Informatik 11

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====== Das Internet ======
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Das Internet entstand ab 1968 unter dem Namen [[https://de.wikipedia.org/wiki/Arpanet|ARPANET]] (Advanced Research Projects Agency Network) als Forschungsvorhaben der US-Airforce in Zusammenarbeit mit mehreren amerikanischen Universitäten. Ziel war es, ein Netzwerk zu schaffen, das weniger sensibel gegen Störungen und Ausfälle von Netzwerkknoten und Leitungen war als das damals bestehende Telefonnetz. Im Laufe der nächsten 20 Jahre wurde das Internet auf immer mehr Universitäten ausgeweitet, bis schließlich Ende der 1990'er Jahre auch die ersten Privathaushalte angeschlossen wurden. Wesentlich zur Verbreitung trugen 
  * die Erfindung des [[https://de.wikipedia.org/wiki/World_Wide_Web|WWW (HTML, Browser, HTTP)]] durch Sir Tim Berners-Lee,
  * die [[https://de.wikipedia.org/wiki/Telekommunikationsmarkt|Liberalisierung des Telekommunikationsmarktes]] insbesondere in Deutschland und
  * Google als erste wirklich brauchbare Suchmaschine 
bei.
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===== Historischer Exkurs: Das analoge Telefonnetz =====
Um zu verstehen, welche technischen Errungenschaften das Internet beinhaltet, ist es sinnvoll, einen kurzen Blick auf den Vorläufer, das Telefonnetz der 1960'er bis 2000'er Jahre, zu werfen. Von jedem Haushalt aus führte damals eine 2-adrige Kupferleitung zu einem Verteilerknoten. Von dort führte ein Kabelbündel zur Ortsvermittlungsstelle im Ort/Ortsteil (z.B. ein Verteiler in Manching). Von dieser wiederum führte ein Kabelbündel mit z.B. 100 Kupferadern zur Knotenvermittlungsstelle (z.B. in Ingolstadt), von dort ein noch dickeres Bündel mit 1000 Adern zur Hauptvermittlungsstelle und von dort ein noch dickeres Kabelbündel zu einer der Zentralvermittlungsstellen in Deutschland (Nürnberg, Düsseldorf, Berlin, Hamburg, Hannover, Frankfurt am Main, Stuttgart, München -> **nicht** auswendiglernen!). Diese waren untereinander ebenfalls vernetzt. An den einzelnen Vermittlungsstellen befanden sich jeweils Verstärkerschaltungen um die Signalamplitude und -qualität aufrechtzuerhalten. 
 [[https://de.wikipedia.org/wiki/Vermittlungsstelle|Eine detaillierte Beschreibung dieses Netzes finden Sie hier.]] \\ \\ 
Wählte man eine Nummer am Telefon, so wurde mit jeder gewählten Ziffer durch ausgefeilte automatische, elektromechanische Vermittlungsschaltungen die Kabelverbindung zur nächsten Vermittlungsstelle durchgeschaltet bis schließlich eine durchkontaktierte Kabelverbindung zum Zieltelefon bestand. Diese Verbindung wurde für die gesamte Dauer des Telefongesprächs aufrechterhalten. Das Telefonnetz in dieser Form war 
  * sehr aufwändig im Unterhalt (Wartung der vielen mechanischen Relais und der vielen Millionen Kabelverbindungen),
  * sehr anfällig für Störungen und
  * sehr empfindlich im Fall von Störungen (kaum Möglichkeit, "Umwege" zu schalten).

Beginnend mit den 1990'er Jahren wurden immer größere Teile des Telefonnetzes digitalisiert und dann ins Internet überführt. Inzwischen ist der Großteil der deutschen Haushalte nicht mehr analog zum Telefonnetz verbunden, sondern mittels [[https://de.wikipedia.org/wiki/IP-Telefonie|IP-Telefonie]] über das Internet. 

===== Topologie des Internet =====
{{ :kommunikation:internet:pasted:20231215-141953.png?350 }}
Die großen Internetknoten sind **maschenförmig** vernetzt, d.h. jeder Knoten ist mit mehreren anderen verbunden. Die Vernetzung in die nächstkleineren Teilnetze ist dann meist **sternförmig**. 
===== Lokale Netzwerke in Gebäuden =====
{{ :kommunikation:internet:pasted:20231215-145505.png?400}}
In einzelnen Gebäuden befindet sich meist jeweils ein **Router** als Bindeglied zum Internet. Neben der Verteilung der Daten per **Ethernet** (Netzwerkkabel) und **WLAN** bietet der Router weitere nützliche Funktionalitäten:
  * Schaffung eines unabhängigen Adressbereichs im Haushalt (NAT) 
  * Abschottung des Netzes nach außen
  * Filterung des WWW (Jugendschutz!) und Zeitbeschränkung für einzelne Geräte 
  * Dynamische Vergabe der Geräteadressen im Haushalt (DHCP)
Die Weiterverteilung innerhalb des Gebäudes übernehmen **Switches** und **Access Points**. Erstere haben mehrere Ethernet ports, an die Endgeräte, Router usw. angeschlossen werden können. Letztere haben meist einen Ehternet port, über dem sie zum Router verbunden sind sowie mehrere Antennen, über die sie von Endgeräten (Tablets, Notebooks, Smartphones) aus erreichbar sind. \\ 
In der schematischen Zeichnung sehen Sie zudem ein **NAS** (network attached storage). Es handelt sich um einen kleinen stromsparenden Rechner mit mehreren Festplatten, auf die von allen Geräten im Haushalt aus zugegriffen werden kann. So können Fotos, Filme usw. zentral gespeichert werden und müssen nicht immer von Gerät zu Gerät kopiert werden. Die Festplatten im NAS sind meist als [[https://de.wikipedia.org/wiki/RAID|RAID-Verbund]] konfiguriert, das bedeutet, dass die Daten redundant abgespeichert werden, so dass beim Ausfall einer Festplatte deren Daten durch die anderen Festplatten wiederhergestellt werden können. 
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===== Vernetzung der großen Internetknoten =====
Die großen Internetknoten (z.B. das [[https://www.lrz.de/|Leibnitz-Rechenzentrum an der TU München]] oder der [[https://www.de-cix.net/de/standorte/frankfurt|DE-CIX]] in Frankfurt) sind maschenförmig vernetzt, d.h. jeder Knoten hat Verbindungen zu mehreren anderen großen Internetknoten und ist in der Lage, die vielen einzelnen Datenpakete, die bei ihn angelangen, geeignet an die benachbarten Knoten weiterzuleiten, so dass sie möglichst schnell zum Zielrechner gelangen. Um zu ermitteln, an welchen benachbarten Knoten er die Datenpakete jeweils weitergeben soll, besitzt jeder Knoten eine **routing table**. \\ \\ 
Bekommt Knoten A beispielsweise ein Paket, das an Knoten H adressiert ist, so entnimmt er der letzten Zeile seiner routing table, dass er dieses am besten an B weitergibt, da es dann nach nur 3 Weiterleitungen (**"hops"**)
{{ :kommunikation:internet:pasted:20231215-120704.png?800 }}


===== "Selbstheilung" des Netzes =====
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Fällt ein Knoten oder eine Leitung aus (weil z.B. ein Baggerfahrer nicht aufgepasst hat oder ein Schleppnetz am Ozeanboden eine Leitung zerreißt), dann kontaktieren die unmittelbar am Schaden anliegenden Netzknoten ihre Nachbarn und informieren sie darüber, welche Einträge ihrer routing tables nun nicht mehr valide sind. Die Nachbarn können entweder direkt Alternativrouten nennen oder fragen wiederum ihre Nachbarn. In kürzester Zeit sind die routing tables so umgeschrieben, dass alle Daten wieder - ggf. auf Umwegen - möglichst schnell ans Ziel gelangen. Insbesondere ist **keine zentrale Instanz nötig, die die Umleitungen koordiniert.** \\ \\ 
Die nachfolgende Darstellung zeigt wie Knoten B seine routing table in Ordnung bringt nachdem er bemerkt hat, dass die Leitung zu E beschädigt wurde. \\ \\ 
Natürlich ist das beschädigte Netz weniger leistungsfähig als das unbeschädigte, aber bis zur Behebung des Leitungsschadens kommen alle Daten wenigstens weiterhin als Ziel.
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{{ :kommunikation:internet:pasted:20231218-123449.png?700 }}