Pakete, Router und der Weg Ihrer Daten

Die letzte Lektion verfolgte einen Klick von Ihrem Mac zu einer Website. Diese Lektion verlangsamt den Schritt „Verbinden“: was ein Paket ist, wie Router entscheiden, wohin sie es senden, und wie Sie diesen Weg selbst beobachten können.

Ihre Nachricht, in Stücke zerlegt

Nichts, was Sie über das Internet senden, reist als ein einziges Stück. Wie das Cloudflare Learning Center erklärt, werden Daten in kleine Segmente, Pakete genannt, zerlegt, bevor sie Ihr Gerät verlassen, und dann von wem auch immer sie empfängt, wieder zusammengesetzt. Das nennt man Paketvermittlung: Weil Pakete vieler verschiedener Computer dieselben Leitungen und Geräte teilen können, können Milliarden Geräte gleichzeitig Daten über dieselben Netzwerke austauschen, wobei jedes Paket unabhängig weitergeleitet wird und nicht zwangsläufig in derselben Reihenfolge ankommt, in der es gesendet wurde.

Router: eine Entscheidung bei jedem Hop

Ein Paket reist nicht direkt zu seinem Ziel. Es wird von einem Router zum nächsten weitergereicht, und jeder Router trifft seine eigene Entscheidung, wohin er es als Nächstes sendet. Cloudflare beschreibt, dass Router den Header eines Pakets lesen — den Teil, der sein Ziel benennt — und ihn mit einer Routing-Tabelle abgleichen, ähnlich wie ein Zugschaffner ein Ticket prüft, um zu entscheiden, zu welchem Bahnsteig ein Fahrgast gehört. Routing-Tabellen können manuell festgelegt (statisches Routing) oder automatisch aktualisiert werden, wenn sich Bedingungen ändern (dynamisches Routing), ähnlich wie eine Kartenapp bei Stau umleitet. Ein Router tut dies Millionen Mal pro Sekunde, für Millionen von Paketen, von vielen verschiedenen Absendern zugleich.

Weil das Internet ein Netzwerk vieler unabhängig betriebener Netzwerke ist, durchquert eine einzelne Verbindung zu einer Website meist mehrere davon: Ihr Heim- oder Büronetzwerk, Ihren ISP, ein oder mehrere Transitnetzwerke, und schließlich das Netzwerk, das die Seite hostet. Niemand besitzt den gesamten Weg, und kein einzelnes Unternehmen sieht ihn ganz.

Den Weg selbst beobachten: traceroute

macOS liefert ein Werkzeug mit, das diese Hop-für-Hop-Reise zeigt. Das Cloudflare Learning Center erklärt, dass traceroute funktioniert, indem es Pakete mit einem schrittweise steigenden Time-to-live-Wert sendet, sodass jeder Router auf dem Weg eine kleine Fehlermeldung zurücksendet, die ihn offenbart, einen Hop nach dem anderen. Das Ergebnis ist eine Liste der Router, die Ihr Paket durchlaufen hat, und wie lange jeder Hop dauerte.

$ traceroute 1.1.1.1

Eine echte Verfolgung zu Cloudflares 1.1.1.1, gezeigt in Cloudflares eigener Dokumentation, sieht in etwa so aus: zunächst der Router in Ihrem Zuhause, dann ein oder zwei Hops innerhalb Ihres ISP, dann ein oder mehrere Netzwerke, von denen Sie nie gehört haben, bevor schließlich das Ziel erreicht wird. Manche Hops zeigen drei Sterne (* * *) statt einer Zeit: Das bedeutet meist, dass ein Router so konfiguriert ist, nicht auf traceroute zu antworten, nicht, dass etwas kaputt ist.

Ozeane überqueren: die Kabel, die Sie nie sehen

Bei einer Verbindung zwischen Kontinenten reisen die Pakete sehr wahrscheinlich an irgendeinem Punkt durch ein unterseeisches Glasfaserkabel. Das International Cable Protection Committee, eine 1958 gegründete Organisation von Regierungen und Kabelbesitzern, merkt an, dass diese Kabel internationalen Sprach- und Datenverkehr günstiger und zuverlässiger transportieren als Satelliten: Ein Anruf, der zehntausende Kilometer zu einem Satelliten und zurück reisen müsste, kann stattdessen direkt über den Meeresboden gehen. Ein einzelnes Faserpaar in einem dieser Kabel kann heute eine digitalisierte Kapazität tragen, die das ICPC als gleichwertig mit 150.000.000 gleichzeitigen Telefonanrufen beschreibt, und jedes Kabel bündelt typischerweise mehrere solcher Faserpaare. Weil ein Defekt oder der Anker eines Schiffs ein Kabel durchtrennen kann, verlässt sich die Branche darauf, mehrere unabhängige Routen zu haben, statt einer einzigen Leitung zwischen zwei Regionen.