer und Skype sowie die Verteilung von DNS Records oder Datenbankzugriffe des Webservers genannt.

Diese Verbindungen sind häufig räumlich sehr weit voneinander entfernt und erfordern die Kommunikation zwischen verschiedenen Teilnetzwerken - sogenannten autonomen Systemen (AS). Die räumliche Trennung ergibt sich durch die Verbindung zwischen den Parteien: ein DSL Nutzer aus Frankreich (Endkunde) greift auf eine Webseite in Deutschland zurück, die auf einem Server im Rechenzentrum (Contentprovider) betrieben wird. Ein autonomes System oder AS ist ein in das Internet integriertes Netzwerk - meist betrieben von einem Unternehmen oder einer Vereinigung. Da im Regelfall Quelle und Adressat nicht im selben autonomen System liegen, müssen letztere nun miteinander kommunizieren. Dies geschieht durch das Border Gateway Protocol (BGP) - ein Routingprotokoll, das den Austausch von Datenströmen zwischen verschiedenen Netzbetreibern regelt.

Um eine solche Kommunikation aufzubauen ist eine physikalische Verbindung per Netzwerk notwendig - theoretisch würde natürlich auch eine Funkverbindung ausreichen, allerdings ließen sich damit nicht ausreichend hohe Bandbreiten auf Distanz erzielen. Diese Verbindungen werden zum Endkunden in Deutschland meist mit Telefonadern oder Koaxialkabeln realisiert - ab dem Hauptverteiler (HVT) geht es dann im Regelfall mit Lichtwellenleitern weiter. Solche als Glasfasern bezeichneten übertragungsmedien bieten den Vorteil auch auf weiten Strecken sehr hohe Bandbreiten zu ermöglichen.

Angefangen beim DSL Anschluss wird zunächst eine Verbindung zum Internetanbieter aufgebaut. Der DSL Router routet dabei nicht klassisch, denn er kennt nur eine einzelne Route - nämlich die zum Anbieter. Eine Route ist im Endeffekt nichts anderes als die Verknüpfung zwischen einer IP Adresse und dem zugehörigem Netzwerk - der Router weiß demnach, dass die IP 8.8.8.8 zum AS 15169 - also Google - gehört. Die Informationen finden sich in der Routingtabelle. Es gibt Stand 2013 etwa 450.000 aktive Routen - die kleinsten davon mit 256 IP Adressen (/24 IP Netz) bis hin zu knapp 17 Millionen (/8 IP Netz). Der erste Router des Anbieters kennt im Regelfall auch nicht alle Routen des Internets, sondern schickt die Pakete nur weiter zu einem Verbindungspunkt. Solche Punkte sind häufig Rechenzentren oder Internet Exchange Points (IX). Dort wiederum betreiben zahlreiche Netzbetreiber sehr große und leistungsstarke Router, die ankommende Pakete an die ganze Welt verteilen. In Deutschland ist der größte Austauschknoten der DECiX in Frankfurt.

Dabei unterscheidet sich der Austausch von Traffic durch Peerings und kommerziell genutztem Transit. Ersterer wird meistens kostenlos zwischen zwei Netzwerken ausgetauscht, um einerseits eine schnelle Verbindung zu erzielen und andererseits Kosten zu sparen. Da nicht alle Netzwerke an jedem Austauschpunkt verfügbar sind und nicht jeder Netzbetreiber sein Netz kostenfrei zur Verfügung stellen möchte werden darüber nicht alle autonomen Systeme erreicht. Anstatt einer "Full Table" - also einer Routingtabelle mit allen 450.000 Einträgen - steht lediglich ein Teil dieser Routen zur Verfügung. Um auf das gesamte Internet zugreifen zu können, muss im Regelfall von einem Netzbetreiber oder Carrier Traffic hinzugekauft werden. Ausgenommen davon sind lediglich sogenannte Tier 1 Netzwerke, die sämtliche Routen des Internets ohne Gegenleistung erreichen können. Insgesamt gibt es vermutlich 14 solcher Unternehmen - vermutlich deshalb, weil keine exakten Informationen über Verträge untereinander öffentlich bekannt sind. In Europa zählen dazu die Deutsche Telekom, Telecom Italia, TeliaSonera und Teleconica (o2). In den USA AT&T, CenturyLink (Qwest/Savvis), XO Communications, Inteliquent (Tiscali International), Verizon (UUNet), Sprint und Level(3). Im asiatischen Raum sind darüber hinaus noch Tata Communications aus Indien und NTT Communications aus Japan zu nennen.

Es darf jedoch nicht der Irrglaube entstehen, dass einem Tier 1 Provider keine Kosten entstehen. Das meist sehr umfangreiche Netzwerk erfordert neben weltweiten Glasfaserstrecken auch teure Router an zahlreichen Standorten. Der Carrier vermietet demnach quasi eine Nutzungsmöglichkeit dieser Infrastruktur, um seine Kosten zu decken oder Gewinne zu erzielen. Der lokale Netzbetreiber spart sich dagegen aufwendige Installationen, um möglicherweise nur einen kleinen Teil seines Datentransfers abwickeln zu können. Andere Netzbetreiber nutzen dagegen auch ihre Marktposition, um sowohl vom Endkunden wie auch vom Contentanbieter bezahlt zu werden.

Qualitativ hochwertige Anbieter kennen fast immer mehrere Routen zu einem Ziel - zum Beispiel auf Grund mehrerer Transitprovider, die ihnen alle eine Full Table zur Verfügung stellen. Fällt eine Route aus, kann so eine andere aktiviert werden. Dabei nutzt BGP das Hot Potatoe Prinzip, wonach jedes Paket möglichst schnell zum nächsten Netz abgestoßen wird. Bei der Auswahl der Route wird dabei die Länge des AS Pfades als Kriterium herangezogen - der kürzeste wird bevorzugt. Ein AS Pfad ist dabei die Anzahl der verschiedenen autonomen Systeme, die durchquert werden müssen, bis man am Ziel angelangt ist. Ein Beispiel wäre: Ein indischer Endkunde bei einem lokalen Provider (AS1) greift auf eine deutsche Seite zu. Der lokale Anbieter hat zwei Transitpartner (AS2), der deutsche Contentprovider (AS3) peered nur mit einem der beiden und muss für den anderen auf einen eigenen Transit (AS4) zurückgreifen. Der AS Pfad wäre also hier einmal drei Stellen und einmal vier Stellen lang - die kürzere Route wird bevorzugt, obwohl diese möglicherweise von der Latenz her langsamer ist.

Hier stellt sich nun die Frage, warum nicht die bessere Route? - also diejenige mit zwar mehr autonomen Systemen, aber einer geringeren Latenz gewählt wird. Die Erklärung ist recht simpel: Der Router kennt die Latenz nicht. Er muss sehr schnell sehr viele solcher Entscheidungen treffen. Er kann nur auf seine Routingtabelle zurückgreifen und diese sagt ihm, welche Route auf Grund der Pfandlänge aktiv ist. Würde er zunächst die Latenz prüfen, wäre die Dauer der Prüfung ja unmittelbar auch Teil der Verbindungsdauer und somit in jedem Fall langsamer. In vielen Fällen sind erhöhte Latenzen nicht statisch, sondern treten nur kurzfristig oder zeitweise auf - es gibt jedoch die Möglichkeit durch sogenannte Prepends die Länge des AS Pfades künstlich zu verlängern und damit eine andere Route zu bevorzugen.

Diese Betrachtung ist natürlich erheblich vereinfacht und soll lediglich einen ersten überblick bieten, um den Umfang von Netzwerkstrukturen nachvollziehen zu können.

 

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