Das Internet

Diese Unterrichtseinheit basiert auf Unit 2 - The Internet im Computer-Science-Grundlagenkurs von Code.org

tbd.: Arbeitsweise mit Journal (Papierheft, alternativ OneNote) beschreiben.

Ausserdem: Internet – Gesellschaftliche und politische Herausforderungen

• …das Senden von Daten von Gerät zu Gerät als grundlegende Funktion des Internets nennen.
• …die serielle Datenübertragung erklären: = Bit für Bit (nicht „auf einmal“, nicht parallel).

• Video "What is the Internet?"
• Internet-Simulator (V1)

• Netzwerkstrukturen anhand verschiedener Kriterien beurteilen und vergleichen.
• die Begriffe Pfad, digitales Gerät, Netzwerk, Bandbreite erklären.

• Ein digitales Gerät ist zum Beispiel ein Computer, ein Smartphone, ein Server oder sonst ein Gerät, das digitale Daten einlesen/empfangen, verarbeiten und ausgeben/senden kann. Ein mit dem Internet verbundenes digitales Gerät kann Daten über das Internet austauschen.
• Ein Pfad ist eine direkte oder indirekte Daten-Verbindung zwischen zwei digitalen Geräten. Wenn Gerät A Daten über das Internet an Gerät B sendet, dann werden diese Daten entlang eines Pfades (oder entlang verschiedener Pfade) übermittelt.
• Ein Netzwerk entsteht, wenn mehrere digitale Geräte so miteinander verbunden werden, dass sie miteinander kommunizieren (das heisst: sinnvoll Daten austauschen) können.
• Die Bandbreite bestimmt die Geschwindigkeit, mit der Daten ausgetauscht werden. Sie sagt, wie viele Daten „gleichzeitig“ übermittelt werden können:
  • Bei einer kleinen Bandbreite können pro Sekunde nur wenige Bits oder Bytes übermittelt werden. Es dauert lange, bis die Daten übermittelt sind.
  • Bei einer grossen Bandbreite können pro Sekunde mehrere Millionen Bytes übermittelt werden. Es dauert schnell, bis die Daten übermittelt sind.

• erklären, weshalb für die Kommunikation in einem Netzwerk Regeln erforerlich sind.
• zwei grundlegende Regeln für die Kommunikation im Netzwerk nennen:

  1. Jedes digitale Gerät hat eine Adresse.
  2. Jede Nachricht ist mit zwei Adressen, „von“ und „zu“, versehen.

  • die Begriffe Protokoll, Internet Protokoll (IP), IP-Adresse erklären.

• Internet-Simulator (V2)
• Video "The Internet: IP Addresses & DNS"

• Ein Protokoll legt Regeln für die Kommunikation zwischen digitalen Geräten fest. Geräte können sich nur dann sinnvoll miteinander verbinden und Daten austauschen, wenn sie sich genau an alle Regeln halten, die in den Protokollen festgelegt sind. Für die Kommunikation im Internet werden sehr viele Protokolle benötigt. Eines der wichtigsten ist das Internet Protocol.
• Das Internet Protocol legt fest, dass jedes Gerät im Netzwerk eine einzigartige Nummer (Adresse) bekommt und jede Nachricht mit Adressen von Absender und Empfänger versehen ist.
• Die IP-Adresse ist eine Zahl, mit der jedes Gerät, das mit dem Internet verbunden ist, identifiziert werden kann. Jede Nachricht (jedes Paket), das über das Internet von einem Gerät zu einem anderen gesendet wird, enthält zwei IP-Adressen: Die Zieladresse und die Ursprungsadresse. Auf diese Weise kann jede Nachricht zum richtigen Gerät geleitet werden. Und das Empfangsgerät weiss, an welche Adresse es seine Antwort zurücksenden muss.

• skizzieren, wie mit Routern 1.) Netzwerke gebildet und 2.) mehrere Netzwerke miteinander (zum Internet) verknüpft werden.
• die Begriffe Router und Redundanz am Beispiel eines Netzwerks erklären.
• die Vorteile redundant aufgebauter Netzwerke erklären.

• Internet-Simulator (V3)
• Folien zu Routing

• Ein Router ist ein digitales Gerät, das Nachrichten innerhalb eines Netzwerks und über Netzwerke hinweg weiterleiten kann. Ein Router verfügt über mehrere Netzwerkkarten und kann sich deshalb mit mehreren Netzwerken gleichzeitig verbinden. So kann er zum Beispiel eine Nachricht bekommen, die von einem Gerät in Netzwerk A kommt und diese an ein Gerät in Netzwerk B senden.
• Redundanz liegt dann vor, wenn bestimmte Elemente mehrfach vorhanden sind, von denen eigentlich nur eines nötig wäre. Manchmal nennt man etwas redundant, um darauf hinzuweisen, dass es überflüssig ist. Aber in vielen Fällen ist Redundanz gewollt. Zum Beispiel für die Sicherheit: Am Fahrrad wollen wir nicht nur eine Bremse haben – auch wenn eine Bremse meistens reichen würde: Was passiert wenn die eine Bremse plötzlich ausfällt und wir gerade einen Steilhang hinunter fahren? Auch die Zuverlässigkeit wird oft besser dank redundanter Systeme: Heute führen mehrere Eisenbahntunnel durch den Gotthard. Wenn eines gesperrt ist, können durch die anderen weiterhin Güter und Personen transportiert werden. Auch im Internet wird die Zuverlässigkeit besser, wenn mehrere Pfade zwischen zwei Geräten bestehen. Im Internet kann Redundanz ausserdem eine bessere Leistung (eine höhere Bandbreite) bewirken: Wenn mehrere Pfade zwischen zwei Geräten bestehen, können Daten auch dann schnell übermittelt werden, wenn einzelne Verbindungen überlastet sind.

• beschreiben, wie Daten im Internet in Form von Paketen übertragen werden:
  • die Besonderheiten der Paketübertragung nennen (variable Wege, dezentral gesteuert),
  • erklären, wie selbst grosse Dateien (wie Bilder oder Videos) zuverlässig übertragen werden können, obwohl manche Pakete in falscher Reihenfolge oder gar nicht ankommen und
  • Unterschiede zwischen den Protokollen UDP und TCP nennen.
• Die Begriffe Paket und Metadaten erklären.

• Internet-Simulator (V4)
• Video "The Internet: Packets, Routing & Reliability"
• Folien zu Pakete

• Ein Paket ist eine Datenmenge von bestimmter Grösse, die auf einmal übermittelt wird. Das Paket besteht aus den Daten, die es transportiert und aus Metadaten. Grössere Nachrichten oder Dateien werden in mehrere Pakete aufgeteilt und damit sozusagen in Eintelteilen übermittelt, die am anderen Ende wieder zusammengesetzt werden müssen.
• Metadaten sind Daten, die sozusagen über den eigentlichen Nutzdaten stehen. Bei Paketen, die im Internet übermittelt werden, sind das zum Beispiel die IP-Adressen (vom Ursprungs- und Zielgerät) oder die Paketnummer und Paket-Anzahl.