Aufbau des Internets, Client und Server
Du tippst eine Adresse in den Browser und drückst die Eingabetaste. Nach einem Augenblick erscheint die Seite, obwohl der Computer, auf dem sie liegt, vielleicht in einem anderen Land steht. Unterwegs reichen viele Geräte deine Anfrage weiter, und niemand hat dir den Weg gezeigt.
Wie findet deine Anfrage unter Milliarden von Geräten genau das richtige? Warum hat jede Seite einen Namen und eine Nummer? Und wo liegen deine Dateien eigentlich, wenn du sie in der „Cloud“ speicherst? Das klärst du in dieser Lektion.
Netz, Knoten und Internet
Ein Netz besteht aus Knoten und Verbindungen. Knoten sind Geräte wie Computer, Drucker und Router. Verbindungen sind Kabel, Glasfasern oder Funk (WLAN). Ein lokales Netz verbindet Geräte in einem Haus oder einer Schule. Das Internet ist das Netz der Netze: Es verbindet unzählige lokale Netze sowie die Netze von Anbietern und Firmen über Router.
Daten reisen nicht als Ganzes, sondern in kleinen Paketen. Jedes Paket trägt die Adresse seines Ziels. Ein Router leitet es an den nächsten Router weiter, der näher am Ziel liegt, bis es ankommt. Das ist die Weiterleitung. Meist gibt es mehrere Wege. Fällt eine Verbindung aus, nehmen die Pakete einen anderen. Pakete einer Nachricht können verschiedene Wege nehmen. Das Zielgerät setzt sie wieder zusammen.
Ein Netz mit Ausfall
Ein Netz mit Ausfall
Vier Router (R1 bis R4), die Schule und ein Server sind so verbunden: Schule–R1, R1–R2, R1–R3, R2–R4, R3–R4, R4–Server. Auf welchen Wegen kann ein Paket von der Schule zum Server laufen? Was passiert, wenn die Verbindung R2–R4 ausfällt?
Von der Schule geht es zu R1. Von R1 gibt es zwei Wege zu R4: über R2 oder über R3. Von R4 geht es zum Server. Es gibt also zwei Wege: Schule–R1–R2–R4–Server und Schule–R1–R3–R4–Server.
Fällt R2–R4 aus, ist der erste Weg gesperrt. Der zweite funktioniert noch, und die Router leiten die Pakete über R3. Fällt dagegen Schule–R1 aus, gibt es gar keinen Weg, denn diese Verbindung ist der einzige Zugang der Schule.
Client und Server
Im Netz übernehmen Geräte zwei Rollen. Ein Server stellt einen Dienst bereit und wartet auf Anfragen, zum Beispiel ein Webserver mit Webseiten oder ein Mailserver für E-Mails. Ein Client (englisch für „Kunde“) schickt eine Anfrage an einen Server und bekommt eine Antwort. Dein Browser ist ein Client.
Server sind oft leistungsstarke Rechner in Rechenzentren. Aber auch ein gewöhnlicher Computer wird zum Server, wenn auf ihm ein Serverprogramm läuft. Client und Server sind also Rollen, keine festen Gerätearten. Ein Gerät kann in einem Moment Client und im nächsten Server sein.
IP-Adresse
Damit ein Paket sein Ziel findet, braucht jedes Gerät eine Adresse. Die IP-Adresse ist eine Nummer, die ein Gerät im Netz kennzeichnet, so wie die Hausanschrift ein Haus. Bei IPv4 besteht sie aus vier Zahlen von 0 bis 255, getrennt durch Punkte, zum Beispiel 192.168.0.5. Adressen, die mit 192.168 beginnen, werden in lokalen Netzen benutzt.
Jede der vier Zahlen passt in 1 Byte, denn ein Byte kennt 256 Werte. Eine IPv4-Adresse hat also 4 Byte, das sind 32 Bit. Damit gibt es etwa 4,3 Milliarden Adressen. Das ist für alle Geräte der Welt zu wenig. Darum gibt es das Format IPv6 mit längeren Adressen.
Domainname, DNS und URL
Nummern kann man sich schlecht merken. Darum haben Server einen Domainnamen, zum Beispiel www.example.org. Das Domain Name System (DNS) ist das Telefonbuch des Internets: Dein Gerät fragt einen DNS-Server nach dem Domainnamen und bekommt die IP-Adresse zurück. Erst dann kann es seine Anfrage an den Server schicken.
Eine URL ist die vollständige Adresse einer Seite oder Datei. Ein Beispiel: https://www.example.org/schule/plan.html
| Teil | Im Beispiel | Bedeutung |
|---|---|---|
| Protokoll | https | Regeln, nach denen Client und Server reden |
| Domainname | www.example.org | Name des Servers |
| Pfad | /schule/plan.html | Ort der Datei auf dem Server |
Protokoll
Ein Protokoll ist eine Verabredung, wie zwei Geräte miteinander sprechen: in welcher Reihenfolge, in welchem Format und was bei Fehlern geschieht. Du kennst das vom Telefon: „Hallo, hier ist Mia.“ „Hallo, Mia.“ Erst nach der Begrüßung kommt die Frage. Für Webseiten gibt es das Protokoll HTTP. Die abgesicherte Variante heißt HTTPS. Für E-Mails gibt es andere Protokolle, eines zum Senden und eines zum Abholen. Weil sich alle an dieselben Protokolle halten, arbeiten Geräte verschiedener Hersteller zusammen.
Eine Seite abrufen
Eine Seite abrufen
Du gibst https://www.example.org/schule/plan.html in den Browser ein. Beschreibe, was passiert, bis die Seite erscheint.
- Schritt 1: Der Browser (Client) zerlegt die URL in Protokoll https, Domainname www.example.org und Pfad /schule/plan.html.
- Schritt 2: Er fragt einen DNS-Server nach der IP-Adresse von www.example.org.
- Schritt 3: Der DNS-Server antwortet mit der IP-Adresse.
- Schritt 4: Der Browser schickt eine Anfrage an diese Adresse: „Gib mir /schule/plan.html.“ Die Pakete laufen über mehrere Router.
- Schritt 5: Der Webserver sucht die Datei und schickt sie in Paketen zurück.
- Schritt 6: Der Browser setzt die Pakete zusammen und zeigt die Seite.
WWW, Hypertext und E-Mail
Das World Wide Web (WWW) ist ein Dienst im Internet: Webseiten, die über Verweise verbunden sind und die du mit einem Browser von Webservern abrufst. Ein Text mit Verweisen heißt Hypertext, ein Verweis heißt Link. Zeichnest du jede Seite als Punkt und jeden Link als Pfeil, entsteht ein Graph: ein Netz aus Knoten (die Seiten) und Kanten (die Links). Auch ein Ordnerbaum ist ein Graph, nur ein besonders einfacher.
E-Mail ist ein anderer Dienst im Internet. Dein Mailprogramm (Client) schickt die Nachricht an den Mailserver deines Anbieters. Der leitet sie an den Mailserver des Empfängers weiter. Dort liegt sie im Postfach, bis der Empfänger sie mit seinem Mailprogramm abholt. Eine E-Mail-Adresse hat die Form name@domain, zum Beispiel mia@example.org.
Hypertext als Graph
Hypertext als Graph
Vier Seiten A, B, C und D haben diese Links: A auf B, A auf C, B auf D, C auf D, D auf A. Wie viele Kanten hat der Graph? Wie viele Klicks brauchst du mindestens von A nach D? Wie viele Klickwege mit dieser Mindestzahl gibt es?
Jeder Link ist eine Kante. Es gibt fünf Links, also hat der Graph 5 Kanten. Von A nach D führt kein direkter Link, mit 1 Klick geht es nicht. Mit 2 Klicks geht es auf zwei Wegen: A–B–D und A–C–D. Du brauchst mindestens 2 Klicks, und es gibt 2 Wege dafür.
Daten speichern: lokal, im Schulnetz, in der Cloud
Deine Dateien können an verschiedenen Orten liegen. Lokal heißt: auf dem Gerät selbst, zum Beispiel auf der Festplatte deines Laptops. Im Schulnetz liegen sie auf einem Server der Schule, und du siehst sie nach der Anmeldung an jedem Schulrechner. In der Cloud liegen sie auf Servern eines Anbieters irgendwo im Internet, und du kommst von jedem Gerät mit Internet daran.
| Lokal | Schulnetz | Cloud | |
|---|---|---|---|
| Zugriff | nur an diesem Gerät, auch ohne Internet | an Schulgeräten nach Anmeldung | von überall mit Internet |
| Wer sichert die Daten | du selbst | in der Regel die Schule | der Anbieter |
| Nachteil | geht das Gerät kaputt oder verloren, sind die Daten weg | zu Hause oft nicht erreichbar | die Daten liegen bei einer fremden Firma, ohne Internet kein Zugriff |
Internet und WWW sind dasselbe
Internet und WWW sind dasselbe
„Das Internet ist das World Wide Web.“
Das Internet ist das Netz der Netze mit Kabeln und Routern. Das WWW ist ein Dienst darauf. Auch E-Mail und viele Online-Spiele laufen über das Internet, aber nicht über das WWW.
Die Cloud ist eine Wolke ohne Ort
Die Cloud ist eine Wolke ohne Ort
„Meine Daten in der Cloud liegen irgendwo im Nichts, da kommt keiner dran.“
Die Daten liegen auf echten Computern einer Firma. Du musst dem Anbieter vertrauen, und du schützt dein Konto mit einem sicheren Passwort (mehr dazu in der nächsten Lektion).
Zusammenfassung
Ein Netz besteht aus Knoten und Verbindungen. Das Internet verbindet viele lokale Netze über Router.
Daten reisen in Paketen. Router leiten jedes Paket Schritt für Schritt weiter, und fällt eine Verbindung aus, nehmen die Pakete einen anderen Weg.
Ein Server stellt einen Dienst bereit, ein Client fragt ihn an. Das sind Rollen, keine festen Gerätearten.
Eine IP-Adresse kennzeichnet ein Gerät. Eine IPv4-Adresse hat 4 Byte. Das DNS übersetzt Domainnamen in IP-Adressen.
Eine URL besteht aus Protokoll, Domainname und Pfad. Ein Protokoll ist eine Verabredung, wie Geräte miteinander sprechen.
Das WWW und E-Mail sind Dienste im Internet. Webseiten bilden mit ihren Links einen Graphen.
Daten liegen lokal, im Schulnetz oder in der Cloud. Jeder Ort unterscheidet sich in Zugriff, Sicherung und Nachteilen.
Übungen
Du rufst im Browser eine Webseite auf. Welche Aussage stimmt?
Eine IPv4-Adresse besteht aus vier Zahlen von 0 bis 255. Jede Zahl braucht 1 Byte. Wie viele Bit hat die ganze Adresse?
Fünf Seiten A bis E haben diese Links: A auf B, B auf C, C auf D, C auf E, D auf A, E auf A. Wie viele Klicks brauchst du mindestens, um von B nach A zu kommen?
Was ist in der URL https://www.example.org/schule/plan.html der Domainname?
Was macht ein Router im Internet?
Vergleiche das Speichern auf dem eigenen Laptop mit dem Speichern in der Cloud. Nenne einen Vorteil und einen Nachteil der Cloud.