Kommunikation in Netzen · Doppelstunde 3
Du kennst schon Schichten, MAC- und IP-Adressen, Ports. Aber wie findet dein Rechner überhaupt heraus, welche IP-Adresse zu einer Webseite gehört – und wie findet ein Paket dann tatsächlich seinen Weg durchs Netz? Heute verfolgen wir die komplette Reise: von der Namensauflösung über das Routing bis zur Frage, wie Daten zuverlässig – oder eben schnell – übertragen werden.
Thema 01 · Vom Namen zur Adresse
Computer kommunizieren über IP-Adressen – Menschen merken sich aber lieber Namen wie www.schule-leipzig.de. Das Domain Name System (DNS) übersetzt zwischen beiden Welten. Diese Übersetzung ist hierarchisch organisiert: Niemand kennt alle Adressen der Welt auswendig, aber jeder Server kennt den nächsten Ansprechpartner.
Meist der Server deines Internetanbieters – dein Rechner fragt nie direkt bei Root-, TLD- oder autoritativen Servern an, sondern immer über ihn.
↓ Details
13 logische Wurzel-Server weltweit, ganz oben in der DNS-Hierarchie. Sie kennen keine einzelnen Domains, sondern nur, welche Server für welche Endung (.de, .com, .org …) zuständig sind.
Zuständig für eine Top-Level-Domain wie .de. Sie kennen nicht jede einzelne Webseite, aber wissen, welcher Server für eine bestimmte Domain (z. B. schule-leipzig.de) zuständig ist.
Der Server, der die tatsächlichen Einträge einer Domain verwaltet – hier liegt die konkrete IP-Adresse zu www.schule-leipzig.de gespeichert.
Verfolge, wie der Resolver sich stellvertretend für deinen Browser durch die DNS-Hierarchie fragt, bis er die IP-Adresse von www.schule-leipzig.de gefunden hat.
Thema 02 · Der Weg durchs Netz
Sobald die IP-Adresse des Ziels bekannt ist, muss das Paket noch tatsächlich dorthin gelangen. Dafür sorgen Router: Geräte, die Netze miteinander verbinden und für jedes ankommende Paket entscheiden, an welchen Nachbarn sie es weiterleiten. Dabei müssen sie nicht nur irgendeinen Weg finden, sondern nach Möglichkeit einen günstigen – abhängig z. B. von Auslastung oder Entfernung der Leitungen.
Ein Switch verbindet Geräte innerhalb eines Netzes über MAC-Adressen. Ein Router verbindet unterschiedliche Netze miteinander und trifft seine Entscheidungen anhand von IP-Adressen.
Jeder Router führt eine Tabelle, welches Ziel-Netz über welchen Nachbarn erreichbar ist – und wie "teuer" dieser Weg jeweils ist. Diese Tabellen werden meist automatisch mit Nachbar-Routern abgeglichen.
Im folgenden Mini-Spiel bist du selbst der Router: Klicke dich von deinem Rechner über benachbarte Router bis zum Ziel – möglichst günstig. Die Zahl an jeder Verbindung steht für ihre Kosten, z. B. Auslastung oder Signallaufzeit. Am Ende vergleichen wir deinen Weg mit dem, den ein echter Routing-Algorithmus berechnen würde.
Klicke auf einen Router, der direkt mit deinem Rechner verbunden ist.
Thema 03 · Zwei Prinzipien der Übertragung
Es gibt zwei grundsätzlich verschiedene Arten, wie Daten durch ein Netz übertragen werden können: über eine fest reservierte Leitung – oder in einzelnen, unabhängig wegfindenden Paketen.
Gleich lange Zeitspanne, unterschiedliches Ergebnis: Die Leitungsvermittlung blockiert die Leitung exklusiv, selbst wenn gerade niemand spricht. Die Paketvermittlung nutzt dieselbe Leitung in derselben Zeit für drei verschiedene Verbindungen gleichzeitig – das macht sie deutlich effizienter, aber auch weniger vorhersehbar.
Aufgabe: Ordne das Szenario der passenden Vermittlungsart zu.
Klassischer Anruf über das analoge Festnetz
Eine Webseite im Browser aufrufen
Fax-Übertragung über eine ISDN-Leitung
Eine E-Mail mit Anhang versenden
Videokonferenz über das Internet
Ein Telefonat, bei dem die Leitung für dich reserviert bleibt, auch wenn keiner spricht
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Thema 04 · Zurück zur Transportschicht
In der letzten Doppelstunde hast du gelernt, dass Ports Daten dem richtigen Dienst zuordnen – übertragen werden sie dabei über eines von zwei Transportprotokollen: TCP oder UDP. Beide erledigen die Übertragung auf sehr unterschiedliche Weise.
Klicke auf „Nächster Schritt", um die Übertragung zu starten.
Aufgabe: Ordne den Anwendungsfall dem passenden Transportprotokoll zu.
Eine Webseite laden (HTTP)
Ein Online-Multiplayer-Spiel
Eine Datei per E-Mail versenden
Ein Live-Videostream (z. B. Sportübertragung)
Online-Banking
Ein Sprachanruf per Internettelefonie (VoIP)
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Abschluss
1. Warum fragt dein Rechner beim Aufruf einer Webseite zuerst den DNS-Resolver?
Netzwerkkommunikation läuft über IP-Adressen, nicht über Namen. DNS übersetzt den für Menschen lesbaren Domainnamen in die IP-Adresse, die der Rechner tatsächlich braucht.
2. Welche Aufgabe hat ein Root-Server im DNS-System?
Root-Server kennen nicht jede Domain einzeln, sondern nur, welche Server für welche Top-Level-Domain zuständig sind – sie sind der Startpunkt der Hierarchie.
3. Wofür steht die TTL (Time To Live) bei einem DNS-Eintrag?
Die TTL gibt an, wie lange ein Resolver eine Antwort zwischenspeichern darf, bevor er sie erneut bei der Quelle abfragen muss.
4. Was ist die Aufgabe eines Routers?
Das ist die Aufgabe eines Switches. Ein Router verbindet Netze und entscheidet anhand der Ziel-IP-Adresse, an welchen Nachbarn ein Paket weitergeleitet wird.
5. Was unterscheidet Leitungsvermittlung von Paketvermittlung?
Leitungsvermittlung reserviert eine feste Leitung für die gesamte Verbindung (z. B. klassisches Telefonnetz), Paketvermittlung zerlegt Daten in Pakete, die unabhängig geroutet werden (Internet).
6. Warum eignet sich TCP gut zum Laden einer Webseite?
TCP ist zuverlässig: Fehlt ein Paket, wird es automatisch erneut angefordert. Für eine vollständig und korrekt dargestellte Webseite ist das wichtiger als maximale Geschwindigkeit.
7. Warum wird für einen Live-Videostream oft UDP statt TCP verwendet?
Bei Live-Übertragungen zählt Geschwindigkeit mehr als Vollständigkeit: Ein fehlendes Bild fällt kaum auf, eine spürbare Verzögerung durch Neuübertragung dagegen schon.
8. Ein Router entscheidet sich für den Weg mit den geringsten Gesamtkosten statt für den Weg mit den wenigsten Zwischenstationen. Warum kann das sinnvoll sein?
Genau wie im Routing-Spiel: Ein Weg mit weniger Stationen kann trotzdem "teurer" sein, wenn einzelne Verbindungen stark belastet oder langsam sind – deshalb rechnen Router mit Gesamtkosten, nicht nur mit Hop-Anzahl.
"DNS, Routing, Leitungs- und Paketvermittlung, TCP und UDP – jede dieser Ebenen könnte theoretisch auch anders gelöst sein. Was würde passieren, wenn es kein DNS gäbe und du dir jede IP-Adresse selbst merken müsstest?"
Diskutiert: Welche der vier heutigen Themen würdet ihr als "unsichtbarste" Infrastruktur bezeichnen – also die, deren Ausfall am schnellsten aber am wenigsten nachvollziehbar auffallen würde?
Zusatzfrage: Ihr entwickelt eine neue Messenger-App mit Videotelefonie-Funktion. Welche Entscheidungen trefft ihr bei DNS, Routing, Vermittlungsart und Transportprotokoll – und warum?