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World Wide Web

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Erik Wilde World Wide Web Technische Grundlagen Mit 78 Abbildungen und 12 Tabellen, Springer

Erik Wilde Institut fur Technische Informatik und Kommunikationsnetze ETH-Zentrum, CH-8092 Zurich Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Wilde, Erik: World Wide Web: technische Grundlagen/Erik Wilde.-Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Hongkong; London; Mailand; Paris; Singapur; Tokio: Springer, 1999 ISBN-13:978-3-642-64191-6 e-isbn-13:978-3-642-59944-6 DOl: 10.1007/978-3-642-59944-6 IS B N-13:978-3-642-64191-6 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschiitzt. Die dadurch begriindeten Rechte, insbesondere die der Ubersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der VervieWiltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfaltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetz1ichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland yom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulassig. Sie ist grundsatzlich vergiitungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Stratbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1999 Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1999 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dab solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden diirften. Umschlaggestaltung: Kiinkel+ Lopka, Heidelberg Obersetzung, Satz und Umbruch: G & U, Technische Dokumentation, Flensburg Gedruckt auf saurefreiem Papier SPIN: 10675001 33/3142PS - 5432 1 0

Vorwort Was ist der Unterschied zwischen einer URL und einer URI? Wie verrichtet HTTP seine Arbeit? Warum benotigen wir XML? Worum dreht es sich dabei uberhaupt und wird es moglicherweise HTML ersetzen? Dieses Buch gibt Ihnen Antworten auf diese und eine Reihe anderer Fragen, die sich aufmerksamen Bewohnern des Cyberspace aufdrangen konnten. Das Buch stellt naturlich nicht nur ein Glossar von Abkurzungen und haufig benutzten Ausdrucken dar. Es ist vielmehr eine umfassende und doch pragnante Darstellung der Technologie, welche die Grundlage des World Wide Web bildet. Es ist eine uberraschende Feststellung, dab es trotz vieler Tausend veroffentlichter Bucher zum Thema WWW bis heute keines gibt, das detailliert auf die innere Funktionsweise dieser beliebten Internet-Anwendung eingeht, die so einfach zu benutzen und doch so kompliziert ist, wenn es darum geht, die Funktionsweise tatsachlich zu verstehen. Das Zielpublikum dieses Buchs labt sich vielleicht am besten dadurch beschreiben, wie der Autor selbst auf die Idee gekommen ist, es zu verfassen: Ein erster Rohentwurf wurde als Begleittext fur ein Praxis seminar ausgewahlt, das eine kontinuierliche Weiterbildung zum Thema WWW-Technologie bieten sollte. Teilnehmer an diesem Seminar waren Person en, die wubten, was das Web ist und wie es gewerblich eingesetzt werden kann, aber auberdem Kenntnisse daruber benotigten, wie die Technologie f.mktioniert. Wahrend der Planung dieser Schulung stellte der Autor fest, dab auf dem Markt kein geeignetes Buch zu finden war, und entschied somit, selbst eines zu schreiben. Es ist wohl unnotig, daraufhinzuweisen, dab schon die Entwurfsfassung ihrer Aufgabe der Bereitstellung einer Referenz 'm allen Aspekten der Web-Technologie gerecht wurde. Wie Erik Wilde in seiner Einleitung sagt, besteht das offensichtlichste Handicap eines Buchs darin, dab eine Momentaufnahme einer sich so schnell entwickelnden Technologie schon in dem Moment wieder veraltet sein kann, wenn das MaHuskript den Schreibtisch des Autors (oder, urn genau zu sein, seinen Computer) verlabt. Es wird eine grobe Herausforderung sein, den Titel auf derr. aktuellen Stand der technologischen Entwicklung zu halten und dem Leser zu gegebener Zeit Aktualisierungen zu bieten. Ich frage mich, ob die Jahr-2000-Ausgabe dieses Buchs vielleicht bereits im Web veroffentlicht werden wird... September 1998 Prof. Bernhard Plattner, ETH Zurich

Einleitung Die Idee fur dieses Buch kam mir, als ich nach einer Publikation suchte, die nicht nur einen Aspekt des Web, sondern alle relevanten Bereiche der heutigen Web-Infrastruktur abdeckt. Es gibt tatsachlich mehrere Hundert Bucher uber HTML und Java, eine grabe Anzahl von Titeln zu CGI- und HTTP-Server-Konfiguration und -Wartung, und auch Bucher zu den Themen CSS und XML erscheinen mit zunehmender Bedeutung dieser Technologien in immer kurzeren Abstanden. Beim DurchstObern verschiedener beeindruckender Geschafte fur Computerbucher fand ich allerdings kein einzelnes Buch, das sich allen diesen Themen widmete. Dieses Buch stellt dementsprechend einen Versuch dar, eine Wissensquelle bereitzustellen, die alle derzeit relevanten Bereiche der Web-Technologie abdeckt. Diese Aussage beschreibt allerdings zugleich auch das grobte Dilemma dieses Buchs, da sich die Formulierung»derzeit«, wenn yom Web die Rede ist, nur auf eine sehr kurze Zeitspanne bezieht. Nahezu jede Woche werden neue Technologien angekundigt und beworben, und es ist kaum moglich, vorherzusagen, welche davon uberleben und welche schon in wenigen Monaten wieder vergessen sein werden. Foiglich befabt sich diese Arbeit ausfuhrlich mit den Bereichen, die fur das Web mit einiger Wahrscheinlichkeit in den kommenden Jahren von Relevanz sein werden: URI, HTTP, SGML, HTML, CSS und XML. Obwohl Java ganz offensichtlich zu den graben Modeerscheinungen des Web zahlt, wird nicht ausfuhrlich darauf eingegangen, da ich glaube, dab eine detaillierte Beschreibung einer Pragrammiersprache nicht zum Rest des Buchs passen wiirde, der sich eher der Beschreibung architekturbezogener Konzepte widmet. Dieselbe Einschrankung trifft auch auf die Skriptsprachen zu, die in steigendem MaBe in die Web-Umgebung integriert werden, aber zu komplex sind, urn in einem Buch, das sich mit vielen anderen Themen beschaftigt, umfassend erlautert werden zu konnen. Einige andere Web-bezogene Konzepte und Technologien werden ebenfalls in einer weniger ausfuhrlichen Weise beschrieben, weil sie entweder nicht ganz so wichtig sind oder moglicherweise nicht dauerhaft von Bedeutung sein werden. In einer zweiten Ausgabe dieses Buchs werden aus dem Glossar und dem Index mit Sicherheit einige Dinge spurlos verschwinden, wahrend andere hinzukommen werden, aber dies ist im Zeitalter des Internet der Lauf der

VIII Einleitung Dinge. Ich bin sehr neugierig, fur wie lange dieses Buch als Referenz fur die technischen Grundlagen der Web-Technologien geeignet sein wird. AbschlieBend mochte ich dem International Computer Science Institute (ICSI) in Berkeley fur die Gelegenheit danken, dieses Buch zu schreiben. Es hat mich sehr viel mehr Zeit gekostet als ich ursprunglich annahm, und ich hoffe, dab das Ergebnis sich fur viele Personen als sehr nutzlich erweisen wird, die nach einem eingehenden technischen Oberblick uber das Web suchen. Wenn das Buch als Lehrbuch fur technisch orientierte Vorlesungen uber das Web, als eine Einfuhrung in die Web-Technologie fur Leute mit einem minimalen Hintergrundwissen in Sachen Computerkommunikation und als umfassendes Referenzwerk fur Web-bezogene Themen eingesetzt wird, dann ist es zu dem Buch geworden, das ich schreiben wollte. Berkeley, September 1998 Erik Wilde

X Inhaltsverzeichnis 3.2.2 General und Entity Header... 64 3.2.3 Request... 73 3.2.4 Response... 86 3.2.5 Content Negotiation... 92 3.2.6 Authentifizierung... 97 3.2.7 Persistente Verbindungen... 103 3.2.8 Chunked Encoding... 106 3.2.9 Caching... 108 3.3 Sicherheit... 127 3.3.1 HTTP tiber SSL (HTTPS)... 129 3.3.2 Secure HTTP (S-HTTP)... 134 3.4 Cookies... 135 3.5 Benutzungvon HTTP... 139 3.6 Nicht zum Standard gehorende HTTP Extensions... 141 3.6.1 Neuladen von Web-Seiten... 142 3.6.2 Obergange zwischen Seiten... 143 3.7 Die Zukunft von HTTP... 144 3.7.1 Protocol Extension Protocol (PEP)... 147 3.7.2 HTTP Next Generation (HTTP-ng)... 149 3.7.3 Multiplexing Protocol (SMUX)... 149 4. Standard Generalized Markup Language (SGML)... 151 4.1 SGML-Konzepte... 152 4.1.1 Inhalt und Darstellung... 153 4.1.2 Strukturierung durch Markup... 156 4.1.3 Document Classes... 159 4.1.4 Darstellung von Inhalt... 163 4.2 Der SGML-Standard... 166 4.2.1 SGML Declaration... 169 4.2.2 Document Type Definition (DTD)... 174 4.2.3 SGML-Dokumente... 184 4.3 Benutzung von SGML... 185 4.3.1 SGML Profiles... 186 4.3.2 SGML Applications... 187 4.3.3 SGML-Validierung... 187 4.4 Die Zukunft von SGML... 190 5. Hypertext Markup Language (HTML)... 191 5.1 Geschichte... 193 5.1.1 Frtihe Versionen... 193 5.1.2 HTML 2.0... 194 5.1.3 HTML 3.2... 194 5.104 HTML 4.0... 195 5.2 Hypertext Markup Language 4.0 (HTML 4.0)... 196 5.2.1 HTML 4.0 DTDs... 196

Inhaltsverzeichnis XI 5.2.2 Gemeinsame Attribute... 198 5.2.3 Grundlegender Autbau eines HTML-Dokuments... 204 5.2.4 Einfacher und strukturierter Text... 218 5.2.5 Bilder und Image Maps... 234 5.2.6 Links... 245 5.2.7 Frames und Formulare... 249 5.2.8 Dynamische Dokumente... 272 5.3 Publishing mit HTML... 282 5.4 Benutzung von HTML... 288 5.5 Die Zukunft von HTML... 291 6. Cascading Style Sheets (CSS)... 293 6.1 CSS-Grundlagen... 293 6.2 Geschichte... 298 6.3 Cascading Style Sheets, Levell (CSSl)... 299 6.3.1 Vererbung... 300 6.3.2 Selectors... 303 6.3.3 Einheiten... 313 6.3.4 Declarations... 316 6.3.5 Verwenden mehrerer Style Sheet... 344 6.4 Verwandte Ansatze... 352 6.5 Konvertierung nach CSS... 353 6.6 Die Zukunft von CSS... 354 6.6.1 Cascading Style Sheets Positioning (CSS-P)... 354 6.6.2 Cascading Style Sheets, Level 2 (CSS2)... 355 7. Extensible Markup Language (XML)... 359 7.1 XML-Grundlagen... 361 7.1.1 Erstellen von Dokumenttypen... 362 7.1.2 Formatierung von XML-Dokumenten... 363 7.1.3 Konvertierung... 368 7.2 Extensible Markup Language 1.0 (XML 1.0)... 374 7.2.1 Unterschiede zu SGML... 376 7.3 XML Linking Language (XLink)... 378 7.3.1 Linking-Konzepte... 379 7.3.2 Link-Informationen... 384 7.3.3 Link-Typen... 386 7.3.4 Attribute... 388 7.4 XML Pointer Language (XPointer)... 393 7.4.1 Konzepte... 394 7.4.2 Location Terms... 394 7.4.3 Spanning Locators... 401 7.4.4 Persistenz... 401 7.5 Extensible Style Language (XSL)... 403 7.5.1 Konzepte... 405

XII Inhaltsverzeichnis 7.5.2 Style Sheets... 408 7.6 XML und andere Markup Languages... 410 7.6.1 Vergleich von XML und HTML... 410 7.6.2 Vergleich von XML und SGML... 411 7.7 Die Zukunft von XML... 413 8. Skripte und Programmierung... 415 8.1 Skriptsprachen... 415 8.1.1 ECMAScript......... 418 8.1.2 VB Script... 419 8.2 Programmiersprachen... 419 8.2.1 Java... 419 8.3 Verteilte Programmierung... 422 8.3.1 Remote Method Invocation (RMI)... 423 8.3.2 Common Object Request Broker Architecture (CORBA)... 424 8.3.3 Distributed Component Object Model (DCOM)... 425 8.304 Interworking... 426 9. HTTP-Server... 427 9.1 Server-Leistungsfahigkeit... 428 9.2 Server-Konfiguration... 429 9.2.1 Server-Start... 430 9.2.2 Virtuelle Host... 432 9.2.3 Origin Server... 435 9.204 Proxies... 441 9.3 Der Apache-HTTP-Server... 444 9.3.1 Installation... 446 9.3.2 Konfiguration... 448 904 Common Gateway Interface (CGI)... 454 904.1 Kommunikation mit dem Server... 456 904.2 Formulare und CGI... 461 904.3 Server-Side Includes (SSI)... 463 10. 10.1 10.1.1 10.1.2 10.2 10.2.1 10.2.2 10.3 loa 1004.1 1004.2 1004.3 Verschiedenes...... 465 Server-Technologien... 466 FastCGI... 466 Java-Servlets... 467 Browser............... 467 Integration... 468 Prefetching..................... 471 Suchmaschinen... 473 Neue Inhaltstypen... 475 Virtual Reality Modeling Language (VRML)... 476 Mathematical Markup Language (MathML)... 478 Portable Network Graphics (PNG)... 480

Inhaltsverzeichnis XIII 10.4.4 10.4.5 10.5 10.5.1 10.5.2 10.5.3 10.5.4 10.5.5 10.5.6 11. 11.1 11.1.1 11.1.2 11.2 11.2.1 11.2.2 11.3 11.3.1 A. A.1 A.1.1 A.1.2 A. 1.3 A.2 A.2.1 A.2.2 A.2.3 A.2.4 A.2.5 A.3 A.3.1 A.3.2 B. B.1 B.2 B.3 B.4 C. C.1 C.2 Vektorgrafiken... 482 RealMedia Architecture (RMA)... 483 Neue Architekturkomponenten... 484 Platform for Internet Content Selection (PICS)... 484 Digital Signature Initiative (DSig)... 488 Resource Description Framework (RDF)... 489 Dynamic Fonts... 490 Document Object Model (DaM)... 492 Synchronized Multimedia Integration Language (SMIL)... 494 Verwandte Technologien... 497 E-Mail... 498 Senden von E-Mail... 499 Empfangen von E-Mail... 502 Verzeichnisdienste... 505 Directory Access Protocol (DAP)... 508 Lightweight Directory Access Protocol (LDAP)... 508 Usenet-Nachrichten... 509 Network News Transfer Protocol (NNTP)... 510 HTTP/1.1-Definitionen............ 511 Nachrichten... 511 Allgemeine Definitionen... 511 Request... 512 Response..................... 513 Statuscodes... 513 Informational (lxx)... 513 Successfull (2xx)... 514 Redirection (3xx)... 514 Client Error (4xx)... 514 Server Error (5xx)... 515 Warncodes... 515 Temporary Warnings (lxx)... 515 Persistent Warnings (2xx)... 516 HTML-4.0-Definitionen... 517 SGML-Deklaration... 517 DTD Entities... 519 HTML 4.0 Table DTD... 533 HTML 4.0 Form DTD... 535 XML 1.0 Definitionen... 539 SGML Declaration... 539 XML DTD fur SMIL... 543 Glossar... 549 Stichwortverzeichnis............... 621

Abbildungsverzeichnis Abb. 1.1 Abb. 1.2 Abb.1.3 Abb.1.4 Abb.2.1 Abb.2.2 Abb.2.3 Abb.2.4 Abb.3.1 Abb.3.2 Abb.3.3 Abb.3.4 Abb.3.5 Abb.3.6 Abb.3.7 Abb.3.8 Abb.3.9 Abb.3.10 Abb.3.11 Abb.3.12 Abb.3.13 Abb.3.14 Abb.3.15 Abb.3.16 Abb.3.17 Abb.4.1 Abb.4.2 Abb.4.3 Abb.4.4 Abb.4.5 Abb.5.1 Abb.5.2 Abb.5.3 Das DNS als Teil des Ladens von Web-Seiten...................... 25 Schichtung von Kommunikationsprotokollen... 26 Schichtung von Kommunikationsprotokollen - TCP/IP... 28 Schichtung von Kommunikationsprotokollen - Anwendungsprotokolle........................................ 30 Web-Links aus der Sicht des Benutzers.......... 37 Die Beziehung zwischen URIs, URNs und URLs... 41 Verwendung eines URN Naming Service (UNS)... 42 Verwendung eines RDS und eines URN Resolver Service...... 47 Grundlegende Funktionsweise von HTTP........................ 60 HTTP unter Einbeziehung eines Proxies.......................... 61 HTTP unter Einbeziehung eines Tunnels......... 61 Server-Driven Content Negotiation.............................. 94 Agent-Driven Content Negotiation.............................. 96 Transparent Content Negotiation... 97 Persistente HTTP-Verbindungen... 104 HTTP Request Pipelining.................................... 107 Chunked Transfer Coding... 107 Mogliche Cache Locations... 109 HTTP Caching mit Cache Miss... 110 HTTP Caching mit Cache Hit... 111 HTTP-ValidierungzwischengespeicherterEntities... 117 Schichtung der Kommunikationsprotokolle bei der Verwendung von SSL.......................................... 130 Mogliche Plazierung der SSL- und der TCP-Implementierung... 134 Schichtung von Kommunikationsprotokollen mit S-HTTP.......... 135 HTTP State Management mit Cookies... 137 Beispiel fur strukturierten Inhalt... 154 Hierarchische Struktur eines SGML-Dokuments... 161 Ein allgemeiner SGML Parser... 166 Ein spezialisierter SGML Parser (z. B. fur XML)... 168 Ein spezialisierter SGML Parser (z. B. fur HTML)... 168 Ein HTML Parser............................................. 192 Konvertierung einer Transitional DTD in Strict HTML 4.0... 198 Grundlegender Aufbau eines HTML-Dokuments... 205

Abbildungsverzeichnis xv Abb.5.4 Abb.5.5 Abb.5.6 Abb.5.7 Abb.5.8 Abb.5.9 Abb.5.10 Abb.5.ll Abb.6.1 Abb.6.2 Abb.6.3 Abb.6.4 Abb.6.5 Abb.6.6 Abb.6.7 Abb.6.8 Abb.6.9 Abb.6.10 Abb.6.ll Abb.6.12 Abb.6.13 Abb.6.14 Abb.7.1 Abb.7.2 Abb.7.3 Abb.7.4 Abb.7.5 Abb.7.6 Abb.7.7 Abb.7.8 Abb.7.9 Abb.7.10 Abb.7.ll Abb.8.1 Abb.8.2 Abb.9.1 Abb.9.2 Abb.9.3 Abb.9.4 Abb.9.5 Hierarchie eines HTML-Dokuments............................. 205 Mit <LINK> ausgedruckte Beziehungen zwischen Dokumenten... 210 Formatierung des <TH>-Elements und Benutzung des COLSPAN-Attribut... 231 Server-Side Image Maps... 239 Client-Side Image Maps... 241 Die Struktur einer HTML-Seite, die von Frames Gebrauch macht... 250 Ein Beispiellayout mit verschachtelten <FRAMESET>-Elementen... 253 Publishing mit HTML......................................... 283 Publishing mit CSS... 294 Publishing mit CSS unter Verwendung von Cascading Style Sheets... 295 Die W3C-W eb-seite zum Thema Style Sheets... 297 Hierarchische Struktur eines HTML-Dokuments und Vererbung... 301 Dberschreiben von Vererbung... 301 Verwenden von Vererbung fur Defaults und Ausnahmen... 302 Abstande fur Block-Level-Elemente... 323 Die Properties word-spacing und letter-spacing... 331 Auswirkung der Property background-repeat... 336 Verwenden von Prozentwerten fur die Property background-position.......................................... 338 Kaskadierung und Vererbung mit CSS... 344 User und Designer Style Sheets in einem CSS-Browser... 347 Mehrere Designer Style Sheets in einem CSS-Browser............... 348 User und mehrere Designer Style Sheets in einem CSS-Browser... 349 Ein XML-Parser.............................................. 361 Publishing mit XML... 362 Struktur eines kleinen XML-Dokuments... 365 Publishing mit XMLlXSL... 367 Ein XML-Parser fur wohlgeformte XML-Dokumente... 374 Out-of-Line Links... 381 Direktionalitat von Links... 383 Anzahl verknupfter Ressourcen... 384 Die XPointer-Schliisselworter zum Fortbewegen durch den Document Tree... 397 Verschiedene XPointer wahlen dieselbe Subressource aus.......... 402 XSL Result Tree Construction (Abbildung von XML aufhtml)... 407 Struktur einer CORBA-Anwendung... 424 CORBA in einer heterogenen Umgebung... 426 IP-basierte virtuelle Host... 433 Nicht aufip basierende virtuelle Hosts... 434 HTTPS Proxying... 443 SSL Proxying................................................. 444 Client/Server-Interaktion mit CGI... 455

XVI Abbildungsverzeichnis Abb.9.6 Formulare und CGI... 462 Abb. ILl Protokolle fur die E-Mail-Dbertragung... 499 Abb. 11.2 X.500-Verzeichniszugriff mit DAP............................... 506 Abb. 11.3 X.500-Datendistribution mit DSP... 507 Abb. 11.4 Verzeichniszugriff mitldap... 509