Mobile Daten

Hintergrund: So funktioniert das Surfen per Mobilfunk

Lesen Sie, wie Datenübertragung im Mobilfunk funktioniert und wie Sie per LTE oder 5G surfen.

Hintergrund: So funktioniert das Surfen per Mobilfunk
Foto: Picture Alliance / dpa Das Surfen mit dem Handy ist für Smartphone-Nutzer heute eine Selbstverständlichkeit, und viele nutzen entsprechend die Mobilfunknetze, um mit ihrem Smartphone oder Tablet mobil ins Internet zu gehen. Wir erklären Ihnen, anhand des Netzes von o2, was dabei im Mobilfunknetz selbst passiert. Andere Mobilfunknetze können abweichend aufgebaut sein. Zum leichteren Verständnis hilft unser Hintergrundartikel zur Mobilfunk-Netzarchitektur, der den Aufbau eines Mobilfunknetzes erklärt.

Einwahl erfolgt nicht beim nächstgelegenen Einwahlpunkt

Hintergrund: So funktioniert das Surfen per Mobilfunk
Foto: Picture Alliance / dpa Mit dem Start der Verbindung im Handy nimmt das Endgerät die Kommunikation mit dem eigentlichen Core-Netzwerk auf. Dazu meldet sich der Nutzer über den Zugangspunkt im Packet-Core-Network. Dazu benötigt er dessen Namen, den APN (Access Point Name). Ist im o2-Netz kein Name oder ein falscher Name eingetragen und der Teilnehmer im deutschen o2-Netz eingebucht, sucht sich das Netz einen passenden APN heraus. Beim Aufenthalt in einem ausländischen Netz muss aber der richtige APN eingetragen sein. Es empfiehlt sich für Laufzeitverträge den APN "internet" (alles klein, ohne Punkt) manuell oder über die automatische Konfiguration selbst einzurichten.

Das erste Netzwerk-Element, mit dem die Aushandlung des Verbindungsaufbaus aufgenommen wird, ist der SGSN (Serving GPRS Support Node). Beim SGSN handelt es sich um das Äquivalent des MSC aus der Telefonie für Paketdienste.

Der SGSN fragt beim Home Location Register (HLR) an, ob der Kunde berechtigt ist, den Daten-Service zu nutzen, und überprüft dabei, ob die Anfrage vom Nutzer den für ihn richtigen APN enthält. Im Fall von o2 gibt es mehrere APNs. So verwenden beispielsweise Prepaid-Kunden und Postpaid-Kunden unterschiedliche APNs. Stellt der Nutzer innerhalb des eigenen Netzes eine Anfrage mit einem falschen APN, so wird dieser durch den SGSN, basierend auf der Antwort vom HLR, auf den richtigen APN korrigiert (siehe oben). Hat der Nutzer die Berechtigung den mobilen Datendienst zu nutzen und der korrekte APN ist nun in der Nutzeranfrage vorhanden, so baut der SGSN eine Verbindung zum GGSN (Gateway GPRS Support Node) auf.

Firewall schützt das Mobilfunknetz und die Anwender

Technik:

Der GGSN stellt die eigentliche Schnittstelle zwischen dem Vermittlungsnetz des Mobilfunknetzes und dem externen PDNs (Packet Data Network) dar. Das externe PDN ist im Normalfall das Internet. Eine wesentliche Aufgabe des GGSN ist auch die IP-Adressen-Vergabe. Der GGSN weist dem Nutzer-Endgerät eine private IP-Adresse zu. Bevor der Nutzer nun tatsächlich Daten aus dem Internet abfragen und empfangen kann, muss nun seine private IP-Adresse in eine öffentliche (public) IP-Adresse übersetzt werden. Dieser Vorgang wird auch Network Address Translation (NAT) genannt und wird auf einer Firewall durchgeführt. Diese Firewall befindet sich zwischen dem GGSN und dem eigentlichen IP-Backbone. Mit der flächendeckenden Einführung von IPv6 in den Mobilfunknetzen könnte NAT überflüssig werden.

So geht's:

Die Firewall schützt sowohl das Netzwerk vor Angriffen von außen, aber auch der eigentliche Nutzer wird somit bis zu einem gewissen Maße durch Angriffe aus dem Internet geschützt. Nachdem der privaten Nutzer-IP-Adresse eine öffentliche IP-Adresse zugewiesen wurde, ist der Verbindungsaufbau zwischen dem Nutzer-Endgerät und dem "Internet" abgeschlossen und der Nutzer kann nun die Internet-Dienste auf seinen Smartphone oder seinem Laptop nutzen.

Der eigentliche Nutzer-Verkehr wird nun innerhalb des eigenen IP-Backbones zu den sogenannten Peering-Points weitergeleitet. An den Peering-Points wird der Verkehr an die verschiedenen Internet-Service-Provider übergeben, wie dies auch beispielsweise bei DSL geschieht.

Im obigen Abschnitt wurde der generische Ablauf des Verbindungsaufbaus einer Datensitzung beschrieben. Damit eine hohe Ausfallsicherheit gewährleistet werden kann, sind das Core-Netzwerk-Element und ihre dazugehörigen Anbindungen redundant ausgelegt. Bei besonders kritischen Netzwerkelementen sind die Plattformen auch geographisch redundant ausgelegt. So kann es sein, dass ein Nutzer in Berlin über Hardware online geht, die in München aufgebaut wurde. Eine Einwahl einige Minuten oder Stunden später kann er dann aber bei einem neuen Verbindungsaufbau Hardware nutzen, die in Frankfurt steht - oder aber vielleicht in seiner Heimatstadt Berlin.