Ein Kommunikationssystem besteht aus einem Sender, einem Empfänger, einem Übertragungsmedium (Kabel, Glasfaser, Funk) und Regeln für den Austausch. Diese Regeln heißen Protokoll. Es legt fest:

• die Syntax: Aufbau und Format der Nachrichten,
• die Semantik: was eine Nachricht bedeutet und wie der Empfänger darauf reagiert,
• den zeitlichen Ablauf: wer wann senden darf und wie lange man auf eine Antwort wartet.

Beim Abruf einer Webseite sendet der Browser die Anfrage, der Server empfängt sie. Bei der Antwort tauschen beide die Rollen.

Ein Netz löst viele Aufgaben, von Spannungen im Kabel bis zur Webseite. Das Schichtenmodell zerlegt sie in Schichten. Jede Schicht nutzt den Dienst der Schicht darunter und bietet der Schicht darüber einen Dienst an. Beim Senden kapselt jede Schicht die Daten der oberen ein: Sie setzt einen eigenen Kopf davor (Adressen, Nummern, Prüfwerte). Beim Empfangen packt sie ihn wieder aus. Weil nur die Schnittstellen feststehen, lässt sich eine Schicht austauschen, etwa WLAN statt Kabel.

Das TCP/IP-Modell hat vier Schichten, das OSI-Modell (ein Referenzmodell der Normungsorganisation ISO) sieben:

Drei Angaben führen zum Ziel:

• Die MAC-Adresse hat 48 Bit, geschrieben als sechs Hexadezimalpaare (ausgedachtes Beispiel: 3C:52:82:1A:9B:07). Sie gehört zur Netzkarte und gilt nur im lokalen Netz: Sie nennt das nächste Gerät auf dem Weg.
• Die IP-Adresse nennt das Gerät und ermöglicht die Wegewahl durch viele Netze. Sie nennt das Endziel.
• Der Port hat 16 Bit (Werte 0 bis 65535) und nennt das Programm auf dem Gerät. Üblich sind 80 für HTTP, 443 für HTTPS und 53 für DNS.

Das DNS übersetzt einen Namen wie www.example.org in die IP-Adresse. Erst danach kann der Browser senden.

Bei der Paketvermittlung zerlegt der Sender die Nachricht in Pakete. Jedes trägt Zieladresse und Nummer im Kopf und wird einzeln weitergereicht: Jeder Router nimmt es ganz an, liest den Kopf und gibt es weiter (Store and Forward). Pakete können verschiedene Wege nehmen und in anderer Reihenfolge ankommen. Der Empfänger ordnet sie nach den Nummern. Ein Zähler im Kopf, die TTL (Time to Live), sinkt bei jedem Router um 1. Bei 0 verwirft der Router das Paket, damit es nicht ewig kreist.

Eine Routing-Tabelle ordnet Zielnetzen den nächsten Router zu (Next Hop). Passen mehrere Einträge, gilt der mit der längsten Netzmaske, also der genaueste. Die Standardroute 0.0.0.0/0 passt auf jede Adresse und gilt nur, wenn nichts Genaueres passt.

Beim Client-Server-Modell gibt es zwei Rollen. Der Server bietet einen Dienst an und wartet auf Anfragen, der Client stellt Anfragen. Der Server lässt sich leicht verwalten und absichern, ist aber ein Engpass und ein Ausfallpunkt.

Beim Peer-to-Peer-Modell (P2P) sind alle Teilnehmer gleichberechtigt und zugleich Client und Server. Es gibt keinen zentralen Rechner, die Last verteilt sich, und mit jedem Teilnehmer wächst die Kapazität. Dafür sind Verwaltung und Zugriffskontrolle schwieriger, und die Verfügbarkeit hängt davon ab, wer online ist. Beispiele: Webserver und Browser (Client-Server), BitTorrent (P2P).

Die Topologie beschreibt, wie Geräte verbunden sind. Bei n Geräten hat ein vollständig vermaschtes Netz $\frac{n(n-1)}{2}$ Leitungen: Jedes Gerät hat n − 1 Leitungen, und jede Leitung wird dabei zweimal gezählt.

Das Internet ist teilvermascht. Netzkomponenten: Ein Hub gibt jedes Signal an alle Anschlüsse weiter. Ein Switch merkt sich, welche MAC-Adresse an welchem Anschluss hängt, und leitet gezielt weiter. Ein Router verbindet Netze anhand der IP-Adresse. Ein Access Point verbindet WLAN-Geräte mit dem Kabelnetz.

Ein Sequenzdiagramm (aus der UML) zeigt den zeitlichen Ablauf einer Kommunikation. Jeder Teilnehmer hat eine senkrechte Lebenslinie, die Zeit läuft von oben nach unten. Ein waagerechter Pfeil von einer Lebenslinie zur anderen ist eine Nachricht. Hier steht es als Tabelle: eine Zeile je Pfeil, in zeitlicher Reihenfolge.

Das World Wide Web ist ein Dienst im Internet: Dokumente, durch Verweise verbunden und über URLs erreichbar. Sie werden mit HTTP (Hypertext Transfer Protocol) übertragen, einem Anfrage-Antwort-Protokoll der Anwendungsschicht, klassisch über TCP. Der Client sendet eine Anfrage mit Methode, Pfad und Kopfzeilen, der Server antwortet mit einem Statuscode und meist dem Inhalt:

Zeile 1 und 2 sind eine Anfrage, Zeile 3 ist die erste Zeile einer Antwort. GET fordert Daten an, POST sendet Daten (etwa aus einem Formular). Statuscodes: 200 (in Ordnung), 404 (nicht gefunden), 500 (Fehler im Server). HTTP selbst ist zustandslos: Jede Anfrage steht für sich. Anmeldungen laufen deshalb über zusätzliche Mittel wie Cookies.