Ihre E-Mail ist angekommen. Irgendwann in den letzten paar Sekunden bewegte es sich nicht als ein fester Block. Es wurde geschreddert. In winzige Stücke zerbrochen. Auf verschiedenen Routen verschickt. Auf der anderen Seite wieder zusammengebaut. Dies ist die Realität eines paketvermittelten Netzwerks. Es ist das unsichtbare Rückgrat des modernen Internets und funktioniert, indem es Datendateien in kleinere Einheiten, sogenannte Pakete, aufteilt, bevor es sie über eine Reihe von Knoten oder Switches sendet.
Stellen Sie sich das wie eine Store-and-Forward-Logistik vor. Die Switches leiten diese Pakete unabhängig weiter. Sie warten nicht, bis die gesamte Datei eintrifft. Sie schieben jedes Stück einfach an seinen Bestimmungsort. Sobald alles angekommen ist, setzt das Empfangsgerät das Puzzle wieder zusammen. Das Internet basiert auf dieser Logik. Die meisten lokalen Netzwerke (LANs) tun dies auch.
Der Effizienz-Kompromiss
Traditionelle Netzwerke verfolgten einen anderen Ansatz. Leitungsvermittelte Netzwerke. Sie bauten einen einzigen physischen Pfad für Daten auf. Eine eigene Spur. Es hielt diesen Weg so lange wie nötig offen. Alle Informationen wurden nacheinander übertragen. Wenn Sie am Telefon waren, hatten Sie die Bandbreite. Zeitraum.
Paketvermittlung ist chaotischer, aber intelligenter. Es leitet Pakete über mehrere Pfade. Jede Wechselentscheidung verbessert die Gesamteffizienz. Wenn ein bestimmter Pfad aufgrund eines Ausfalls ausfällt, werden die Pakete umgeleitet. Sie gehen einen anderen Weg. Dies bedeutet, dass Pakete möglicherweise in der falschen Reihenfolge ankommen. Das Zielsystem muss sie aussortieren.
Es gibt Vorteile. Optimierte Kanalkapazität. Verbesserte Fehlertoleranz. Aber es ist kompliziert. Sie benötigen eine erhebliche Rechenleistung. Sie benötigen viel RAM, um das Chaos zu bewältigen. Es kommt auch zu Verzögerungen durch Umleitungen. Es kommt zu Paketverlusten. Aufgrund dieser Komplexität wird Paketvermittlung für kleine Dateien bevorzugt. Bei großen Echtzeitübertragungen, bei denen Konsistenz wichtiger ist als Effizienz, ist die Leitungsvermittlung immer noch von Vorteil.
Im Kern und Rand
Ein paketvermitteltes Netzwerk hat zwei Hauptzonen. Der Kern und der Rand. Der Kern besteht aus Routern und Steuerungssystemen. Sie verbinden sich über Kanäle mit hoher Bandbreite. Der Edge ist der Ort, an dem Endbenutzersysteme leben. Hier sitzen Hosts wie Ihr persönlicher Computer. Sie senden und empfangen Pakete.
Die Kommunikation im gesamten Kern basiert auf Protokollen. Das sind die Regeln. Die Verfahren, die Sender und Empfänger nutzen, um effektiv zu kommunizieren. Der zur Übertragung Ihrer Daten verwendete Protokollstapel wird als Protokollstapel bezeichnet. Es ist ein Schichtsystem. Jede Schicht hat eine Aufgabe.
Jede Übertragung, ein sogenanntes Datagramm, besteht aus zwei Teilen. Ein Header. Eine Nutzlast. Der Header enthält Steuerinformationen. Absenderadresse. Empfängeradresse. Bei der Nutzlast handelt es sich um die tatsächlichen Informationen, die Sie zu übermitteln versuchen. Manchmal werden Pakete weiter in kleinere Einheiten aufgeteilt. Das ist Paketfragmentierung. Dies geschieht, wenn Daten bestimmte Größenbeschränkungen überschreiten.
Verbindungslos vs. verbindungsorientiert
Diese Netzwerke gibt es in zwei Varianten. Verbindungslose Netzwerke. Auch Datagramm-Netzwerke genannt. Dies ist das Standardmodell. Datenpartitionen in Stücke. Überschriften anhängen. Die Datagramme nehmen den besten Weg von der Quelle zum Ziel. Keine Bestellgarantie. Keine Ankunftsgarantie. Nur Geschwindigkeit und Effizienz.
Dann gibt es verbindungsorientierte Netzwerke. Virtuelle Netzwerke. Sie ahmen die Schaltkreisumschaltung nach. Sie richten eine dedizierte Route ein, bevor sie etwas senden. Dies bietet Ihnen einige Vorteile der alten Methode, während Sie in digitalen Netzwerken bleiben. Es handelt sich um einen hybriden Ansatz. Für die Zuverlässigkeit zahlen Sie Einrichtungskosten.
Die Geschichte des Aufbrechens
Das Konzept entstand nicht aus dem Nichts. Paul Baran, ein Ingenieur bei der RAND Corporation, stellte sich zunächst vor, große Dateneinheiten in kleinere Pakete aufzuteilen. Er löste ein militärisches Problem. Wie überlebt ein Computernetzwerk einen Atomangriff? Seine Antwort war „Hot-Potato-Routing“. Geben Sie die Daten schnell weiter. Halte dich nicht daran fest.
Er veröffentlichte dies zwischen 1960 und 1962. Anschließend veröffentlichte er im August 1964 eine elfbändige Analyse mit dem Titel „Über verteilte Kommunikation“. Die Regierung ignorierte sie. Privatunternehmen war das egal. Die Idee war zu radikal. Zu abstrakt.
Unterdessen arbeitete Donald Davies in Großbritannien. Ein Informatiker am National Physical Laboratory (NPL). Er gelangte unabhängig voneinander zum gleichen Konzept. Er begann, ein Netzwerk aufzubauen, um es zu testen. Baran nannte seine Einheiten „Nachrichtenblöcke“. Davies nannte sie „Pakete“. Der Name blieb hängen.
Lawrence „Larry“ Roberts erfuhr im Oktober 1967 von Davies‘ Arbeit. Es war ein Symposium in Gatlinburg, Tennessee. Roberts leitete ARPANET für die US-Regierung. Er sah den Wert. Er übernahm die Amtszeit von Davies. Paketvermittlung wurde zum Standard für ARPANET. Der Vorläufer des Internets, das wir heute kennen.
Warum verwenden wir für einige Aufgaben immer noch ältere Methoden? Denn nicht jedes Problem braucht eine dezentrale Lösung. Manchmal möchte man einfach eine gerade Linie. Aber für das globale Web? Das kaputte, umgeleitete, neu geordnete Durcheinander ist genau das, was wir brauchen. Es ist belastbar. Es ist flexibel. Nur so lässt sich skalieren.
Die Anfänge der Paketvermittlung
ARPANET ist nicht einfach aufgetaucht. Es wurde schnell gebaut. Bolt Beranek und Newman (BBN) haben es in einem einzigen Jahr entworfen. Sie übernahmen die Ideen von Baran und Davies und setzten sie in die Tat um. Der erste echte Test fand im Oktober 1969 statt. Er war öffentlich. Es war paketvermittelt.
Das Netzwerk begann klein. Vier Knoten. UCLA. Stanford Forschungsinstitut. UC Santa Barbara. Und die University of Utah. Bis 1975 stieg diese Zahl sprunghaft auf 57. Die Tendenz stieg.
Angeben (und nicht beeindrucken)
Im Oktober 1972 stellten Roberts und BBN ARPANET auf der ersten Internationalen Konferenz für Computerkommunikation vor. Sie haben bewiesen, dass die Paketvermittlung funktioniert. Die Reaktion? Schweigen. Oder noch schlimmer. Dem Großteil der US-Kommunikationsbranche war das egal. Einige hassten die Idee sogar.
BBN sah eine Lücke. Im selben Jahr gründeten Roberts und BBN Telenet. Ein kommerzielles Netzwerk. Entwickelt für Leute, die für Konnektivität bezahlen wollten, anstatt kostenlos darüber zu recherchieren.
Globales Interesse weckt
Andere Länder gingen schneller voran. Im November 1973 kündigte die französische Postabteilung TRANSPAC an. Ein inländisches Paketnetzwerk. Im Oktober 1974 führte das Trans-Canada Telephone System DATAPAC ein. Auch Japans NTT plante ein eigenes öffentliches Datennetz.
Die meisten Anbieter blieben skeptisch. Sie sahen zu. Sie warteten. Sie wollten sehen, ob die frühen Netzwerke tatsächlich überleben würden.
Neue Experimente in Europa
Während öffentliche Netzwerke aufgebaut wurden, spielten Forscher. Davies beendete das Mark II-Netzwerk im Jahr 1973. Es begann 1970 bei der NPL. Es beeinflusste das Vereinigte Königreich und weite Teile Europas.
Louis Pouzin, ein französischer Informatiker, beendete CYCLADES im selben Jahr. Es wurden Datagramme verwendet. Es veränderte die Art und Weise, wie Menschen über Fehlerkorrektur dachten. Anstatt dass der Netzwerkkern Fehler behebt, haben es die Gastgeber getan. Dieser Wandel war wichtig. Es machte das Netzwerk intelligenter. Das European Informatics Network (EIN) ging 1976 online. International finanziert.
Das Chaos standardisieren
Fünf Nationen mussten sich auf etwas einigen. Kanada. Frankreich. Japan. Das Vereinigte Königreich und die USA benötigten eine Standard-Host-Netzwerk-Schnittstelle. Die Gespräche begannen 1975.
Das Ergebnis war die CCITT-Empfehlung X.25. Verabschiedet im März 1976. Es leitete die nächste Phase der Paketvermittlung ein. Vernetzte öffentliche Dienstleistungsnetze. X.75 folgte bald. Ein Standard zur Verbindung internationaler Netzwerke.
Die Geburt von TCP/IP
Robert Kahn wurde 1979 Direktor des IPTO der DARPA. Das US-Verteidigungsministerium verfügte über mehrere paketvermittelte Netzwerke. Keiner von ihnen redete miteinander.
Kahn hat das behoben. Er ließ das Verteidigungsministerium TCP/IP einführen. Ein Protokollstandard, den er sich zusammen mit Vincent Cerf ausgedacht hat. Cerf war ein bekannter Softwareentwickler. Kahn hatte 1974 eine Arbeit darüber geschrieben.
TCP/IP-Verbreitung. Es ging an Forschungslabore. Dann an die Öffentlichkeit. Es wurde zur Grundlage für das ultimative paketvermittelte Netzwerk. Das Internet.
Fühlt es sich an, als würde sich die Geschichte wiederholen? Wir haben die Rohre gebaut. Dann haben wir sie gefüllt. Die Technik war bereit. Die Infrastruktur war vorhanden. Wir haben einfach immer wieder Knoten hinzugefügt.
