CCNA 1 Kapitel 1 - Titelbild

Grundlagen des Internets

Die Geschichte des Internets

Das Internet ist 1969 aus einem Projekt des US-Verteidigungsministerium (engl. Department of Defense, DoD) entstanden. Zu Zeiten des Kalten Kriegs sollte das damals noch als ARPAnet bekannte Internet im Falle eines Atomkriegs eine störungsfreie Kommunikation garantieren.
Wäre ein Knotenpunkt des Netzwerkes auf Grund einer Atombombe ausfallen, sollte die Kommunikation über andere Knotenpunkte geleitet werden.
Das damalige Internet wurde nach der DoD Behörde Advanced Research Projects Agency, kurz ARPA, benannt. Erst Ende der 1980er Jahre wurde das Internet kommerzialisiert und der Weltöffentlichkeit verfügbar gemacht.

Paketvermittelte vs. leitungsvermittelte Netze

Das Internet muss die Nachrichten nach einem Ausfall eines Netzknoten dynamisch über andere Knoten umleiten. Diese Eigenschaft bieten paketvermittelte Netze.
Die Funktion des dynamischen Umleitens bietet hingegen das Telefonnetz nicht. Das Telefonnetz ist ein leitungsvermitteltes Netz. Daher musste ein neues Netzwerk entwickelt werden: ARPAnet, das frühere Internet.

Leitungsvermittelte Netze (circuit switched)

Um das Konzept der leitungsvermittelten Netze zu erklären nutze ich an dieser Stelle ein Beispiel eines früheren analogen Telefonates:

Wurde ein Anruf abgesetzt, so wurde ein Pfad über mehrere Routingstandorte bestimmt, bis hin zum Empfänger des Anrufes. Wurde während des Anrufs ein Teilabschnitt des Weges unterbrochen, wurde der Anruf beendet. Um eine neue Verbindung herzustellen, musste ein neuer Anruf abgesetzt werden. Diese Art von einem Netzwerk nennt man circuit switched network.
Solche frühere Netzwerke haben Ausfälle nicht dynamisch umgeleitet. Ist ein Anwender einmal in einem Telefonat, so ist er für andere nicht mehr erreichbar.

Ein Beispiel:
Fällt eine Vermittlungsstation auf dem grünen Weg aus, ist die Verbindung unterbrochen und muss neu aufgebaut werden.

Leitungsvermitteltes Netzwerk

Paketvermittelte Netze (packet switched)

Paketvermittelte Netze haben die Möglichkeit Nachrichten in kleinen Paketen über verschiedene Pfadwege zu versenden, die aber dennoch an das selbe Ziel führen.

Netzgeräte (Router) sind unwissend darüber, was der Inhalt der Pakete ist. Alles was für die Router einsichtig ist, ist der nächste Stationspunkt, der das Paket durchläuft. Zwischen dem Sender und Empfänger entsteht dadurch jedoch keine „besetzte Leitung“ (nicht wie bei einem Telefonat). Ist eine bevorzugte Leitung nicht mehr verfügbar, kann die Route dynamisch geändert werden. Da eine Nachricht in vielen kleinen Paketen gesendet wird, ist es nicht wichtig über welchen Weg sie beim Empfänger eintreffen.

Ein Beispiel:
Pakete können einen beliebigen Weg durch das Netzwerk nehmen. In diesem Beispiel habe ich einmal drei mögliche Wege eingezeichnet. Fällt z.B. der Router oben rechts aus, können die Pakete ohne Probleme den orangenen Weg nehmen. Eine Verbindung zum Empfänger wird somit nicht unterbrochen.

Paketvermitteltes Netzwerk

Anwendungen im Internet

  • Podcasts: Ein Podcast ist ein Audio-Medium mit dem man Sprache oder Musik aufzeichnen kann, und auf Webseiten, Blogs oder Wikis veröffentlichen kann.
  • E-Mail: Die E-Mail ist eine Brief ähnliche digitale Nachricht, die über Computernetzwerke übertragen wird.
  • Instant Messengers: Instant Message ist eine Art echtzeit Kommunikation zwischen zwei oder mehreren Leuten via Texteingabe. Neben Text kann ebenso Video, Sprache und Dateien übertragen werden. Frühere IM Dienste wurden als Internet Relay Chat (IRC) Service entwickelt. Der Unterschied zur E-Mail ist, dass die Nachrichten (fast) ohne Verzögerung beim Empfänger eintreffen. Beispiel: Jabber, ICQ, AIM,…
  • IP Telefonie: Durch die IP Telefonie werden Sprachdaten in echtzeit über das Internet versendet. Damit wird das klassische Telefonnetz durch das Internet ersetzt. Genau wie ein Computer wird auch ein Telefon an das Internet angeschlossen.
  • Webblogs (Blogs): Webblogs sind Internetseiten, die einfach zu bearbeiten und zu erweitern sind. Webblogs werden von professionellen Communitys gebildet und sind für Anwender mit wenig oder keiner Webdesign-Erfahrung gedacht. Beispiel: WordPress.
  • Wikis: Wikis sind Seiten, die von Personengruppen verändert und zusammen angeschaut werden können. Der Unterschied zu einem Blog ist, dass der Blog persönlicher und individueller ist. Wikis dagegen sind Gruppen-Kreationen. Beispiel: Wikipedia.

Protokolle – Die Regeln des Internets

Menschen sind soziale Wesen und streben auch den Austausch von Nachrichten über das Internet an. Eine Möglichkeit dazu sind Instant Messengers (IM). Für das Versenden von Nachrichten werden Services/Dienste benötigt, die das Netzwerk zu Verfügung stellt. Solche Services sind zum Beispiel das World Wide Web, E-Mail, IM oder IP Telefonie.

Protokolle sind die Regeln für das Kommunizieren der Geräte. Protokolle definieren ein Format, in dem die Nutzdaten übertragen werden. Für die Computer ist das sehr wichtig, um die lange Kette der Bits zu verstehen. Ohne Protokolle wären die Bits nur dumme Einsen und Nullen.
Der Standart Protokoll für die Übertragung der Services ist TCP/IP. Das TCP/IP  definiert die Formatierung, Adressierung und Wegeleitung, dass die Nachricht sicher an das richtige Ziel gelangt. Mehr zu dem Thema TCP/IP erfahrt ihr in dem kommenden Kapiteln.

Service Protokoll
World Wide Web HTTP (Hyper Text Transfer Protocol)
E-Mail SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)
POP (Post Office Protocol)
IMAP (Internet Message Access Protocol)
Instant Message (Jabber, ICQ, AIM,…) Jabber: XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol)
AIM & ICQ: OSCAR (Open System for Communication in Real Time)
IP Telefonie SIP (Session Initiation Protocol)

Die Regeln einer Kommunikation zweier Computer bestimmen wie die Daten über das Netzwerk weitergelenkt werden und auf welche Art und Weise die Daten beim Empfänger ankommen.
Als Beispiel für Jabber (IM) ist das XMPP, TCP und IP die wichtigsten Protokolle, um Messages zu übertragen.

Beispiel Versenden einer Instant Message:

Grundlegende Regeln der Kommunikation zwischen zwei Computern

Intranet, Extranet und Internet

  • Intranet: Das Intranet ist ein Portal einer Firma, in dem interne Informationen abgelegt und geteilt werden. Informationen im Intranet sind nicht für die öffentlichkeit bestimmt. Daher kann auf das Intranet einer Firma meist auch nicht von dem Internet zugegriffen werden.
  • Extranet: Das Extranet eines Unternehmens stellt begrenzte Betriebsinformationen für bestimmte Nutzer zur Verfügung. Ein Extranet wird meist für Lieferanten, Kunden, Händler, Vertriebspartnern,… zur Verfügung gestellt. Das Portal des Extranets kann aus dem Internet erreicht werden, jedoch benötigt man Benutzername und Passwort, um auf die Daten zuzugreifen.
  • Internet: Das Internet ist öffentlich. Webseiten, Blogs, Wikis,… im Internet können ohne Benutzername und Passwort abgerufen werden.
Intranet und Extranet Erklärung

Quelle: Wikipedia.org

Probleme in Netzwerken

Während der Übertragung von Daten über ein Netzwerk gibt es Faktoren, die Daten unkenntlich und nicht mehr lesbar machen können.
Man unterscheidet dabei zwischen externe und interne Faktoren.

Externe Faktoren:

  • Die Qualität des Pfads zwischen Sender und Empfänger
  • Die Anzahl, wie oft die Nachricht in der Art geändert wird
  • Die Anzahl der Weiterleitungen und wie oft es neu adressiert wird
  • Wie viele Nachrichten gleichzeitig über ein Netzwerk verschickt werden
  • Die Zeit, die es benötigt, um die Daten zu übertragen

Interne Faktoren:

  • Die Größe der Nachricht
  • Die Komplexität der Nachricht
  • Die Priorität der Nachricht

Anforderungen an Netzwerke

Fault Tolerance

Damit ein Netz oder das Internet nicht durch ein Soft- oder Hardwaredefekt zusammenbricht, gibt es redundante Bauteile in einem Netzwerk. Diese redundanten Bauteile übernehmen bei einem Ausfall die Arbeit von dem ausgefallenen Gerät.

Scalability

Ein Netz muss wachsen können. Es muss weiter Benutzer aufnehmen können, ohne die Dienste für andere Benutzer einzuschränken. Daher ist das Design eines Netzwerkes besonders wichtig, bevor es aufgebaut wird. Computernetze werden meist hierarchisch aufgebaut.

Quality of Service (QoS)

Neue Möglichkeiten Daten über das Netzwerk auszutauschen. Sprache oder Live-Videoübertragungen, verlangen eine hohe Qualität des Netzes. Traditionelle Netzwerke, die für Telefonie und Videoübertragung ausgelegt worden sind, weisen eine gemäße Quality of Service auf. Datennetze allerdings nicht, da es in der ursprünglichen Idee nur für die Übertragung normales Datenverkehrs ausgelegt war. Nicht jedoch für Zeitkritische Anwendungen wie z.B. Telefonie. Besonders mit Hinblick auf das Internet der Dinge, oder wie es Cisco bezeichnet, the Internet of Everything (IoE), ist die Priorisierung verschiedener Dienste essentiell. So können zum Beispiel Sprachdaten eines Telefonats bevorzugt gegenüber eines Aufrufs einer Webseite behandelt werden.

Mögliche Entscheidungen für das Setzen von Prioritäten können sein:

  • Zeitnahe Kommunikation – Hohe Priorität für Telefon und Echtzeit-Videokommunikation
  • Zeitlose Kommunikation – Priorität für E-Mail und Website Traffic senken
  • Hohe Wichtigkeit für die Organisation – Hohe Prio für Produktionskontrolle und geschäftskritische Daten
  • Gesenkte Priorität für unerwünschtes – Blockieren oder setzen einer niedrigen Priorität für z.B. Peer-To-Peer Filesharing

Security

Damit Netze von unautorisiertem Zugriff geschützt werden können, haben Administratoren die Möglichkeit Netze mittels Soft- und Hardware vor diesen unautorisierten Zugriffen schützen. Beispiele dafür wären Virenscanner oder Firewalls.

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