So funktioniert das Internet. Prof. Dr.-Ing. Jörg Eberspächer Technische Universität München

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1 So funktioniert das Internet Prof. Dr.-Ing. Jörg Eberspächer Technische Universität München 1. Entwicklung des Internet Das Internet hat seinen Namen vom wichtigsten darin verwendeten Kommunikationsprotokoll, dem Internet Protocol IP. Der Begriff Internet gibt die zentrale Funktion des Internet als Zwischen-Netz wieder, das andere Netze verbindet. Das Internet ist ursprünglich ein reines Datennetz zur Verknüpfung von Computern; es steht also neben den anderen Netzarten wie dem Telefonnetz, dem Mobilfunknetz, den Netzen für die Radio- und Fernsehverteilung, Satellitennetzen, Kabelnetzen usw. Durch die Digitalisierung der Informationen (Text, Sprache, Video, Grafik) wird das Internet zunehmend zu einem Universalnetz für digitale Daten aller Art. Basis ist das Internet Protocol IP, weitere wichtige Protokolle sind das Transmission Control Protocol TCP und das User Datagram Protocol UDP. Daneben gibt es heute über 100 weitere Protokolle. Die Geschichte des Internet reicht weit zurück in die 70er Jahre, als an vier amerikanischen Universitäten das ARPANET entwickelt wurde (Advanced Research Projects Agency). Die Pioniere John Postel, Steve Crocker und Vint Cerf konzipierten mit dem ARPANET ein flexibles System zur Verknüpfung unterschiedlicher Rechnertypen auf Basis einheitlicher und einfacher Protokolle wurde die elektronische Post ( ) als Dienst eingeführt, der schnell sehr beliebt wurde und, ausgehend von den Universitäten, zu einer raschen Verbreitung des Internet im akademischen und später auch industriellen Umfeld führte. Der Durchbruch und das extreme Wachstum der Teilnehmerzahlen geschah aber erst 1990 mit der Erfindung des World Wide Web (WWW) durch Tim Berners Lee vom europäischen Kernforschungszentrum CERN in Genf. Schnell wuchs die Zahl der angeschlossenen Rechner bzw. Nutzer. Heute sind etwa 900 Millionen Menschen Online und das Internet bietet geschäftlichen und privaten Nutzern eine Fülle von weiteren Anwendungen und Diensten wie Chat (Textkommunikation in Gruppen), Bankdienstleistungen, elektronische Handel (e-commerce), Bewegtbildabruf (Streaming), Videokonferenzen, Internet-Telefonie, und vor allem jede Menge an Unterhaltung und Werbung. 2. Basisfunktionen Die an den einzelnen (Sub-)Netzen (z.b. Universitätsnetz, Firmennetz) angeschlossenen Rechner werden über das Internet weltweit verknüpft. Man nennt daher das Internet auch Netz der Netze (Bild 1). Zur weltweiten Verbindung dienen leistungsfähige transnationale und transkontinentale Übertragungsnetze auf Basis der optischen Glasfaserübertragungstechnik. Grundlage der Rechnerkommunikation im Internet ist das Client-Server-Prinzip. Die Clients ( Kundenrechner ) sind die Rechner der Teilnehmer. Server verarbeiten und speichern die Daten im Internet. So halten WWW-Server die Informationen des WWW bereit. Mail Server sogen für die Abwicklung des -Verkehrs. Server sind besonders leistungsfähige Rechner, die Daten an viele Nutzer gleichzeitig schicken bzw. von diesen empfangen können. Der Nachrichtenaustausch erfolgt mittels sog. Pakete, in denen die Informationen zu Datenblöcken zusammengefasst sind. Das Format der Datenpakete wird in Protokollen festgelegt. Wegen der großen Vielfalt an Funktionen gibt es zahlreiche unterschiedliche Protokollformate. Grundsätzlich besteht jedes Paket aus einem Block Nutzdaten und einem Steuerungsblock, in dem z.b. die Zieladresse des Pakets enthalten ist. Das Internet Protokoll

2 IP legt die Adressierung fest, die ähnlich funktioniert wie beim Telefonnetz, aber nicht kompatibel mit diesem ist. Bild 1: Internet als Netz der Netze zur Verknüpfung vieler Subnetze. Der Nachrichtenaustausch erfolgt mittels sog. Pakete, in denen die Informationen zu Datenblöcken zusammengefasst sind. Das Format der Datenpakete wird in Protokollen festgelegt. Wegen der großen Vielfalt an Funktionen gibt es zahlreiche unterschiedliche Protokollformate. Grundsätzlich besteht jedes Paket aus einem Block Nutzdaten und einem Steuerungsblock, in dem z.b. die Zieladresse des Pakets enthalten ist. Das Internet Protokoll IP legt die Adressierung fest, die ähnlich funktioniert wie beim Telefonnetz, aber nicht kompatibel mit diesem ist. Bild 2: In den Netzknoten (Router) wird der Weg der Datenpakete entscheiden.

3 In den Knotenpunkten des Netzes, den Routern, wird anhand der Zieladresse der Pakete entschieden, welchen Weg die Pakete von der Quelle zum Ziel nehmen (Bild 2). Die Router sind leistungsfähige Computer, die auf diese Aufgabe spezialisiert sind. Da das Netz vermascht ist, existieren in der Regel mehrere mögliche Pfade (Routen) zum Ziel. Fällt eine Leitung oder ein Router aus, werden automatisch Alternativwege gefunden und verwendet. Der Zugang zum Internet vom Teilnehmer aus erfolgt in der Regel über ein spezielles Gerät, das Modem (Modulator/Demodulator). Es setzt die Signale des Teilnehmerrechners um in solche Signale, die über Telefonleitungen übertragen werden können. Das Modem verbindet den Teilnehmer mit dem Internet Service Provider (ISP), der für die Anbindung an das eigentliche Internet sorgt (Bild 3). Neuerdings ist der Netzzugang auch über drahtlose Techniken möglich (Handy, Wireless LAN WLAN). Bild 3: Internet-Zugang über den ISP. 3. So funktioniert das World Wide Web (WWW) Das World Wide Web (WWW) ist eine Sammlung von im Internet verteilten Informationsinhalten (Dokumenten): Bilder, Texte, Grafiken, Animationen, Filme usw. Über Verknüpfungen (sog. Links) gelangt man von einem Dokument zu anderen Dokumenten, die an völlig anderen Orten auf völlig anderen Computern gespeichert sein können. Diese Verknüpfungstechnik nennt man Hypertext (Bild 4). Die Übertragung der Dokumente erfolgt über das Internet unter Verwendung spezieller Protokolle. Bild 4: Prinzip des WWW: Hypertext-Links verknüpfen Dokumente.

4 Die Seiten (Pages) im WWW sind in einer besonderen Sprache geschrieben, der HyperText Markup Language HTML. Damit am Computer die WWW-Seiten angezeigt werden können, verwendet man ein spezielles Programm, den Browser. Um eine Seite im WWW aufzusuchen, gibt man die WWW-Adresse der gesuchten Seite ein, z.b. Der erste Teil vor dem Doppelpunkt gibt das zu verwendende Protokoll an. Der mittlere Teil nach dem doppelten Schrägstrich gibt den Namen des Servers an, auf dem die Seiten zu finden sind, der Teil nach dem einfachen Schrägstrich die eigentliche Seite. Mit Hilfe eines Name Servers (ähnlich einem Telefonbuch) findet der Browser heraus, wie die physikalische IP-Adresse des Servers lautet und schickt diesem die Dokumentenabfrage. Die Namen werden statt der IP-Adressen verwendet, weil sie leichter zu merken sind; sie sind unabhängig von der IP-Adresse. Echtzeit-Anwendungen wie Audio- oder Videostreaming werden in kontinuierlichen Datenströmen übertragen ( Streaming ), damit beim Empfänger auch fortlaufend wiedergegeben werden können. Hierzu sind weitere besondere Protokolle erforderlich. 4. So funktioniert Der -Dienst ermöglicht es, Nachrichten unterschiedlichster Art einem Empfänger zuzustellen. Zum Senden und Empfangen von Mails verwendet man spezielle Mail-Programme. Sie unterstützen den Nutzer beim Vorgang des Verwaltens von Mails, beim Versenden, Empfangen und Anzeigen der Nachrichten. Um s versenden und empfangen zu können, benötigt man eine -Adresse. Eine typische -Adresse besteht aus zwei Teilen, die durch ein ( Klammeraffe ) getrennt sind: der Domäne} z.b. Der Benutzername kann auch ein Pseudonym sein. Der Vorgang der -Kommunikation zwischen zwei Teilnehmern A (Mailadresse und B läuft unter Verwendung dreier Server ab (Bild 5): Mailserver A, Name Server, Mailserver B. Die vom Computer des Teilnehmers A abgesendete Mailnachricht gelangt zum Mailserver A. Dieser erfragt beim Name Server die zu lrz-muenchen.de gehörige IP-Adresse (= Server B) und schickt daraufhin die Mailnachricht an den Server B. Dieser bestätigt den Empfang bei Server A. Wenn Teilnehmer B beim Server B (natürlich unter Verwendung eines Passworts) nachfragt, ob eine Mail für ihn (thomas) angekommen ist (das macht sein Mailprogramm evtl. automatisch), erhält er vom Mailserver B die Mailnachricht zugestellt. Mit Hilfe des Mailprogramms kann Teilnehmer B die Nachricht dann am Bildschirm anzeigen. Die Mailkommunikation ist also eine sog. asynchrone Kommunikation, da die beiden Teilnehmer (bzw. alle an der Kommunikation Beteiligten) nicht gleichzeitig aktiv am Netz sein müssen. Die ausgesandten Nachrichten werden in den Mailservern gespeichert, ähnlich einem Postfach beim Briefverkehr, und dort abgeholt.

5 Die Mailserver sind deshalb entsprechend leistungsfähige Rechner mit riesigen Speichern, um die immer umfangreicher werdenden Mailnachrichten (teilweise mit Anhängen, die mehrere Megabytes groß sind), aufnehmen zu können. Bild 5: Nachrichten werden unter Nutzung von Mailservern ausgetauscht. Im Name Server werden Mailadressen in IP- Adressen umgewandelt. 5. Ausblick Der unerhörte Siegeszug des Internet geht weiter. Dieses weltumspannende Telekommunikationsnetz ist inzwischen zum Nervensystem von Wirtschaft und Gesellschaft geworden. Alle nutzen es, und alle sind mehr oder weniger davon abhängig. Unterstützt durch die Fortschritte der Mikroelektronik, der Softwaretechnik und moderner Kommunikationstechnik, übernimmt das Internet immer mehr Aufgaben und Anwendungen. Um diesen neuen Herausforderungen gewachsen zu sein, sind erhebliche Anstrengungen in Forschung und Entwicklung sowie in der flächendeckenden Bereitstellung der erforderlichen breitbandigen, sicheren und zuverlässigen Netzinfrastruktur erforderlich. Hier warten noch viele interessante Aufgaben auf kreative Ingenieure der Elektrotechnik und Informationstechnik, insbesondere in Richtung des Ziels eines mobilen Internet. Sie sind Gegenstand von Lehre und Forschung an den Universitäten, insbesondere auch an der Technischen Universität München. HINWEIS: Eine Visualisierung der Funktionsweise des Internet, auf welcher auch der Vortrag bei den Wissenschaftstagen 2004 beruht, ist in der Telekommunikationsabteilung des Deutschen Museums zu besichtigen. Weitere Informationen zum Thema sind zu erhalten unter

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