Internet-Grundlagen für Programmierer

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1 Jürgen Bayer Internet-Grundlagen für Programmierer Grundlagen des Internet aus der Sicht des Programmierers

2 Inhaltsverzeichnis 1 Der Aufbau des Internet Backbones Adressierung Router Intranet und Extranet 4 2 RFCs 5 3 Die IP-Adresse Die Klasseneinteilung der IP-Adressen Subnetze und Subnetzmasken Vergabe von IP-Adressen 7 4 IP-Namensauflösung Der Name-Service in lokalen Netzen Der Domain Name Service (DNS) 9 5 IP-Ports 10 6 URIs, URLs und URNs 11 7 Internet-Medientypen und MIME 12 8 Die (für Programmierer) wichtigsten Internetdienste Das World Wide Web FTP Mail 15 9 Einfache Internetprotokolle Das IP-Protokoll Das UDP-Protokoll Das TCP-Protokoll 18

3 10 Socket-Dienste Die wichtigsten höheren Protokolle Tools zum Testen der Kommunikation Ein Paket-Sniffer zum Auslesen der IP-Kommunikation Telnet Ein simpler IP-Client für TCP und UDP Das HTTP-Protokoll Grundsätzlicher Aufbau einer HTTP-Nachricht Die Anforderung Die Antwort Das FTP-Protokoll Statuscodes Datenverbindung Das SMTP-Protokoll Empfänger, CC, BCC, Datum und Betreffzeile Statuscodes des Servers Index 38

4 Eine wichtige Voraussetzung für die Internetprogrammierung ist, dass Sie den Aufbau des Internet verstehen. Wahrscheinlich ist das bei Ihnen bereits der Fall, für den anderen Fall finden Sie in diesem Abschnitt die notwendigen Informationen. Das Internet ist ein Zusammenschluss unzähliger lokaler Netzwerke. Diese Netzwerke werden von Privatunternehmen wie T-Online und AOL, von Universitäten und von staatlichen Organen wie z. B. der NASA betrieben. Über leistungsfähige Datenleitungen und Satellitenverbindungen werden lokale Netzwerke oft zu regionalen Netzen zusammengeschlossen. Diese Netze sind meist über Großrechenzentren mit so genannten Backbones (Rückraten) verbunden. Zahlreiche staatliche Unternehmen wie beispielsweise die NASA und private Firmen wie IBM, die als Backbone-Provider bezeichnet werden, betreiben eigene leistungsfähige Netzwerke mit Datenleitungen, Satellitenverbindungen und anderen Kommunikationstechnologien, die jedes für sich größere Städte, oft in der ganzen Welt, miteinander verbinden. Ein solches Netz mit leistungsfähigen Datenleitungen wird als Backbone 1 (Rückgrat) bezeichnet. Der Worldcom-Backbone verbindet beispielsweise fast alle größeren Städte der USA und Europas mit Datenleitungen, die eine Leistung bis zu 10 Gbps 2 besitzen. Abbildung 1.1 zeigt diesen Backbone. 1 Als Backbone wird machmal auch nur eine einzige leistungsfähige Datenverbindung bezeichnet. Im Internet ist ein Backbone aber die Summe aller Datenverbindungen eines Backbone-Providers oder, auf einer höheren Ebene, auch die Summe aller leistungsfähigen Datenleitungen in einer Region. 2 Gigabyte pro Sekunde Der Aufbau des Internet 1

5 Abbildung 1.1: Der Backbone von Worldcom in Europa (Quelle: Informationen zu den Backbones in Europa finden Sie auf der Seite Die Backbone-Provider nutzen übrigens meist die bereits vorhandenen Datenverbindungen von Telekommunikationsunternehmen wie der Telekom, die dazu einfach angemietet werden. Spezielle neutrale Austauschpunkte, die als Knoten (Node), CIX (Commercial Internet Exchange 3 ) oder auch als DSE (Telecommunication Data Switching Exchange) bezeichnet werden, sichern den Übergang zwischen den Backbones verschiedener Betreiber. Diese Austauschpunkte stellen sicher, dass die Kommunikation zwischen verschiedenen Regionen, die an Backbones unterschiedlicher Betreiber angeschlossen sind, nicht über unnötig weite Wege ausgeführt wird. Viele Gesellschaften wie z. B. Internet-Service-Provider (ISP) sind direkt an einen Backbone angeschlossen um ihren Kunden eine möglichst hohe Performance bieten zu können. Privatkunden oder Firmen, die nicht direkt an einen Backbone angeschlossen sind, werden über Telefon- Wählleitungen, DSL oder andere Medien wie z. B. Stromnetze mit einem Rechner des Internetproviders verbunden. Diese als PoP (Point of Precence 4 ) bezeichneten Rechner sind Teil eines lokalen Netzwerkes des Rechenzentrums des Providers. Über einen oder mehrere Backbone-Router ist dieses Netzwerk an den Backbone angeschlossen. Es kann natürlich auch sein, dass kleinere Provider 3 Kommerzieller Internetaustauschpunkt 4 Einwahlknoten Der Aufbau des Internet 2

6 nicht direkt an einen Backbone angeschlossen, sondern über Standleitungen mit dem Netzwerk eines größeren Providers verbunden sind. Um die einzelnen an das Internet angeschlossenen Rechner adressieren zu können, besitzt jeder Rechner eine weltweit eindeutige IP-Adresse. IP-Adressen sind zwar eigentlich ganz normale 32-Bit- Zahlen, werden aber zur besseren Übersicht normalerweise so dargestellt, dass die vier Bytewerte der Zahl erkennbar sind. Eine typische IP-Adresse ist z. B Wie Sie es in Kapitel 3 noch genauer erfahren, adressiert ein Teil der IP-Adresse das lokale Netzwerk, an das der Rechner direkt angeschlossen ist. Der zweite Teil adressiert den einzelnen Rechner im Netzwerk. Bei der Beispieladresse stehen die linken drei Byte für das Netzwerk, das rechte Byte adressiert den Rechner im Netz. Router sind Rechner, die ein lokales Netz mit einem anderen Netz oder einem Backbone verbinden. Ein Router kennt alle Rechner, die in seinem Netz angeschlossen sind, und ist in der Lage, hereinkommende Daten an den richtigen Rechner zu senden. Router kennen zusätzlich noch den Weg zu anderen Netzen oder können diesen ermitteln. Sie verbinden damit lokale Netzwerke mit der Außenwelt. Zudem arbeiten Router an allen Netzknoten im Internet. Jeder Router verwaltet eine Routing-Tabelle, in der die Router aller Netzwerke eingetragen sind, die direkt mit dem eigenen Netzwerk verbunden sind. Erhält ein Router Daten, extrahiert er den Netzwerkteil der Ziel-IP-Adresse (die jedem Datenpaket beigefügt ist). Erkennt er, dass die Daten für sein eigenes Netz bestimmt sind, extrahiert er die Rechneradresse aus der IP-Adresse und sendet die Daten direkt zum entsprechenden Rechner. Im anderen Fall schaut er in seiner Routing-Tabelle nach der Netzwerk-Zieladresse und ermittelt den Router, der für diese Adresse zuständig ist. Für den Fall, dass die Netzwerk-Zieladresse unbekannt ist, ist in der Routing-Tabelle ein Default-Router eingetragen, in dessen Routing-Tabelle wieder andere Router eingetragen sind. Dieser Router übernimmt den Weitertransport der Daten nach demselben Schema. Über ein spezielles Protokoll tauschen benachbarte Router Routing-Informationen untereinander aus. Dabei werden komplexe Optimierungsverfahren eingesetzt, so dass jeder Router versucht, den optimalen Weg zum Zielnetz zu finden. So werden die Daten im Internet von Router zu Router versendet, bis sie schließlich am Zielrechner angekommen sind. Ein anderer in diesem Zusammenhang häufig verwendeter Begriff ist Gateway. Ein Gateway ist eigentlich ein Rechner, der zwei verschiedene Netzwerke, beispielsweise ein Microsoft- und ein Apple-Netz, miteinander verbindet. Ein Gateway ist kein Router, aber ein Router kann auch ein Gateway sein. In der heutigen Zeit werden die Begriffe Router und Gateway häufig vermischt, besonders deswegen, weil Microsoft in der TCP/IP- Konfiguration den Standardrouter als Standardgateway bezeichnet. Abbildung 1.2 zeigt eine schematische Darstellung des Routing im Internet. Der Aufbau des Internet 3

7 Abbildung 1.2: Schematische Darstellung des Routing im Internet Ein Intranet ist ein Internet im Kleinen. Schon wenn Sie nur zwei Rechner über Netzwerkkarten miteinander verbinden und das TCP/IP-Protokoll installieren, besitzen Sie bereits ein Intranet. Normalerweise läuft in einem Intranet aber mindestens ein Web- und/oder FTP-Server. Die von diesem Server verwalteten Dateien können genau wie im Internet von jedem angeschlossenen Rechner aus abgerufen werden. Ist das Intranet (über einzelne Rechner oder Router) mit dem Internet verbunden, verhindern meist so genannte Firewalls, dass Personen von außen Zugriff auf das Intranet erhalten. Die meisten Firmen arbeiten heutzutage mit Intranets. Die Internet-Standards erleichtern den Informationsfluss innerhalb der Firma. Auf dem Webserver sind häufig alle wichtigen Firmeninformationen gespeichert. Jeder Mitarbeiter kann diese Informationen über einen einfachen Webbrowser abrufen. Viele Firmen bauen zudem Wissensdatenbanken auf, in die Mitarbeiter besondere Erfahrungen eintragen können. Flexible Suchmechanismen wie z. B. die des Microsoft Index Servers, helfen dabei, das firmeninterne Wissen zu verbreiten. Ein weiteres Einsatzgebiet für Intranets ist das, wegen dem Sie dieses Buch lesen. Moderne Firmen verlagern immer mehr firmeninterne Softwarelösungen ins Intranet. Die Vorteile gegenüber klassischen Lösungen habe ich ja bereits in Kapitel 1 genannt. Das Intranet ist damit ein weites Betätigungsfeld für Programmierer. Der Aufbau des Internet 4

8 Ein Extranet verbindet die Intranets einzelner Firmen oder Filialen miteinander, schließt aber das Internet dabei aus. So können die Vorteile des Intranets über verschiedene Firmen bzw. Firmenstandorte genutzt werden, wobei die Gefahren des Internet (Spionage, Zerstörung von Daten durch Hacker etc.) ausgeschlossen werden. Firmen, die keine direkte Datenverbindung besitzen, nutzen dazu meist spezielle Extranet-Dienste von Internetprovidern. Alles, was irgendwie mit dem Internet zusammenhängt, wird in technischen Dokumenten beschrieben, die als»rfc«(request For Comment 5 ) bezeichnet werden. Neben Diskussionen über neue Forschungsprojekte, Berichten über den Zustand des Internet und anderem werden dort auch die Internet-Protokolle sehr ausführlich dokumentiert. RFC-Dokumente werden einfach nummeriert. RFC 791 beschreibt z. B. das IP-Protokoll. Beim Verleger der RFCs, dem RFC-Editor, finden Sie eine Möglichkeit, die einzelnen RFCs einzusehen. Gehen Sie dazu zur Seite Klicken Sie auf den SEARCH-Link und geben Sie auf der Suchseite einen Suchbegriff wie z. B. die RFC-Nummer ein. Da die Webseite des RFC-Editors oft recht langsam ist und die Seiten einiger Dokumente manchmal erst gar nicht angezeigt werden, finden Sie eine gute und schnelle Alternative bei der Internet Engineering Task Force (IETF): Im weiteren Verlauf nehme ich immer wieder Bezug auf RFC-Dokumente. Beachten Sie, dass RFCs kontinuierlich weiterentwickelt werden. Finden Sie bei der Suche auf der RFC-Editor-Seite im rechten Bereich des Suchergebnisses einen Eintrag»Obsoleted by«, ist das betreffende RFC-Dokument mittlerweile durch ein neues ersetzt worden. Im RFC 2800 (zum Zeitpunkt der Drucklegung dieses Buchs aktuell) finden Sie eine Übersicht über die RFCs, die die Internetprotokolle betreffen. 5 Aufforderung, Kommentare zur beschriebenen Technologie einzusenden RFCs 5

9 Jeder Rechner, der an das Internet oder an ein Intranet angeschlossen ist, besitzt eine eindeutige IP- Adresse. Eigentlich handelt es sich dabei um eine einfache 32-Bit-Zahl. IP-Adressen werden aber an sich immer so dargestellt, dass die einzelnen Bytes dieser Zahl durch Punkte getrennt angegeben werden. Abweichend von der normalen Zahl-Darstellung wird das erste Byte aber links angegeben (das erste Byte ist normalerweise das kleinere und müsste folglich rechts angegeben werden). Eine typische IP-Adresse wird z. B. so dargestellt: Dieses Beispiel steht für die Zahl Wenn Sie einmal eine als Zahl dargestellte IP-Adresse umrechnen wollen (oder müssen), konvertieren Sie die Zahl in einen Hexadezimalwert (für das Beispiel: 10C ), drehen die einzelnen Bytes um ( C ) und rechnen diese in Dezimalwerte zurück. Ein Teil der Adresse adressiert das lokale Netzwerk, an das der Rechner angeschlossen ist. Der andere Teil adressiert den Rechner. Im Beispiel steht für das Netzwerk und 12.1 für den Rechner.!"" IP-Adressen werden in verschiedene Klassen eingeteilt. Abhängig von der Klasse der Adresse werden unterschiedliche Teile als Netzwerk- bzw. Rechneradresse gewertet. Welcher Klasse einer IP-Adresse angehört, wird an den ersten Bits erkannt: Ist das linke Bit einer IP-Adresse 0, handelt es sich um eine Klasse-A-Adresse. Da es sich bei diesem Bit eigentlich um Bit 8 des linken Byte handelt, kann man auch sagen, dass ein Wert kleiner als 128 im linken Byte eine solche Adresse bezeichnet. Bei einer Klasse-A-Adresse steht das linke Bit für die Klasse, die nächsten sieben Bit identifizieren das Netzwerk. Die restlichen drei Bytes bezeichnen einen Rechner im lokalen Netz. Damit existieren maximal 127 Klasse-A- Adressen, die jedoch jede für sich Millionen von angeschlossenen Rechnern adressieren können. Wenn das linke Bit einer IP-Adresse gesetzt ist und das folgende nicht, handelt es sich um eine Klasse-B-Adresse. Alternativ kann man sagen, dass ein Wert von 128 bis 191 im linken Byte eine solche Adresse kennzeichnet. Bei einer Klasse-B-Adresse stehen die linken zwei Bit für die Klasse, die nächsten 14 Bit bezeichnen das Netzwerk, die restlichen 16 Bit den Rechner. Damit sind Netze der Klasse B möglich, die jedes für sich Rechner enthalten können. Wenn die linken drei Bit einer Adresse 110 sind (bzw. wenn im linken Byte ein Wert von 192 bis 223 gespeichert ist), handelt es sich um eine Klasse-C-Adresse. Bei einer solchen Adresse bestimmen die linken drei Bit die Klasse, die folgenden 21 Bit das Netzwerk und die restlichen acht Bit den Rechner. Damit sind Klasse-C-Netze möglich, die jedes für sich maximal 255 Rechner enthalten können. Adressen, die mit 111 beginnen (bzw. im linken Byte einen Wert größer als 223 speichern), sind für besondere Zwecke reserviert und gehören zu keinem speziellen Netzwerk. Momentan werden in diesem Bereich so genannte Multicast-Adressen verwaltet. Über diese Adressen können Gruppen von Computern adressiert werden, die ein gemeinsames Protokoll benutzen. Ein besonderer Klasse-C-Adressbereich ist x. Diese Adressen sind für private Zwecke reserviert und werden im Internet nicht verwendet. Wenn Sie ein einfaches privates Intranet aufbauen, können Sie den Bereich dieser Adresse sehr gut nutzen, um Ihren Rechnern festen Adressen zuzuteilen und dabei nicht mit Adressen im Internet in Konflikt zu geraten, wenn die Rechner mit dem Internet verbunden sind. Die Adresse bezeichnet immer das lokale System. Für diese Adresse existiert immer auch der Alias localhost. Die IP-Adresse 6

10 # $# $% Ein Subnetz ist ein Teil eines Netzes, der nur über einen Router oder ähnliche Rechner Verbindung mit den Rechnern anderer Subnetze besitzt und der über einen eigenen Bereich von IP-Adressen adressiert wird. Subnetze werden häufig eingesetzt, um die Administration eines großen Netzes zu verteilen oder um Teile eines Gesamtnetzes (aus Sicherheitsgründen) von anderen abzuschotten. Um diese Subnetze zu adressieren, kann der Administrator Teile der Bits verwenden, die in einer IP- Adresse zur Rechneridentifikation gedacht sind. Dazu werden so genannte Subnetzmasken verwendet. Klasse-B-Netzwerke arbeiten beispielsweise normalerweise mit der Subnetzmaske Eine Subnetzmaske wird so interpretiert, dass jedes gesetzte Bit in der Maske die Netzwerkadresse identifiziert. Im Beispiel stehen also die Bits der zwei linken Bytes für die Netzwerkadresse (was bei einer Klasse-B-Adresse ja normal ist). Der Router, der das Netzwerk mit der Außenwelt verbindet, arbeitet mit genau dieser Subnetzmaske. Enthält das Netzwerk Subnetze, arbeiten die internen Router häufig mit der Subnetzmaske Das bedeutet nun, dass das dritte Byte zur Adressierung des Subnetzes verwendet wird (die ersten beiden stehen ja für das Hauptnetz). Das rechte Byte adressiert dann innerhalb des Subnetzes die angeschlossenen Rechner. In einem solchen Netz können also maximal 255 Subnetze existieren, die jedes für sich maximal 255 Rechner enthalten können. Subnetzmasken müssen nicht wie im Beispiel ein komplettes Byte einbeziehen. Wenn weniger Subnetze vorhanden sind, die mehr Rechner adressieren sollen, kann der Administrator auch weniger Bits des Rechnerteils der IP-Adresse für die Adressierung der Subnetze verwenden. Bei einer Klasse- C-Adresse erlaubt die Subnetzmaske beispielsweise vier Subnetze mit jeweils 64 angeschlossenen Rechnern. Nur damit Sie diese Rechnung verstehen: 192 entspricht binär Die linken zwei Bit werden also für die Adressierung des Subnetzes verwendet, und daraus ergeben sich eben genau vier Möglichkeiten. Die restlichen sechs Bit gehören zur Rechneradresse, und das ergibt 64 Möglichkeiten. & ' In einem Intranet ohne direkten Zugang zum Internet können Sie IP-Adressen ohne weiteres frei vergeben. Sie müssen lediglich darauf achten, dass der Typ der Adresse (Klasse A, B oder C) und die Subnetzmaske gleich ist. Ist einer der Rechner indirekt (z. B. über eine ISDN-Karte oder ein DSL- Modem) an das Internet angeschlossen, sollten Sie den Adressbereich für private Adressen ( bis ) verwenden, um keine Konflikte mit vorhandenen IP-Adressen zu verursachen. Für Rechner, die direkt am Internet angeschlossen sind, müssen Sie eine IP-Adresse beziehen. Privatpersonen oder kleinere Firmen erhalten diese über den Internet-Service-Provider. Größere Firmen und Internet-Service-Provider beziehen ganze Adressbereiche von einem der drei Internet- Registrations-Unternehmen. Für Europa ist das die Firma RIPE NCC ( Für den amerikanischen Raum ist das Unternehmen ARIN zuständig, für den asiatischen Raum die Firma APNIC. IP-Adressen müssen eben weltweit eindeutig sein. Rechner, die über einen Router oder Provider an das Internet angeschlossen sind, werden auch häufig dynamisch über einen DHCP-Server mit einer IP-Adresse versorgt. Das ist beispielsweise der Fall, wenn Sie Ihren Rechner mit dem PoP des Providers über das DFÜ-Netzwerk von Windows verbinden. Ein DHCP-Server beim Provider ermittelt eine freie IP-Adresse in dem (Sub-)Netzbereich des Providers und übermittelt diese an Ihren Rechner. Dieser ist dann unter zwei IP-Adressen erreichbar: Im lokalen Netz unter seiner privaten und über das Internet über die zugeteilte Adresse. Die IP- Adressen Ihres Rechners können Sie übrigens über das Programm ipconfig abfragen. Die IP-Adresse 7

11 (%") Zur Kommunikation in einem IP-Netz werden ausschließlich die IP-Adressen der angeschlossenen Rechner verwendet. Wie Sie ja sicher schon wissen, können Sie zur Adressierung eines Rechners aber auch den Rechnernamen eingeben. In der einfachsten Form ist dies in einem Intranet der bloße Name des Rechners. In komplexen Intranets und im Internet werden zudem Domänen 6 verwendet, die die Identifikation der Rechner vereinfachen. Bei dem Namen» für die Top-Level-Domäne de (Deutschland),»addison-wesley«bezeichnet die untergeordnete Domäne von Addison-Wesley und»www«ist der Name des Rechners, der in dieser Domäne verwaltet wird. Domänennamen werden von NICs (Network Information Centers) vergeben und verwaltet. Für Deutschland ist das DE-NIC zuständig ( Wenn Sie nun einen solchen Rechnernamen in einem Programm verwenden, das eine IP- Kommunikation aufbaut, muss der Name in die passende IP-Adresse umgewandelt werden. Dazu stehen zwei Verfahren zur Verfügung. Bei der einfachen und älteren Variante verwaltet eine spezielle Tabelle im Rechner die Namen der benachbarten Rechner mit deren IP-Adresse. Dies ist häufig auf Unix-Systemen üblich. Windows-Rechner fragen in einem einfachen Internet die IP-Adressen allerdings ganz einfach über das normale Windows-Netzwerk ab. Das neuere Verfahren nutzt eine verteilte Datenbank, den so genannten Domain Name Service (DNS). (% #'""($ Für die Adressierung einzelner Rechner in lokalen Netzen können Sie meist problemlos deren Namen an Stelle der IP-Adresse verwenden. Eine Webserver im Intranet sprechen Sie im Webbrowser z. B. einfach mit» (wobei»zaphod«der Rechnername ist). Für den lokalen Webserver können Sie auch den Alias localhost verwenden:» Das System setzt den angegebenen Namen automatisch in die IP-Adresse des angesprochenen Rechners um. Wird der lokale Rechner angesprochen, setzt das System den Rechnernamen (bzw. localhost) immer in die Adresse um. Werden entfernte Rechner angesprochen, fordert das System in einfachen Windows-Netzen die IP- Adresse über das Windows-Netzwerk direkt vom anderen Rechner an. Auf kleineren Unix-Systemen wird zur Ermittlung der IP-Adresse allerdings häufig eine Rechnertabelle verwendet, die in Form einer einfachen Textdatei meist im Ordner etc/hosts gespeichert ist. Diese Tabelle enthält die einzelnen Rechnernamen und die dazugehörigen IP-Adressen. Größere Netze nutzen dagegen meist einen Nameserver, der die Rechnernamen der angeschlossenen Netze mit den IP-Adressen verbindet. Auf Windows-Systemen ist dies der WINS (Microsoft Windows Name Service), der auf den Server-Versionen von NT, 2000 und XP läuft. Nameserver sind in der Lage, sich mit benachbarten Nameservern auszutauschen, so dass ein Nameserver auch die IP- Adressen der Rechner benachbarter (Sub-)Netzwerke kennt. Außerdem ist die Administration gegenüber einer Rechnertabelle (die normalerweise manuell gepflegt wird) erheblich vereinfacht. 6 Der Begriff»Domäne«(englisch»Domain«=»Gebiet«) bezeichnet im Allgemeinen einen Wissens- oder einen Steuerungsbereich. Im Internet ist mit einer Domäne ein Bereich von IP-Adressen gemeint, die geographisch oder thematisch zusammengehören. Auf Windows-Systemen ist eine Domäne zudem eine Gruppierung von Computern und Betriebsmitteln, die zu einer Gruppe Benutzer gehören. IP-Namensauflösung 8

12 %(%#'*(#+ Genau wie im Intranet sind IP-Adressen auch im Internet sehr unhandlich. Deshalb werden im Internet (und in größeren Intranets) Namen verwendet, die in Domänen eingeteilt sind. Der Name besteht beispielsweise aus der Toplevel-Domäne de, der die Subdomäne addison-wesley untergeordnet ist, und dem in dieser Domäne verwalteten Rechner www. Toplevel-Domänen bezeichnen einzelne Länder (wie de für Deutschland oder at für Österreich) oder Geschäftsbereiche (wie com für kommerzielle Unternehmen, edu für Ausbildungsunternehmen und net für Netzwerkdienste). Mittlerweile sind die Toplevel-Domänen aber etwas durcheinander geraten, da prinzipiell jeder eine Internetadresse in einer nahezu beliebigen Toplevel-Domäne beantragen kann. Subdomänen bezeichnen das Zielnetzwerk, an das der adressierte Rechner angeschlossen ist. Für größere Netzwerke können innerhalb einer Subdomäne noch weitere Subdomänen verwaltet werden. Der Webserver im Netzwerk des»marshal Space Flight Center«der Nasa wird z. B. mit adressiert. msfc steht hier für eine untergeordnete Subdomäne, die ein Teil der NASA-Subdomäne ist. Innerhalb der untergeordneten Domäne kann eine Firma oder eine Privatperson nahezu beliebig viele Rechner verwalten. Die meisten Rechner für das World Wide Web heißen wohl www, die für den FTP-Dienst werden meist ftp genannt. Prinzipiell sind aber auch alle anderen denkbaren (und gültigen Namen) möglich. Der Suchserver von Microsoft (search.micosoft.com) oder der Übersetzungsdienst von Altavista (babelfish.altavista.com) sind Beispiele dafür. Diese Domänennamen müssen, wie auch im Intranet, vor dem Senden von Daten in die IP-Adresse des Zielrechners umgewandelt werden. Dazu werden DNS-Server verwendet. Ein DNS-Server verwaltet in einer Datenbank Rechnernamen und die zugehörigen IP-Adressen. Erhält ein DNS-Server eine Anfrage nach einem unbekannten Namen, leitet er diese an einen so genannten autorativen DNS- Server weiter. Ein autorativer DNS-Server ist ein beliebiger DNS-Server, der Informationen für die Subdomäne bereithält. Kennt der autorative DNS-Server den angeforderten Namen nicht, leitet er die Anfrage an einen Primary-Nameserver weiter, der Informationen für die Toplevel-Domäne bereithält. Der Primary-Nameserver für die de-domäne läuft beispielsweise beim DE-NIC. Der Primary-Nameserver kennt zwar nicht die Namen der einzelnen Rechner der Toplevel-Domäne, aber er kennt die dieser Domäne untergeordneten autorativen Server. Er leitet die Anfrage deshalb einfach an den nächsten passenden autorativen DNS-Server weiter. Kann der autorative DNS-Server den Namen auflösen, sendet er das Ergebnis zum ursprünglich angesprochenen DNS-Server zurück. Dieser speichert den Namen und die IP-Adresse dann in seinem Cache, damit zukünftige Anfragen direkt beantwortet werden können, und sendet das Ergebnis zu der IP-Adresse, die die Anfrage gestartet hat. Kann ein Name nicht aufgelöst werden, antwortet ein DNS-Server einfach nicht. Die Internetanwendung meldet dann nach einer gewissen Wartezeit, dass der Name nicht aufgelöst werden kann (was auch eine Falschmeldung sein kann, nämlich dann, wenn die Anfrage sehr viel Zeit in Anspruch nimmt). In der IP-Konfiguration eines Rechners ist entweder die Adresse eines DNS-Servers fest eingetragen oder festgelegt, dass diese Adresse bei der Einwahl in den PoP des Internet-Providers automatisch übertragen wird. Wenn beispielsweise ein Browser ein HTML-Dokument anfordert, kennt das System die IP-Adresse eines DNS-Servers, kann diesen nach der IP-Adresse des angegebenen Domänennamens fragen und die Anforderung dann an die so ermittelte IP-Adresse senden. IP-Namensauflösung 9

13 , Im Internet oder in einem Intranet laufen die verschiedensten Dienste. Die bekanntesten sind wohl der WWW-, der FTP- und der SMTP-Dienst. Diese Dienste können über separate Serveranwendungen auf einem einzelnen Rechner ausgeführt werden, was beispielsweise unter Windows der Fall ist, wenn Sie den IIS installieren. Aber auch spezielle Server oder Anwendungen, die über das Internet mit anderen Anwendungen kommunizieren, müssen auf einem Rechner identifiziert werden. Genau dazu werden die so genannten IP-Ports verwendet. Ein Port ist einfach eine 16-Bit- Dezimalzahl, die einen Dienst oder ein Programm identifiziert. Es gibt reservierte, so genannte»well Known Ports«, mit einer Nummer unterhalb von 256. Diese Ports adressieren bekannte Dienste wie WWW, SMTP und FTP. Der WWW-Dienst eines Webservers wird z. B. immer über den Port 80 adressiert, der FTP-Dienst verwendet den Port 21. Wenn Sie in einem Webbrowser eine Webadresse wie z. B. eingeben, erweitert Ihr Webbrowser diese Adresse implizit um den Port des angesprochenen Dienstes: Der Port wird über einen Doppelpunkt von der eigentlichen Adresse getrennt. Der Browser erkennt den anzusprechenden Port übrigens mehr oder weniger automatisch am eingegebenen Namen. Beginnt der Name mit»ftp://«oder»ftp.«, würde er den Port 21 anhängen. Beim Senden der Daten wird der Zielport als Teilinformation eines Datenpakets mitgesendet. Daraus erkennt das Betriebssystem auf dem Server, welcher Dienst anzusprechen ist. Beim Port 80 übergibt das Betriebssystem beispielsweise die eingegangenen Daten an den Webserver, der diesen Port für sich beim Betriebssystem reserviert hat. Ports mit einer Nummer größer als 255 können beliebig verwendet werden 7. Programme und Dienste, die nicht zum Internet-Standard gehören, wie z. B. der Microsoft SQL Server, nutzen eine solche freie Portnummer. Aber nicht nur Server-, sondern auch Clientanwendungen werden über einen Port identifiziert. Der Server muss angeforderte Daten ja schließlich zum Client zurücksenden. Dazu reserviert sich jede Clientanwendung beim Start normalerweise eine dynamisch vergebene, freie Portnummer. Beim Senden einer Anforderung wird wie Sie beim UDP- und beim TCP-Protokoll in Abschnitt 9.2 und 9.3 noch sehen auch diese Portnummer mit im Datenpaket übertragen, sodass der Server weiß, wohin er die angeforderten Daten senden soll. Deshalb ist es auch problemlos möglich, mit mehreren Instanzen eines Webbrowsers gleichzeitig zu arbeiten, ohne dass diese durcheinander geraten. 7 Früher waren noch die Ports 256 bis 1024 für UNIX-typische Dienste reserviert, was aber heute nicht mehr gilt. IP-Ports 10

14 -./.0.( URIs (Uniform Resource Identifier) werden im Internet zur Identifikation von Ressourcen verwendet. Eine Ressource ist im Allgemeinen etwas, das unter einem eindeutigen Namen angesprochen werden kann, beispielsweise eine Mailbox, eine Datei, ein Dienst oder ein Programm. URIs beschreiben typischerweise den Mechanismus, der verwendet wird, um die Ressource anzusprechen (z. B. für das HTTP-Protokoll), den Namen des Computers, der die Ressource verwaltet, und den Namen der Ressource selbst. Das Schema eines URIs ist für die einzelnen Protokolle festgelegt und weicht auch manchmal vom allgemeinen Schema ab. Die Adresse eines HTML-Dokuments sieht beispielsweise so aus: Eine über FTP erreichbare Datei wird prinzipiell identisch adressiert: ftp://ftp.is.co.za/rfc/rfc1808.txt Die URI zur Adressierung einer Mailbox oder einer Newsgroup sieht aber etwas anders aus: news:microsoft.public.dotnet.languages.csharp URLs (Uniform Resource Locator) sind eine Unterordnung von URIs, die eine Datei bezeichnen, die über das Internet angesprochen werden kann. URLs sind Strings, die das zu verwendende Protokoll, die Adresse oder den Domänennamen und optional den Port, den Pfad und Argumente angeben: Protokoll://Host[:Port][Absoluter Pfad[?Argumente]] Für das HTTP-Protokoll sieht eine URL beispielsweise so aus: Falls beim HTTP-Protokoll Argumente angegeben sind, werden diese meist von ASP(.NET)- oder CGI-Programmen ausgewertet. Falls bei einer URL keine Angabe der anzusprechenden Ressource (Datei) erfolgt, verwendet der Server die Ressource, die als Standard für den angesprochenen Ort eingestellt ist. URNs sind eine andere Art URIs, die Ressourcen bezeichnen, deren Ort unbestimmt ist, die aber über spezielle Dienste identifiziert werden können. Eine -Adresse ist ein bekanntes Beispiel für eine URN. Der Speicherort der damit angesprochenen Mailbox kann nahezu beliebig (innerhalb der Domäne der Adresse) wechseln, die Adresse bleibt aber immer dieselbe. URNs garantieren Eindeutigkeit und eine endlose Lebenszeit. URIs, URLs und URNs 11

15 Wenn Programmierer über das Internet reden, fällt häufig der Begriff Medientyp bzw. MIME. Auch in diesem Buch kommt der Begriff MIME häufiger vor. Deshalb sollten Sie wissen, worum es sich dabei handelt. Mime ist die Kurzform für»multipurpose Internet Mail Extensions«(Mehrzweck-Internet-Mail- Erweiterungen). MIME ist von der ursprünglichen Bedeutung her ein Standard, der es ermöglicht, dass s und angehängte (oft binäre) Daten in einer Datei gemeinsam versendet werden können. Um dem Empfänger den Typ der angehängten Daten mitteilen zu können (damit dieser die Daten korrekt interpretieren kann), werden spezielle Medientyp-Bezeichnungen verwendet. Der Typ text/html spezifiziert beispielsweise ein HTML-Dokument. Da sich herausgestellt hat, dass diese Medientypen auch zu anderen Zwecken im Internet nützlich sind, werden MIME-Typen mittlerweile sehr häufig zur Spezifizierung des Typs gesendeter Daten verwendet. Wenn ein Medientyp gemeint ist, müsste eigentlich auch der (allgemeinere) Begriff»Medientyp«verwendet werden, was auch in den offiziellen Schriften der Fall ist. Im normalen Sprachgebrauch wird aber meist der Begriff»MIME-Typ«verwendet. Eine Medientyp-Angabe besteht aus einem Haupttyp, einem optionalen Untertyp und einer ebenfalls optionalen Angabe des Zeichensatzes, falls es sich um einen Texttyp handelt. Haupttyp und Untertyp werden durch einen Schrägstrich getrennt angegeben. Tabelle 7.1 listet die zurzeit existierenden Medien-Haupttypen auf. Medien-Haupttyp text image video audio application multipart message model spezifiziert Textdaten Grafikdateien Videodateien Sounddateien Dateien, die an ein bestimmtes Programm gebunden sind mehrteilige Daten Nachrichten Tabelle 7.1: Die Medien-Haupttypen Dateien, die mehrdimensionale Strukturen repräsentieren Für jeden Haupttyp existieren meist recht viele Untertypen. Der text-typ wird beispielsweise in comma-separated-values, css, html, javascript, plain und andere Untertypen unterteilt. Tabelle 7.2 gibt eine Übersicht über die wichtigsten Medientypen. Medientyp application/zip application/rtf application/msword application/msexcel application/pdf audio/basic audio/x-midi audio/x-mpeg Bedeutung zip-archivdateien RTF-Dateien Word-Dateien Excel-Dateien PDF-Dateien Basis-Audiodateien (.au,.snd) Midi-Dateien MPEG 2-Dateien (.mp2) Internet-Medientypen und MIME 12

16 audio/x-pn-realaudio audio/x-wav image/gif image/jpeg image/tiff message/http message/news multipart/byteranges multipart/encrypted multipart/form-data text/css text/html text/javascript text/plain text/richtext text/comma-separatedvalues text/tab-separatedvalues video/mpeg video/x-msvideo x-world/x-vrml Tabelle 7.2: Die wichtigsten Medientypen Real-Audio-Dateien (.ram,.ra) Wav-Dateien (.wav) Bilddateien im GIF-Format (.gif) Bilddateien im JPEG-Format (.jpg,.jpeg,.jpe) Bilddateien im TIFF-Format (.tiff,.tif) Mail im HTTP-Format Mail im Format für Newsgroups Mehrteilige (Mail-)Nachricht im Byte-Format Mehrteilige, verschlüsselte (Mail-)Nachricht Mehrteilige HTTP-Nachricht mit den Daten eines HTML-Formulars Textdatei mit kommabegrenzten Feldwerten (.csv) Cascading Style Sheets-Datei (.css) HTML-Datei (.htm,.html) JavaScript-Datei (.js) Normale Textdatei (.txt) RTF-Datei (.rtf) Textdatei mit durch Tabulatoren begrenzten Feldwerten (.tsv) Videodateien im MPEG-Format (.mpeg,.mpg,.mpe) Videodateien im AVI-Format (.avi) VRML-Dateien (.wrl) Eine vollständigere Liste finden Sie unter selfhtml.teamone.de/diverses/mimetypen.htm. Auf finden Sie ein offizielles Verzeichnis der Medientypen. Das MIME-Format wird in den RFCs 2045, 2046 und 2077 beschrieben. Für Texttypen kann zusätzlich der Zeichensatz angegeben werden, wenn die Textdaten in einem anderen als dem ISO Zeichensatz codiert sind. Dazu wird das charset-attribut durch ein Semikolon getrennt an den Medientyp angehängt: text/plain; charset=iso Internet-Medientypen und MIME 13

17 5 *6%% "99 Das World Wide Web setzt sich aus unzähligen Webservern im Internet zusammen. Diese Server verwalten HTML-Dokumente, Grafiken, Multimedia-Dateien, Internetprogramme und andere Dateien. Ein Webserver ist ein relativ einfacher Dienst. Er horcht auf dem Port 80 auf eingehende HTTP- Nachrichten und wertet diese aus. Ein Client sendet über das HTTP-Protokoll (RFC 2616, siehe in Abschnitt 11.2), das auf TCP/IP aufsetzt, eine Anforderung an den Server. Darin wird der Server aufgefordert, entweder eine bestimmte Datei zum Client zu senden, gesendete Daten als Datei abzuspeichern oder ein Programm auszuführen. Multimediale Inhalte, die oft mit HTML-Dokumenten verknüpft sind, werden wie HTML-Dokumente selbst einfach zum Client gesendet. Der Webbrowser auf dem Client ist dafür zuständig, die empfangenen Daten korrekt zu interpretieren und darzustellen. Die meisten Webserver können zudem Programme ausführen, die auf dem Server gespeichert sind. Die unterschiedlichen Server unterstützen dazu verschiedene Technologien, wie CGI, Perl, PHP, JSP und ASP. Ein serverseitiges Programm erzeugt bei der Ausführung meist HTML-Code als Ergebnis und sendet diesen an den Client zurück. Der Webserver ermöglicht damit u. a. die Erstellung dynamischer Webseiten, die im Gegensatz zu statischen Webseiten immer aktuelle Informationen beinhalten (sofern die zugrunde liegenden Datenquellen auf dem Webserver gepflegt werden). Mit diesem Thema beschäftigt sich das Buch ab Kapitel 9 noch sehr ausführlich. Ein Webserver ist mit verschiedenen Ordnern verknüpft, die die Webdateien enthalten. Wenn der Server läuft, kann ein Client diese Dateien über die IP-Adresse oder den Namen des Servers (sofern die IP-Namensauflösung möglich ist) abrufen. Eine Datei default.htm, die direkt im Root-Ordner des Servers Trillian (im Intranet) gespeichert ist, wird z. B. im Webbrowser so abgerufen: Webdateien werden ausgehend von einem logischen Root-Ordner (der in der Konfiguration des Webservers angegeben ist) in physikalischen oder virtuellen Unterordnern verwaltet. Beim Zugriff auf Webdateien müssen die Unterordner deshalb in vielen Fällen in der URL angegeben werden. Eine Datei, die in einem Unterordner mit Namen Shop gespeichert ist, wird beispielsweise so abgerufen: Wenn die Namensauflösung nicht funktioniert (z. B. weil einem Rechner im Internet noch kein Domänenname zugeordnet wurde), können Sie natürlich auch alternativ die IP-Adresse angeben: Jeder Rechner, der an das Internet angeschlossen ist, kann einen Webserver ausführen. Dazu ist lediglich die Installation des Webservers selbst (z. B. der Internet Informationsdienste bei Windows 2000) und eine Internetanbindung notwendig. Wenn Sie auf einem an das Internet angeschlossenen Rechner einen Webserver betreiben, kann jeder Internetnutzer die dort verwalteten HTML-Dokumente und Programme über die IP-Adresse Ihres Rechners abrufen. Probieren Sie dies einfach einmal aus, wenn Sie die Internet Informationsdienste auf einem Rechner installiert haben, der eine Internetverbindung besitzt. Öffnen Sie die Internetverbindung, lesen Sie die meist dynamisch vergebene IP-Adresse über das Programm ipconfig aus (das Sie in der Konsole starten können), besuchen Sie einen Freund oder eine Freundin mit Internetanschluss und geben Sie in deren Webbrowser die IP-Adresse Ihres Rechners ein. Sie sehen dann die Startseite Ihres Webservers. Die (für Programmierer) wichtigsten Internetdienste 14

18 5 : Der FTP-Dienst des Internet setzt sich ähnlich dem WWW-Dienst aus einer Vielzahl von FTP 8 - Servern zusammen. Jeder an das Internet angeschlossene Rechner kann einen FTP-Server verwalten. Ein solcher Server arbeitet ähnlich einem Webserver. Der Unterschied ist, dass eine Clientanwendung lediglich freigegebene Dateien von einem FTP-Server abrufen kann (die Ausführung von Programmen ist über FTP-Server nicht möglich). Zudem erlauben FTP-Server auch den einfachen Upload von Dateien zum Server und das Erstellen und Löschen von Dateien und Ordnern. Da der Dateidownload und auch der Upload mittlerweile immer mehr über Webserver realisiert wird, nimmt die Bedeutung von FTP zunehmend ab. 5 2" Für das Versenden von s werden SMTP-Server verwendet. Ein im Netzwerk des Netzbetreibers laufender SMTP-Server übernimmt normalerweise das Weitersenden von s, nachdem ein Mailclient die Mail zu diesem Server übertragen hat. Der Server verwendet dabei das Simple Mail Transfer Protocol (SMTP), das auf TCP/IP aufsetzt und ein einfaches textbasiertes Protokoll ist. Dieses Protokoll ist im RFC 821 definiert. In Abschnitt 11.4 beschreibe ich die Grundlagen von SMTP. In einem Netzwerk eingegangene Mails werden meist auf einem POP-Server gespeichert. Dieser Server ermöglicht einem Client, die Mails über das POP-Protokoll (Post Office Protocol) abzufragen. Ein Problem von POP-Servern ist allerdings, dass ein Mailclient die Mails herunterladen und auf dem lokalen Rechner speichern muss. Will ein Anwender seine gespeicherten Mails von einem anderen Rechner aus abrufen, ist dies mit einem POP-Server prinzipiell nicht möglich. Dieses Problem lösen Server, die mit dem IMAP-Protokoll (Internet Message Access Protocol) arbeiten. Bei diesen Servern bleiben eingegangene Mails auf dem Server gespeichert und können deshalb auch von beliebigen Rechnern aus mehrfach abgerufen werden. 8 File Transfer Protocol Die (für Programmierer) wichtigsten Internetdienste 15

19 ; 84" Das Internet basiert auf der untersten Ebene auf dem IP-Protokoll. Alle Daten werden über dieses Protokoll versendet. Die Protokolle UDP und TCP setzen auf IP auf und erweitern diese Protokolle um wichtige Features, wie beispielsweise Angaben zum Port des Clients und zum Zielport. Höhere Protokolle, wie z. B. HTTP und SMTP, basieren auf UDP oder TCP. Die folgenden Abschnitte beschreiben die niedrigen Protokolle, die höheren werden im Kapitel 11 beschrieben. ; " Damit die Kommunikation zwischen den verschiedensten Rechnern im Internet überhaupt funktioniert, werden Daten im Internet über das standardisierte IP 9 -Protokoll versendet. Eine ausführliche Beschreibung dieses Protokolls finden Sie im RFC 791. Beim IP-Protokoll werden die zu sendenden Daten in Pakete, die so genannten Datagramme, verpackt und mit zusätzlichen Informationen versehen. Ein Datagramm besteht aus einem Header, der Kontrollinformationen und die Ursprungs- und Zieladresse speichert, und aus den zu versendenden Daten. Die Größe des Headers kann fünf oder sechs 32-Bit-Wörter betragen, die aus einzelnen Feldern bestehen. Das sechste Wort ist optional. Deswegen verwaltet das Feld IHL (Internet Header Length) die aktuelle Größe des Headers. Abbildung 9.1 zeigt die schematische Darstellung eines IP- Datagramms. Abbildung 9.1: Format von IP-Datagrammen Anhand der Zieladresse im Header können Router die einzelnen Datagramme durch das Internet leiten. Die Ursprungsadresse wird vom empfangenden Dienst dazu verwendet, eventuelle Ergebnisdaten zurückzusenden. Beim Senden der Daten kommt es vor, dass einzelne Datagramme für ein Netzwerk, das dieses Datagramm übertragen soll, zu groß sind. Die recht großen Pakete eines Ethernet-Netzes können in einem X.25-Netz beispielsweise nicht direkt versendet werden. Der Gateway dieses Netzwerks teilt die Datagramme dann in kleinere Fragmente auf. Diese Fragmente besitzen dasselbe Format wie das gesamte Datagramm. Das Feld Identifikation speichert dann eine Information, zu welchem Datagramm das Fragment gehört, im Feld Fragmentierungs-Offset wird die Position des Fragments im Datagramm verwaltet. Im Feld Flags verwaltet IP eine Information darüber, ob ein Fragment das letzte eines Datagramms ist. 9 Internet Protocol Einfache Internetprotokolle 16

20 Damit Datenpakete nicht endlos durch das Internet geroutet werden, wenn der Empfänger nicht erreichbar ist, verwaltet das Feld Time to Live einen Wert, der von jedem Router um den Wert 1 reduziert wird. Erkennt ein Router, dass dieser Wert 0 ist, verwirft er das Paket einfach. Die Anwendung, die das Datenpaket gesendet hat, erkennt nach einer gewissen Zeit an der fehlenden Antwort, dass der Empfänger nicht verfügbar ist. Das IP-Protokoll besitzt keine Möglichkeit, die Zustellung der Daten zu garantieren, empfangene Daten auf Fehler zu überprüfen (lediglich die Header-Informationen können an Hand der Header- Prüfsumme überprüft werden) und Prozesse auf dem Zielrechner zu adressieren. Die maximale Länge der Daten ist zudem beschränkt, weil ein Datagramm nur eine für das Quellnetzwerk maximale Größe annehmen kann. Eine Einschränkung entsteht daraus aber nicht, weil das IP-Protokoll lediglich auf der untersten Ebene arbeitet. Programme, die über das Internet kommunizieren wollen, können IP nicht direkt nutzen. Dazu stehen die höheren Protokolle UDP und TCP zur Verfügung, die die Einschränkungen von IP aufheben. ;. " Das UDP-Protokoll (User Datagram Protocol) setzt auf dem IP-Protokoll auf und erweitert dieses um Informationen über den Ursprungs- und den Zielport, um eine weitere Prüfsumme und um eine Längenangabe für die eigentlichen Daten. Diese Informationen werden in den ersten beiden 32-Bit- Wörtern des IP-Datenbereichs gespeichert. Abbildung 9.2 stellt diesen Bereich dar (ohne die Header- Felder des IP-Datagramms). Abbildung 9.2: Format von UDP (ohne IP-Headerfelder) Mit UDP kann ein Programm Daten an einen definierten Zielport senden und den eigenen Port für die Antwort zum Server übermitteln. Eine Überprüfung der Daten auf das korrekte Versenden ist nicht möglich. Die Prüfsumme im UDP-Header wird lediglich zur Kontrolle der Headerinformationen verwendet. Zudem ist die Größe der Daten auf die Maximalgröße der Datagramme beschränkt. UDP sendet die Daten ohne zu überprüfen, ob der Empfänger überhaupt zum Empfang bereit ist. Ist der Empfänger nicht bereit, gehen die gesendeten Daten einfach verloren. UDP wird für eine performante Übertragung geringer Datenmengen verwendet. Um eine relative Übertragungssicherheit zu ermöglichen, geben Serverdienste, die UDP verwenden, möglichst immer eine Antwort auf eine Anforderung. Geht eine Antwort beim Client ein, wird das als erfolgreiche Übertragung gewertet. Geht keine Antwort ein, wird die Anforderung einfach erneut gesendet. Das bei TCP wesentlich aufwändigere Verpacken der Daten und der Verbindungsaufbau vor dem Senden erfordern oft mehr Verwaltungsaufwand als das eventuell erneute Senden bei UDP. Eine Beschreibung des UDP-Protokolls finden Sie im RFC 768. Einfache Internetprotokolle 17