Beschreiben der Datenübertragung in einem Netzwerk
Ein Netzwerk besteht, wenn mindestens zwei Geräte vorhanden sind, die Daten gemeinsam nutzen. Wie Sie in der vorherigen Lerneinheit gesehen haben, besteht ein Netzwerk aus vielen verschiedenen physischen Bestandteilen, die zusammenwirken, damit Ihre Daten dorthin gelangen, wo sie benötigt werden. Diese Übertragung von Daten über ein Netzwerk wird durch eine Suite von Kommunikationsprotokollen ermöglicht, die häufig als TCP/IP bezeichnet wird. Sie ist nach den beiden Hauptprotokollen benannt: TCP (Transmission Control Protocol), das die Verbindung zwischen zwei Geräten verarbeitet, und IP (Internet Protocol), das für das Routing von Informationen über das Netzwerk verantwortlich ist.
Jedes Netzwerk auf diesem Planeten teilt und verschiebt ständig Daten. Diese Daten können jede beliebige Form und Größe aufweisen – von einer einfachen Nachricht bis hin zu Bildern und sogar Filmen, die in Ihr Zuhause gestreamt werden.
Das Datagramm oder Paket
Netzwerke sollen die Kommunikation zwischen Geräten oder Systemen vereinfachen. Unabhängig von der Größe der Daten muss alles in kleine, einheitliche Blöcke zerlegt werden. Diese Blöcke werden Datagramme genannt. Häufiger wird jedoch die Bezeichnung Paket verwendet.
Stellen Sie sich vor, dass Sie einen Film auf Ihr Gerät streamen möchten. Angesichts der enormen Größe der beteiligten Daten kann der Streamingserver nicht den gesamten Film in einem Zug übertragen. Stattdessen wird der Film in Milliarden von Paketen aufgeteilt. Jedes Paket enthält einen kleinen Teil des Films, der dann an Ihr Gerät gesendet wird. Ihr Gerät muss warten, bis genügend Pakete empfangen wurden, bevor Sie sich den Film ansehen können. Im Hintergrund sendet der Server kurz vor der Anzeige weiterhin einen stetigen Paketstream an Ihr Gerät. Wenn sich die Netzwerkgeschwindigkeit verlangsamt, erreichen Sie die Pakete möglicherweise nicht rechtzeitig. Das angezeigte Bild kann verzerrt oder verpixelt werden, und es kann zu Aussetzern im Ton kommen.
IP-Adressen
Wenn Sie einen Brief an einen Freund schreiben möchten, schreiben Sie zuerst den Brief, bevor Sie ihn in einen Umschlag legen. Als Nächstes schreiben Sie die Adresse Ihres Freunds auf den Umschlag, bevor Sie ihn aufgeben. Der Postdienst sammelt den Brief ein und stellt ihn über verschiedene Sortierstellen schließlich zu.
Netzwerke funktionieren auf ähnliche Weise. Die Nachricht ist im Paket enthalten wie in einem Umschlag. Anschließend werden die Absender- und Empfängeradresse zum Paket hinzugefügt.
Die primäre Funktion des Internetprotokolls (IP) besteht darin, sicherzustellen, dass jedes Gerät in einem Netzwerk eindeutig identifiziert werden kann. Damit ein Paket über das Netzwerk gesendet werden kann, muss ihm die IP-Adresse des Ziels und die IP-Adresse seines Ursprungs mitgeteilt werden.
Derzeit gibt es zwei Standards für IP-Adressen: IPv4 und IPv6. Die Details sprengen den Rahmen dieses Moduls, aber der gängigste IP-Adresstyp, mit dem Sie möglicherweise vertraut sind, ist IPv4. Dieser besteht aus vier Gruppen von Ziffern, die durch einen Punkt getrennt sind, z. B. 127.100.0.1.
DNS
Ebenso wie jedes Gerät in einem Netzwerk eine eindeutige IP-Adresse benötigt, besitzt jede öffentliche Website eine eigene IP-Adresse. Sie können die IP-Adresse verwenden, um Ihren bevorzugten Onlinehändler, Ihre Bank oder Ihren Streamingvideodienst aufzusuchen. Bei der Vielzahl verfügbarer Websites wäre es jedoch schwierig, sich die Adresse zu merken. Stattdessen geben Sie den Namen des gesuchten Diensts in Ihren Browser ein, der Sie dann zur gewünschten Website führt. Dafür wird das sogenannte DNS (Domain Name Service) verwendet.
Das DNS enthält eine Tabelle mit dem Namen der Website, z. B. microsoft.com, und der entsprechenden IP-Adresse. Ihr Browser verwendet dies, um die tatsächliche Website auf so ziemlich dieselbe Weise zu finden, wie Sie ein Telefonbuch verwenden würden, um eine Telefonnummer zu suchen.
Jedes Mal, wenn Ihr Gerät eine Verbindung mit dem Internet herstellt, wird ein lokaler DNS-Server verwendet, um den Namen der gesuchten Website zu ermitteln. Wenn DNS die Website nicht finden kann, werden andere DNS-Server überprüft. Wenn die Website nicht gefunden werden kann oder für die Anforderung ein Timeout auftritt, wird eine Fehlermeldung angezeigt, z. B. „DNS-Server antwortet nicht“.
Routing
Nachdem die IP-Adressen zum Paket hinzugefügt wurden, können sie über das Netzwerk übertragen werden. Wenn die IP-Adresse in Ihrem Netzwerk vorhanden ist, wird das Paket direkt an das Gerät gesendet. Wenn sich die IP-Adresse jedoch außerhalb Ihres Netzwerks befindet, muss das Paket über einen Router übertragen werden. Ein Router ist ein physisches Gerät, das ein Netzwerk mit einem anderen verbindet.
Wenn Ihr Freund in unserem Briefszenario nur wenige Straßen entfernt wäre, hätten Sie den Brief selbst dorthin bringen können. Ähnliches gilt, wenn sich Ihr Freund in Ihrem lokalen Netzwerk befindet.
Wenn sich Ihr Freund jedoch in einer anderen Stadt oder einem anderen Land bzw. einer anderen Region befindet, müssen Sie den Brief aufgeben und vom Postdienst zustellen lassen. In diesem Fall ist der Postdienst der Router. Er nimmt die Nachricht aus Ihrem Netzwerk und findet dann die beste Route, um sie zum Netzwerk Ihres Freundes für die Zustellung zu liefern.
Videoanimation
In diesem kurzen zweiminütigen Video sehen Sie, wie alltägliche Aktivitäten Netzwerke bilden – vom Telefonieren mit Ihren Freunden bis hin zum Teilen von E-Mails. Anschließend wird gezeigt, wie Nachrichten in Pakete aufgeteilt werden, die über das Netzwerk gesendet werden können. Schließlich sehen Sie, wie die einzelnen Pakete einer Nachricht über das Internet gesendet werden, um zum gewünschten Empfänger zu gelangen.