Header und Nutzlast

Ein Paket hat zwei Teile – wie ein Päckchen mit einem Etikett.

• Die Nutzlast sind die eigentlichen Daten, die übertragen werden, zum Beispiel ein Ausschnitt aus einem Foto.
• Der Header ist das Etikett: Wer hat es gesendet, wohin geht es und an welcher Stelle der Reihenfolge steht es?

Router lesen den Header, um zu entscheiden, wohin das Paket als Nächstes gesendet werden soll. Sie müssen die Nutzlast überhaupt nicht ansehen. Ein Header enthält normalerweise Felder wie:

• Quelladresse: Woher das Paket kommt.
• Zieladresse: Wohin es geht.
• Sequenznummer: Um welches Stück der Nachricht es sich handelt (wird von TCP hinzugefügt, Welt 5).
• Time to live (TTL): Ein Zähler, der verhindert, dass verlorene Pakete für immer umherirren (Welt 2).
• Prüfsumme: Eine kleine Zahl, mit der Schäden erkannt werden können (nächste Lektion).

Schichten und Verpacken. Das Senden von Daten wird in Aufgaben aufgeteilt, und jede Aufgabe wird von einer Schicht erledigt. Das einfache TCP/IP-Modell hat vier Schichten, von oben nach unten:

• Anwendung: Die eigene Sprache des Programms, zum Beispiel HTTP für das Web oder DNS für Namen.
• Transport: Teilt die Daten auf und behält den Überblick über sie. Dafür werden TCP oder UDP verwendet. Portnummern geben an, für welches Programm die Daten bestimmt sind.
• Internet: Gibt dem Paket eine Adresse und leitet es durch Netzwerke weiter. Das ist IP, das Internetprotokoll.
• Verbindung: Überträgt das Paket über einen Abschnitt, über WLAN oder ein Ethernet-Kabel.

Wenn die Daten die Schichten nach unten durchlaufen, fügt jede Schicht ihren eigenen Header hinzu – wie wenn man einen Brief in eine Hülle steckt, dann die Hülle in einen Karton und anschließend den Karton in einen Postsack. Das nennt man Kapselung. Der Empfänger entfernt die Schichten in umgekehrter Reihenfolge. Deshalb enthält ein Paket gleichzeitig eine Portnummer, eine IP-Adresse und eine Hardwareadresse.

Die Adresse auf dem Paket: IP. Eine IPv4-Adresse ist 32 Bit lang. Sie wird als vier durch Punkte getrennte Zahlen von 0 bis 255 geschrieben, zum Beispiel 192.0.2.42. Jede Zahl wird in 8 Bit (einem Byte) gespeichert. 32 Bit ergeben 2³² = 4.294.967.296 mögliche Adressen, also etwa 4,3 Milliarden. In den 1980er-Jahren klang das nach mehr als genug. Für jedes Handy, jeden Laptop und jeden Sensor auf der Welt reicht es jedoch nicht.

Zwei Dinge kamen zu Hilfe:

• IPv6 verwendet 128 Bit. Damit sind etwa 3,4 × 10³⁸ Adressen möglich. Die Adressen werden in Hexadezimalzahlen mit Doppelpunkten geschrieben, zum Beispiel 2001:db8::42. Nullen können mit einem doppelten Doppelpunkt abgekürzt werden.
• Private Adressen und NAT. Einige Bereiche sind für die Verwendung innerhalb eines Zuhauses oder Unternehmens reserviert und werden niemals über das Internet gesendet: 10.0.0.0 bis 10.255.255.255, 172.16.0.0 bis 172.31.255.255 und 192.168.0.0 bis 192.168.255.255. Dein Router teilt eine öffentliche Adresse mithilfe eines Tricks namens NAT (Netzwerkadressübersetzung) unter all deinen Geräten auf. Deshalb können Millionen von Haushalten gleichzeitig 192.168.1.x verwenden.

Zwei Arten von Adressen. Ein Gerät hat außerdem eine MAC-Adresse: eine aus sechs Hexadezimalzahlen-Paaren bestehende Zahl wie 00:1A:2B:3C:4D:5E, die seine Netzwerk-Hardware identifiziert. Ein guter Merksatz für den Unterschied: Die IP-Adresse sagt, wo sich ein Gerät gerade im Netzwerk befindet, und die MAC-Adresse sagt, welches Hardwareteil es ist. IP transportiert ein Paket durch das Internet; die MAC-Adresse wird für den letzten Abschnitt in deinem lokalen Netzwerk verwendet. Ein Port ist wieder etwas anderes: eine Zahl von 0 bis 65.535, die angibt, für welches Programm auf dem Gerät die Daten bestimmt sind. Ports lernst du in Welt 5 kennen.

Zusammengefasst: Die Reise eines Pakets besteht aus einer Folge von Übertragungen. Bei jeder Übertragung verwendet die Verbindungsschicht eine Hardwareadresse für genau diese Übertragung, während die IP-Adresse vom Anfang bis zum Ende gleich bleibt.