Grundlagen der WWW-Nutzung und WWW-Programmierung. Alfred Wassermann

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1 Grundlagen der WWW-Nutzung und WWW-Programmierung Alfred Wassermann

2 Inhaltsverzeichnis 2 Vorlesung Einige technische Grundlagen Das Internet-Protokoll (IP) Das Transmission-Control-Protocol (TCP) Was ist das Internet? ISO/OSI Referenzmodell URL und DNS Portnummern

3 Kapitel 2 Vorlesung Übungsblatt 01: 2.1 Einige technische Grundlagen Das Internet ist paketorientiert anstatt leitungsorientiert. Die Abläufe bei der Post sind ein guter Vergleich: Telefonleitungen, Netzleitungen LKWs, Flugzeuge der Post Router 1 Verteilerpostämter IP-Protokoll Briefumschlag, Empfängeranschrift Das Internet-Protokoll (IP) Daten werden vor dem Versenden in kleine Pakete, d.h. zwischen 1 und 1500 Zeichen, aufgeteilt, mit der Empfängeradresse versehen und verschickt. Internet protocol Die Adresse eines Computers, die sogenannte IP-Adresse (oder IP-Nummer) besteht aus 4 8 = 32 Bits. 2 Diese 4 Zahlen werden durch Punkte voneinander getrennt. Die IP-Adresse eines Computers ist eindeutig, d.h. es darf keinen weiteren Computer mit der gleichen IP-Adresse geben. Allerdings darf ein Computer durchaus mehrere IP-Adressen besitzen. Genauer gesagt, wird nicht dem Computer eine IP-Adresse zugeordnet, sondern seinen Netzwerk-Geräten, wie Netzkarten, Modems. 2 Ein Bit kann die Werte 0 oder 1 annehmen. 2 Bit können die Werte 00, 01, 10, 11 (also vier verschiedene Werte) annehmen. 3 Bit können die Werte 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 annehmen. Allgemein gesagt können n Bit insgesamt 2 n verschiedene Werte annehmen. 2

4 Jede dieser 4 Zahlen besteht aus 8 Bits, die jeweils entweder 0 oder 1 sind. Also gibt es = 2 } {{ } 8 = verschiedene Möglichkeiten für diese Zahlen. Die Zahlen 0 und 255 sind allerdings teilweise für besondere Zwecke reserviert. Insgesamt besteht die IP- Adresse also aus 4 Zahlen, die zwischen 0 und 255 liegen. Ein Beispiel: Das bedeutet, theoretisch gibt es = verschiedene IP-Adressen. Man kann aus diesen Zahlen auch die Art des Netzwerkes herauslesen, in die ein Computer eingebunden ist. Denn jeder Betreiber eines lokalen Netzwerkes (LAN, local area network), der dieses Netzwerk an das Internet anschließen will, erhält vom zuständigen Network Information Center (NIC) einen sogenannten Adressraum, d.h. eine gewisse Anzahl an IP-Adressen, zugeteilt. Jedes Land betreibt ein eigenes NIC, außerdem gibt es noch einige länderübergreifende NICs. Diese Anzahl an möglichen IP-Adressen bei verschiedenen Adressräumen ist verschieden groß. Liegt die erste Zahl zwischen 0 und 126, so handelt es sich um eine Class-A-Adresse. Die restlichen 3 Zahlen kann der Netzwerk-Betreiber selbst vergeben. Er hat also = Adressen zu seiner Verfügung. Es gibt also weltweit genau 127 Class-A- Adressen, allerdings wird Die Adresse 10.x.x.x wird nicht vergeben. Die Class-A-Adressen wurden großen Institutionen, wie etwa der NASA, zugeteilt. zwischen 128 und 191 und die zweite Zahl zwischen 0 und 255, so handelt es sich um eine Class-B-Adresse. Sie enthält ca Adressen. Reserviert sind bis hin zu zwischen 192 und 223, und die zweite und dritte Zahl jeweils zwischen 0 und 255, so bleiben immerhin 256 Adressen. Es handelt sich hier um eine Class-C-Adresse. Hier sind bis reserviert. Class-A- (davon gibt es nur 127) und Class-B-Adressen sind bereits Mangelware. Genauere Informationen kann bei DENIC nachgelesen werden. Das Paket auf seinem Weg vom Absender zum Empfänger wird nun von einem Router (Verteiler) zum nächsten geschickt, wobei jeder Router selbständig entscheidet, was der günstigste Weg für das Paket (d.h. der nächste Router) ist. Die Routing-Strategie kann sich an Teilausfälle des Netzes anpassen. Die Router sind zuständig für die Überwindung der Barrieren zwischen den vollkommen 3

5 unterschiedlich aufgebauten Netzen, und somit die Grundlage für die Universalität des Internet. Die Aufteilung in kleine Pakete hat zur Folge, daß ein überlastetes Netzwerk für alle Teilnehmer gleichmäßig langsamer wird. Den Weg eines Pakets vom Absender zum Empfänger kann man mit dem Programm traceroute (unter MS-Windows tracert) verfolgen. Um zu testen, ob ein Computer erreichbar ist, gibt es das Programm ping. Bei dieser Strategie sind folgende Probleme zu bewältigen: Meistens werden mehr als 1500 Zeichen, d.h. mehr als ein Paket, benötigt. Es kann zum Verlust einzelner Pakete kommen. Die Reihenfolge der beim Empfänger eintreffenden Pakete kann falsch sein Das Transmission-Control-Protocol (TCP) Zur Bewältigung dieser Probleme werden die Daten vor der Verpackung in IP- Pakete vorbehandelt: Sie werden mit dem Transmission-Control-Protocol (TCP) verpackt. Dieses Protokoll übernimmt beim Sender bzw. beim Empfänger folgende Aufgaben: Aufteilung der zu verschickenden Daten in Pakete Numerierung der Pakete Fehlen beim Empfänger einige Pakete, werden sie erneut angefordert Es wird eine Prüfsumme mitgeschickt, um verfälschte Pakete zu identifizieren. Der Empfänger bildet beim erhaltenen Paket auf die gleiche Weise eine Prüfsumme. Stimmen die beiden Prüfsummen überein, ist alles in Ordnung, andernfalls muß bei der Übertragung ein Fehler aufgetreten sein. TCP Diese beiden Protokolle ergeben zusammen das Protokoll TCP/IP Was ist das Internet? Eine zweite, genauere Antwort auf diese Frage ist also: Das Internet besteht aus allen untereinander verbundenen Computern, die das TCP/IP zur Datenübertragung verwenden ISO/OSI Referenzmodell TCP/IP repräsentieren Schicht 3 und Schicht 4 eines standardisierten Kommunikations- Modells, das ISO/OSI Referenzmodell oder auch Siebenschichtenmodell, siehe [4]. (ISO: International Organization for Standardization, OSI: Open System Interconnection) Die bei der Kommunikation anfallenden Aufgaben werden auf verschiedene Schichten verteilt. 4

6 Jede Schicht arbeitet unabhängig von den anderen Schichten. Jede Schicht ( 6) kann man sich als Umschlag vorstellen, in dem die Daten aus der nächsthöheren Schicht stecken. Die Programme einer Schicht sehen nur den zu ihrer Schicht gehörigen Umschlag. Genaueres kann bei [4] nachgelesen werden URL und DNS Computer-Adressen in der 32-Bit Form, also z.b tragen nicht unbedingt zur Benutzerfreundlichkeit bei. Aus diesem Grund wurde der Uniform- Resource-Locator (URL) und das Domain-Name-System (DNS) geschaffen. Ein Uniform-Resource-Locator ist eine Zeichenkette, die ein Dokument im Internet eindeutig benennt. Ein URL hat die folgende Form Ein Beispiel: dienst://hostcomputer/pfad/datei btmdx1.mat.uni-bayreuth.de / www2000/evolution.jpg } {{ } } {{ } Netzteil Hostteil Beispiele für Dienste, d. h. Internet-Anwendungen sind: 5

7 ftp gopher http telnet mailto news Der Netzteil eines URL heißt auch Domain-Name und wird durch Punkte in Domain-Level aufgeteilt. Meist besteht ein Domain-Name aus 3 bis 5 Domain- Level. Da bei Computern Domain-Namen nicht mehr zentral vergeben werden können, wurde ein verteiltes Vergabesystem geschaffen. Die Spezifizierung eines Domain-Namen geschieht von Rechts nach Links. Für jeden Domain- Level gibt es eine zuständige Stelle, die die zu diesem Domain-Level gehörigen URLs verwaltet. Die höchsten Instanzen sind die Top-Level-Domains. Diese sind die am weitesten rechts stehenden Domain-Level in einem Domain-Namen. Dabei wird unterschieden zwischen generischen Top-Level-Domains und geographischen Top-Level-Domains. generisch.com.edu.gov.mil.org.net geographisch.de.ca.at.fr siehe ISO-Liste Demnächst wird es weitere generische Top-Level-Domains geben. Geplant sind: Die oberste Instanz ist die.arts,.firm,.info,.nom,.rec,.shop,.web Internet Assigned Numbers Authority (IANA), die die praktische Verwaltung der Domain-Namen an Network Information Center (NIC) vergeben hat. Die Top-Level-Domains werden von einer Organisation namens verwaltet. Der Top-Level-Domain.de wird vom InterNIC Deutsches Network Information Center (DENIC e.g.) 6

8 verwaltet. Dort kann man auch recherchieren, welche Domain-Namen bereits vergeben sind. Die Gesellschafter dieser Organisation sind Internet Service Provider (ISPs), das heißt Firmen, die die Einwahl zum Internet ermöglichen, oder Präsentationen im Internet anbieten. Alle Domain-Namen, die mit uni-bayreuth.de enden, werden vom Universitätsrechenzentrum selbst vergeben. Man kann nun jeder IP-Adresse eine oder mehrere URLs zuordnen. Einem URL ist jeweils eine IP-Adresse eindeutig zugeordnet. Beispielsweise did.mat.uni-bayreuth.de: Diese Zuordnung muß der Computer natürlich kennen. Ursprünglich wurde dies so geregelt, indem jeder Computer eine Datei besaß, in der alle URLs des Internets etwa in folgender Form aufgelistet waren: btmdx1.mat.uni-bayreuth.de btmdx4.mat.uni-bayreuth.de did.mat.uni-bayreuth.de btmdx8.mat.uni-bayreuth.de btr0x1.rz.uni-bayreuth.de... Bei 40 Computern im Jahr 1972 war das natürlich noch kein Problem. Bei Computer im Jahr 2000 ist dies nicht mehr möglich! Die am Internet beteiligten Computer wären nur damit beschäftigt, die aktuellste Zuordnungsdatei zu beschaffen. Um dieses Problem zu bewältigen, gibt es DNS-Server, die auch Name-Server heißen. Dies ist ein Internet-Dienst, der die Zuordnung zwischen Domain-Name und IP-Adresse kennt und auf Anfrage ausliefert. Da ein Name-Server auch nicht in der Lage ist, sämtliche Domain-Namen zu verwalten, wird die Arbeit wiederum hierarchisch verteilt. Die Suche nach einer IP- Adresse zu einem Domain-Namen verläuft folgendermaßen, z.b. www-cs-staff.stanford.edu: Der lokale DNS-Server wird befragt. Kennt er die Adresse nicht, so wird der jeweilige Top-Level-Nameserver (.edu) nach der Adresse des Name-Servers der ersten Subdomain stanford.edu befragt. Dieser Name-Server sollte dann www-cs-staff.stanford.edu kennen. Evtl. müssen noch weitere Subdomains durchlaufen werden Portnummern Beim Netzteil eines URL kann noch die Portnummer des gewünschten Dienstes angegeben werden: Aufgrund dieser Nummern wird ein TCP/IP-Paket beim Zielcomputer einem bestimmten Server-Programm zugeordnet. Typische Portnummern sind: 7

9 80: http 20: ftp 23: telnet Die explizite Portnummer wird z.b. benötigt, wenn mehrere gleiche Internet- Programme auf einem Computer auf Anfragen warten. 8

10 Literaturverzeichnis [1] Born, Günter: Referenzhandbuch Dateiformate, Addison-Wesley (1996). [2] Bruns, B., Gajewski, P.: Multimediales Lernen im Netz, Springer-Verlag (1999). [3] Bush, Vannevar: As we may think, in The Atlantic Monthly, July 1945, siehe [4] Haaß, Wolf-Dieter: Handbuch der Kommunikationsnetze, Springer-Verlag (1997). [5] Hauben, Michael: History of ARPANET, siehe [6] Klau, Peter: Das Internet, Thomson Publishing (1995). [7] Krol, Ed: Die Welt des Internet, O Reilly-Verlag (1995). [8] Levine, John, Young, Margaret: More Internet für Dummies, Thomson Publishing (1996). [9] Stefan Münz: SELFHTML, erhältlich bei [10] Rost, Martin, Schack, Michael (Hrsg.): Der Internet Praktiker (1995), Heise-Verlag. [11] Schulmeister, Rolf: Grundlagen hypermedialer Lernsysteme, Addison- Wesley (1996). 9