Paketvermittelnde Netzwerke

Das Grundprinzip der Paketvermittlung

In einem paketvermittelten Netzwerk werden Daten in kleine, eigenständige Einheiten – sogenannte Pakete – aufgeteilt. Jedes Paket enthält neben den eigentlichen Nutzdaten auch wichtige Steuerinformationen wie Absender- und Empfänger:innenadressen. Die Idee ähnelt dem Versenden eines Pakets mit der Post: Du verpackst ein Geschenk, schreibst die Zieladresse darauf und übergibst es an den Zustelldienst. Genauso werden im Netzwerk Datenpakete unabhängig voneinander verschickt, eventuell über unterschiedliche Wege geroutet und am Zielort wieder zusammengesetzt.

Zentrale Komponenten und Begriffe

Ein paketvermitteltes Netzwerk besteht aus unterschiedlichen Knoten, etwa Computern, Smartphones oder Servern. Jeder Knoten besitzt eine eindeutige Adresse, damit Pakete korrekt zugestellt werden können. Die Datenübertragung startet bei einem Knoten (Sender:in) und endet bei einem anderen Knoten (Empfänger:in). Router sind zentrale Elemente: Sie analysieren die Zieladresse jedes Pakets und entscheiden anhand ihrer Routing-Tabellen, über welchen Pfad es weitergeleitet wird.

Ein Video streamen!

Beim Streaming eines Videos entstehen unzählige Pakete, in denen jeweils ein Teil des Videomaterials steckt. Diese Pakete reisen unabhängig voneinander durch das Netzwerk und werden auf deinem Gerät wieder zusammengesetzt, um das Video abzuspielen. Die Flexibilität der Paketvermittlung stellt sicher, dass Pakete alternative Routen nehmen können, wenn ein Weg überlastet ist, um den Stream aufrechtzuerhalten.

Leitungsvermittlung: Feste Verbindung

In einem leitungsvermittelten Netzwerk – wie es klassischerweise im Telefonnetz genutzt wird – wird während eines Gesprächs eine feste Verbindung zwischen Sender:in und Empfänger:in geschaltet. Die Datenrate bleibt stabil, weil niemand sonst diese Leitung nutzen kann. Allerdings wird die Leitung durchgängig blockiert, selbst wenn eine Seite gerade nicht spricht. Das führt zu einer weniger effizienten Nutzung der verfügbaren Ressourcen.

Paketvermittlung: Dynamische Routenwahl

Bei der Paketvermittlung werden Daten in viele kleine Pakete aufgesplittet und unabhängig voneinander durch das Netzwerk geschickt. Mehrere Teilnehmende teilen sich dabei dieselbe Infrastruktur, da Pakete unterschiedlicher Verbindungen dieselben Leitungen nutzen. Störungen lassen sich leicht umgehen, weil die Pakete flexibel umgeleitet werden können, falls ein Weg überlastet ist.

Effizienz und Flexibilität

Paketvermittelte Netzwerke nutzen die vorhandene Bandbreite besonders effizient, da sich mehrere Datenströme dieselben Leitungen teilen. So kann eine Videokonferenz parallel zu anderen Anwendungen laufen, die ebenfalls Datenpakete versenden, ohne dass dafür eigens eine feste Leitung reserviert werden muss. Ein weiterer Vorteil ist zudem die Fähigkeit, Pakete auf alternative Strecken umzuleiten, falls eine Verbindung überlastet ist oder ausfällt.

Herausforderungen und Einschränkungen

Die dynamische Natur der Paketvermittlung bringt auch Herausforderungen mit sich. Pakete können mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ankommen oder im schlimmsten Fall verlorengehen, was eine erneute Übertragung erforderlich macht. Bei zeitkritischen Anwendungen wie einer Videokonferenz kann es dadurch zu Latenzschwankungen oder Verzögerungen bei Bild und Ton kommen. Außerdem enthält jedes Paket zusätzliche Steuerinformationen (Overhead), was die effektive Datenrate reduziert.