Wie Pakete ihren Weg finden

Jeder Router senkt die TTL eines Pakets um eins. Erreicht sie 0, wird das Paket verworfen, sodass ein Paket in einer Schleife nicht ewig kreisen kann.

Probier den Simulator aus, bevor du weiterliest. Stell die TTL auf 2 und drücke Senden, dann stell sie auf 64 und sende noch einmal. Achte darauf, wo die Pakete beim ersten Mal stehen bleiben.

Was du eben gesehen hast: ein Countdown in jedem Paket

Mit TTL 2 starb jedes Paket am zweiten Router, auf den es traf, und eine rote Nachricht kam zurück. Mit 64 erreichten die Pakete den Server nach vier Routern mit 60 übrig. Der IPv4-Header hat ein 8-Bit-Feld namens Time to Live (TTL), sein größter Wert ist also 255. RFC 791 schreibt vor, dass jeder Router sie um mindestens eins senkt, und viele Computer starten mit 64. Erreicht sie 0, verwirft der Router das Paket und schickt eine ICMP-Nachricht „Time Exceeded“ (RFC 792) an den Absender zurück. Das war die rote Nachricht.

Wozu überhaupt ein Countdown? Ein Fehler in den Routingtabellen könnte ein Paket im Kreis schicken, und ohne Grenze würde es ewig Verbindungen belegen. Der Name sagt „Zeit“, und auf dem Papier misst RFC 791 sie in Sekunden. Da aber jeder Router mindestens eins abzieht, wirkt sie in der Praxis wie ein Zähler für Hops. IPv6 hat demselben Feld einen schlichteren Namen gegeben: Hop Limit.

Die Schaltfläche traceroute nutzt diese Regel, um eine Karte zu zeichnen. Sie sendet eine Probe mit TTL 1: Der erste Router verwirft sie und antwortet, wodurch seine Adresse sichtbar wird. TTL 2 zeigt den zweiten Router und so weiter, bis das Ziel antwortet. Drück sie und lies die Liste, die dabei entsteht. Trenne dann R1–R3 und sende noch einmal, um zu sehen, wie die Pakete einen anderen Weg nehmen.

Jeder Router schlägt eine Zeile in einer Tabelle nach

Kein Router kennt den ganzen Weg von deinem Laptop zu einem Server auf einem anderen Kontinent. Jeder trifft nur eine Entscheidung: Welcher Nachbar bekommt das Paket für diese Zieladresse als Nächstes? Das Paket wandert einen Hop weiter, und der nächste Router entscheidet neu. Ein Weg ist eine Kette solcher lokalen Entscheidungen.

Die Entscheidung kommt aus einer Weiterleitungstabelle, einer Liste von Präfixen mit dem jeweils zu nutzenden Nachbarn. Der Router wählt den Eintrag, der mit dem längsten Präfix zum Ziel passt, denn ein längeres Präfix ist eine genauere Übereinstimmung. Angenommen, die Tabelle schickt 203.0.0.0/16 an Nachbar B und 203.0.113.0/24 an Nachbar A. Ein Paket für 203.0.113.9 passt zu beiden, /24 gewinnt, und es geht an A. Ein Paket für 203.0.7.1 passt nur zu /16, also geht es an B. Die meisten Tabellen haben außerdem einen Standardeintrag für alles andere; in einem Heimrouter zeigt er zum Internetanbieter.

Wer die Tabellen schreibt

Innerhalb einer Firma teilen Router einander über Routingprotokolle mit, was sie erreichen können, und berechnen neue Wege, wenn eine Verbindung ausfällt. Zwischen den Zehntausenden getrennter Netze, aus denen das Internet besteht, trägt das Border Gateway Protocol (BGP, RFC 4271) Ankündigungen wie „Ich kann 198.51.100.0/24 erreichen“. Wird ein Kabel durchtrennt, werden die Wege darüber zurückgezogen, und der Verkehr verlagert sich auf den Weg, der übrig bleibt. Genau das ist im Simulator passiert, als du R1–R3 getrennt hast.

Die meisten verlorenen Pakete fallen aus einer vollen Warteschlange

Router lassen Pakete auch warten. In geschäftigen Momenten kommen Pakete schneller an, als eine ausgehende Verbindung sie weitertragen kann, deshalb hält jeder Router eine Warteschlange im Speicher. Ist die Warteschlange voll, wird das nächste ankommende Paket einfach verworfen. Niemand wird benachrichtigt; der Absender kann es erst später bemerken. So gehen im Internet am häufigsten Pakete verloren, häufiger als durch ein durchtrenntes Kabel. Auch ein schwaches WLAN-Signal kann einen Rahmen beschädigen, sodass er weggeworfen werden muss. IP selbst verspricht nichts. RFC 791 sagt, dass es keine zuverlässige Kommunikation bietet, ohne Bestätigungen und ohne erneutes Senden. Verlorene Daten zurückzuholen bleibt den Computern an beiden Enden überlassen, und darum geht es in der nächsten Einheit.

Ein Foto mit 3 000 000 Byte sind 2055 Pakete

Verbindungen begrenzen, wie groß ein einzelnes Paket sein darf. Bei Ethernet trägt ein Rahmen höchstens 1500 Byte Nutzdaten (RFC 894). Zieht man 20 Byte IPv4-Header und 20 Byte TCP-Header ab, passen etwa 1460 Byte deiner Daten in jedes Paket. Ein Foto mit 3 000 000 Byte braucht deshalb 3 000 000 ÷ 1460 ≈ 2054.8, aufgerundet 2055 Pakete, und jedes davon wird einzeln weitergeleitet.