3.1
Das Internet als Geflecht von Netzwerken
Das globale Internet ist so komplex und groß, dass es nicht möglich wäre, seinen Aufbau und Betrieb von einer einzigen, sogar riesigen Organisation abzudecken. Die Fähigkeit des Internets, zu großen Anteilen zu wachsen, wurde durch das Konzept der geteilten Verantwortung ermöglicht, bei dem das gesamte Netzwerk in eine große Anzahl kleinerer Netzwerke unterteilt ist. Jedes dieser kleineren Netzwerke unterliegt einer Verwaltungsverwaltung und ist in seiner internen Funktion völlig unabhängig von den anderen Netzwerken. Es verfügt über einen eigenen internen Entwicklungsplan, interne Verwaltungsmechanismen, Netzwerküberwachung sowie Richtlinien für Verbindungs- und interne Routingsysteme.
In der Internet-Terminologie werden diese subkonstitutionellen Netzwerke, die zusammen das gesamte große Internet bilden, als autonome Systeme (AS) bezeichnet. Sie sind jedoch häufig besser unter dem tschechischen Namen "Internetverbindungsanbieter", Slang für "Internetanbieter" oder auch als "Aj-es-pí“ " bekannt - d. h. ISP (Internet Service Provider). In diesem Text werden wir auf diese Netzwerke durch die bekanntere Abkürzung ISP verweisen und nur dort, wo dies technisch erforderlich ist, die Abkürzung AS verwenden.
Hinweis
Das autonome System ist jedoch möglicherweise nicht immer genau das gleiche wie das ISP-Konzept, obwohl wir es auf diese Weise betrachten werden, um unseren Text zu vereinfachen. Das ISP-Netzwerk muss nicht unbedingt der Eigentümer der autonomen Systemnummer sein, daher wird es im Internet nicht als separates Netzwerk angesehen und ist in einem anderen Netzwerk versteckt, dem eine AS-Nummer zugewiesen ist. Nun, die Dinge sind nicht so einfach, wie sie scheinen, und jede Vereinfachung kann zu Ungenauigkeiten führen, was in unserem Fall der Fall ist.
Jedes ISP-Netzwerk ist mit mehreren anderen ISP-Netzwerken und auch mit seinen Client-Netzwerken verbunden, die wir als KS bezeichnen werden. Das ISP-Netzwerk vermittelt seinen Client-Netzwerken und ihren verbundenen Endsystemen den Zugriff auf das Internet in beiden Übertragungsrichtungen, d. h. im Idealfall der Netzwerkneutralität und -liberalität (heute wird es aus Sicherheits- und anderen Betriebsgründen nicht unbedingt überall erfüllt) von jedem Gerät im Client-Netzwerk. Überall im Internet und von überall im Internet zu jedem Gerät im Client-Netzwerk. Dies ist in Abbildung 3 grafisch dargestellt. Im öffentlichen Teil des Internets wird jedem am Paketverkehrsrouting beteiligten ISP-Netzwerk eine global eindeutige autonome Systemnummer (ASN) zugewiesen.
Fig. 3. Beispiel eines Teils der Gesamttopologie des Internets und der Verbindung einiger ISPs
Das ISP-Netzwerk kann intern nur Verbindungen zwischen KS-Netzwerken bereitstellen, die direkt mit ihm verbunden sind, jedoch nicht mehr für Netzwerke, die mit anderen ISPs verbunden sind. Damit diese Verbindung weltweit funktioniert, müssen die ISP-Netzwerke im Internet notwendigerweise auf eine bestimmte Weise miteinander verbunden sein und sich auch gegenseitig über ihre Client-Netzwerke informieren, genauer über ihre IP-Adressen. Einige ISP-Netzwerke (normalerweise größere) müssen auch als sogenannter Transit für bestimmten Verkehr fungieren und eine transparente Paketübertragung für einige direkt verbundene ISP-Netzwerke gewährleisten (siehe Abb. 4).
Fig. 4. Detail der Verbindung von Client-Netzwerken mit dem ISP und Darstellung des Transitverkehrs
Die Client-Netzwerke sind abhängig von ihrer Größe, der erforderlichen Übertragungskapazität und dem Grad der Zuverlässigkeit mit einem (meistens für kleine Client-Netzwerke, die keine höhere Verbindungszuverlässigkeit und Lastausgleich erfordern) oder mehreren ISPs (siehe das "?" - Zeichen in Abb. 4) verbunden. Technisch, aber auch administrativ einfachere Option der Mehrpunktverbindung zum Internet, um eine höhere Zuverlässigkeit und Lastverteilung zu gewährleisten, ist die Verbindung zu nur einem ISP, jedoch an zwei verschiedenen geografischen Standorten, siehe die Verbindung des Client-Netzwerks Nr. 1 in Abb. 4.
Aufgrund dieser Nachteile haben Internetentwickler eine zweite Lösung gewählt, bei der es im Wesentlichen kein einziges Zentrum gibt, bei dem alle Knoten im Netzwerk die erforderlichen Routing- und Steuerdaten miteinander austauschen. Im Wesentlichen bedeutet dies, dass die gesamte Funktion des zentralen Knotens aus der vorherigen Betrachtung auf alle Knoten des Netzwerks verteilt ist, einschließlich der Last. Diese Lösung ist sehr vorteilhaft, da der Ausfall eines Knotens des Netzwerks theoretisch (und in vielen Fällen auch praktisch) nicht den Ausfall des gesamten Netzwerks verursacht und die Prozesslast in mehrere Knoten aufgeteilt wird. Es sollte jedoch hinzugefügt werden, dass dieses Prinzip auch seine Nachteile hat, da neue Informationen über die Änderung des Status des Netzwerks allmählich an den Rest des Netzwerks übertragen werden und unter bestimmten Umständen zu einer Instabilität des entworfenen Systems führen können, die algorithmisch betrachtet werden muss.
Im Internet kommunizieren nur unmittelbar benachbarte ISPs über das BGPv4-Protokoll (Border Gateway Protocol - Version 4) über ihre Client-Netzwerke miteinander. Die genaue technische Beschreibung würde mehrere hundert Seiten umfassen, daher werden wir hier alles sehr vereinfachen. Im Wesentlichen handelt es sich hierbei um einen Nachrichtenaustausch (siehe Abb. 4), der eine Liste der Kennungen aller in unserem Fall mit dem ISP-1 verbundenen Client-Netzwerke enthält. Im öffentlichen Internet ist die eindeutige Kennung eines Netzwerks hauptsächlich seine öffentliche IP-Netzwerkadresse.
Hinweis
In einigen Fällen kann eine Netzwerk-IP-Adresse jedoch mehrere kleinere Netzwerke darstellen, die so geschickt unter einer gemeinsamen Kennung kombiniert sind, die als Aggregation oder Zusammenfassung bezeichnet wird. Dieser Prozess des Zusammenführens von Netzwerken ist für das Internet-Routing von wesentlicher Bedeutung.
In menschliche Sprache übersetzt bedeutet dies, dass die Grenzknoten des ISP-1-Netzwerks in einem Umschlag an die benachbarten ISP-2-, ISP-3- und ISP-4-Informationen senden, dass das ISP-1-Netzwerk Client-Netzwerke KS-1, KS-2, KS-3 und KS-4 verbunden hat. Sobald die Nachbarn diese Informationen erhalten, wissen sie sofort, dass falls eine Endstation in ihren verbundenen Netzwerken Daten an die KS-1-zu-KS-4-Netzwerke senden möchte, diese über die Verbindungen an den ISP-1 liefern muss, über die sie diese Informationen erhielt. ISP-1s zu ISP-4s senden diese Informationen an ihre anderen unmittelbaren Nachbarn. Dies wird ständig wiederholt, bis sich das Bewusstsein für diese Client-Netzwerke im Internet verbreitet. Offensichtlich wird es eine Weile dauern, bis das gesamte Internet etwas über das neue Netzwerk oder umgekehrt über Netzwerke gelernt hat, die nicht mehr mit dem Internet verbunden sind. So wie ISP-2 bis ISP-4 etwas über mit ISP-1 verbundene Client-Netzwerke erfahren, erfährt ISP-1 über Netzwerke, die mit ISP-2 bis ISP-4 verbunden sind, mithilfe von BGPv4-Nachrichten, die in die entgegengesetzte Richtung gesendet werden. Der Klarheit halber ist es in Fig. 1 nicht aufgezeichnet. Das oben genannte Grundprinzip des BGPv4-Nachrichtenaustauschs liegt im Hintergrund der weltweiten Konnektivität von Endgeräten über das gesamte Internet.
Bisher haben wir nur über Pakete gesprochen, die von Endgeräten im Internet im Allgemeinen gesendet werden. In den folgenden Kapiteln werden wir weitere Details zu diesem Thema diskutieren.