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--- gf_informatik:web:internet [2021-11-27 14:27] – [Kommunikationsebenen] hof
+++ gf_informatik:web:internet [2023-12-14 14:06] (aktuell) – [Internet & Netzwerke] hof
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 # Internet & Netzwerke
+{{ :gf_informatik:web:internet_101.pdf | Präsentation}}
 Das Internet ist überall, jeder von uns benutzt es täglich hundert- oder tausendfach. Aber was ist denn eigentlich das Internet? Was sind dessen Bausteine? Was passiert beim Aufruf einer Webseite? Wie hat das Internet unsere Welt verändert, und welche Veränderungen könnten noch kommen?
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 Weshalb gibt es denn nicht zwischen allen Geräten eine eigene Verbindung? Wieviele Verbindungen bräuchte es, um die 30 Milliarden (30e9) Geräte alle miteinander zu verbinden?
-Die Anzahl Verbindungen wächst mit dem **Quadrat** der Geräte, es wären also 9e20 (fast eine Quadrilliarde) Verbindungen nötig.
+Die Anzahl Verbindungen wächst mit dem **Quadrat** der Geräte, es wären also 9e20 (fast eine Trilliarde) Verbindungen nötig.
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 Wir kennen Protokolle aus vielen Bereichen des täglichen Lebens: Ein höfliches Gespräch beginnt beispielsweise mit einer Begrüssung und schliesst mit der Verabschiedung:
+{{ :gf_informatik:web:protokoll2.jpg?nolink&600 |}}
+### Anwendungsschicht
+Auf der Anwendungsschicht geht es darum, was ein Benutzer (oder ein Programm) eigentlich erreichen will.
+In der Analogie der Paketpost geht es darum, dass wir beispielsweise Möbel von einem Schulhaus zum anderen transportieren wollen:
+{{ :gf_informatik:web:anwendungsschicht_analogie.jpg?nolink&600 |}}
+Die Anwendungsschicht nützt die Abstraktion, die ihr von der Transportschicht geboten wird: den bidirektionalen Datenstrom.
+Im Internet gibt es tausende von Anwendungsprotokollen, aber ein paar wenige sind besonders wichtig:
+#### HTTP
+Das **HyperText Transfer Protocol** dient den Browser dazu, Webseiten vom Server zu unserem Gerät zu übertragen.
+{{ :gf_informatik:web:http_proto.jpg?nolink&600 |}}
+Ein HTTP-Server ist normalerweise auf dem TCP-Port 80 erreichbar.
+#### DNS
+Das **Domain Name System** dient als "Telefonbuch des Internets". Der DNS-Server weiss die korrekte IP-Adresse (z.B. 161.78.13.64 s. Kapitel Vermittlungsschicht) für jede Domain (z.B. "www.ksr.ch").
+Der DNS-Dienst läuft normalerweise auf dem TCP-Port 53.
+#### SMTP
+Das **Simple Mail Transfer Protocol** dient dem versenden von Emails. Ein SMTP-Server läuft normalerweise auf TCP-Port 25.
+### Transportschicht
+Die **Transportschicht** stellt der Anwendungsschicht einen **bidirektionalen Datenstrom** zur Verfügung. Der Datenstrom kann beliebig grosse Daten in beiden Richtungen versenden. Die Transportschicht stellt also sicher, dass die einzelnen Daten-Pakete in der gleichen Reihenfolge beim Empfänger ankommen, wie sie abgeschickt worden sind. Verloren gegangene Pakete werden nochmals beim Sender angefordert.
+In der Paket-Analogie stellt der Hausdienst sicher, dass die Möbel korrekt in einzelne Pakete zerteilt und verpackt werden. Zudem erstellt der Hausdienst einen Lieferschein der zur Sendung gehörenden Pakete, damit der Empfänger weiss, ob er alle erhalten hat.
+{{ :gf_informatik:web:transportschicht_analogie.jpg?nolink&600 |}}
+Im richtigen Internet handelt das **TCP** (*Transport Control Protocol*) auch noch die richtige Geschwindigkeit zwischen den beiden Endpunkten aus, so dass die Daten so schnell wie möglich versendet werden, ohne das Netzwerk zu überlasten.
+Um einen Datenstrom zu identifizieren verwendet TCP sogenannte **Ports** auf beiden Seiten der Verbindung. Zusammen mit der IP-Adresse des Senders und des Empfängers bestimmen Sie jede Verbindung eindeutig.
+Einige bekannte Protokolle der Anwendungsschicht können unter sogenannten *well-known Ports* erreicht werden:
+^ Dienst      ^ Port       ^
+| HTTP (Web)    |  80 |
+| HTTPS (Verschlüsseltes Web)    |  443 |
+| DNS    |  53 |
+| SMTP (Email)  |  25 |
+Die Transportschicht nützt die Abstraktion, die ihr von der nächstunteren Ebene geboten wird: die End-zu-Ende-Vermittlung von einzelnen Paketen.
+### Vermittlungsschicht
+Die *Vermittlungsschicht* (en. *Internet Layer*) stellt den oberen Schichten den Versand von einzelnen Paketen von einem Gerät im Internet zu jedem anderen (Ende-zu-Ende). Das *Internet Protocol* (**IP**) verwendet zur Adressierung die [[gf_informatik:web:internet:ip_adressen|]].
+Im Paketbeispiel entspricht die Vermittlungsschicht der Post, die IP-Adressen den Post-Adressen.
+{{ :gf_informatik:web:vermittlungsschicht_analogie.jpg?nolink&600 |}}
+Wie bei der Paketpost verbindet auch das Internet nicht alle Geräte direkt miteinander. Wie bei der Paketpost müssen Pakete dem Netz entlang von Knoten zu Knoten (=Paketsortierzentrum) geleitet werden. An jedem Knoten muss entschieden werden, wie ein Paket weitergeleitet wird. Dieser Vorgang heisst im Internet **Routing**, und Knoten mit mehreren Verbindungen heissen **Router**. Siehe [[gf_informatik:web:internet:routing|]]
+### Physikalische Schicht
+Die *Physikalische Schicht* (oder *Netzzugangsschicht*) ist die unterste Netzwerkebene. Sie bietet den oberen Schichten den Paketvermittlung bis zum Ende des nächsten Kabels. Als Adressen werden sogenannte *MAC-Adressen* verwendet, die jedes Gerät (genauer: jede Netzwerkkarte) eindeutig identifizieren. Anders als die IP-Adressen ändern MAC-Adressen nicht, wenn das Gerät in einem anderen Netzwerk angemeldet wird.
+Im Internet gibt es eine Vielzahl von Technologien, die auf der Netzzugangsschicht verwendet werden. Am häufigsten begegnen uns Ethernet (Kabelgebundenes Ethernet / LAN) und Wifi (WLAN / Funknetzwerk) sowie LTE (Mobilfunk).
+In unserer Paketanalogie entspricht der Netzugangsschicht der Transport von einem Knoten zum nächsten, beispielsweise von Romanshorn ins Paketsortierzentrum Härkingen. Den oberen Schichten ist egal, ob dieser Transport per Camion oder mit dem Zug erfolgt - Hauptsache, das Paket kommt an. Genauso ist dem Lastwagen die endgültige Zieladresse des Pakets egal - er kümmert sich nur um die Adresse des Paketzentrums.
+{{ :gf_informatik:web:netzzugangsschicht_analogie.jpg?nolink&600 |}}