Rechnernetze und Rechnernetze und Internettechnologien ... · Nur Ed-Din (Bagdad), 12. Jhd. Moderner Postkurs Thurn und Taxis, ab 1490 (ab 1615 erbliches Regal) 1867 Übergabe an

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Rechnernetze undInternettechnologien

Dr. Harald SackInstitut für Informatik

Friedrich-Schiller-Universität Jena

Sommersemester 2008

http://www.informatik.uni-jena.de/~sack/SS08/ Rechnernetze und InternettechnologieDr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, E-Mail: [email protected] 2

Rechnernetze und Internettechnologien

14.04.2008 – Vorlesung Nr. 1

1. Kommunikationsmedium Internet -ein historischer Abriss

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Rechnernetze und InternettechnologieDr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, E-Mail: [email protected] 3


1.1 Kommunikationsmedien -von der Höhlenmalerei zu HDTV

1.2 Computer -vom Rechenbrett zum Quantenrechner

1.3 Internet -vom ARPAnet zu ubiquitären Netz



Was ist Information? (1/4)

SemiotischesDreieck

Rechnernetze und Internettechnologien1.1 Kommunikationsmedien - von der Höhlenmalerei zu HDTV

Symbol Gegenstandsteht für

Konzept

ruft hervor referenziert

z.B. Zeichenkette, Lautfolge, Abbildung

repräsentiertInformationsinhalt

vgl. Ogden/Richards: The Meaning of Meaning, 1922


Was ist Information? (2/4)

Information (in der Informatik): Maßgröße für die Ungewissheit des Eintretens von Ereignissen

im Sinne der Wahrscheinlichkeitsrechnung = beseitigte Ungewissheit

Ereignisse = Zeichen (Nachrichtenelemente) werden durch Auswahlvorgang aus einem Zeichenvorrat von

Nachrichtenquelle erzeugt

Zeichenvorrat Sprache, Daten, Text, Bild, Multimedia, …


vgl. C.E. Shannon: A Mathematical Theory of Communication, Bell Technical Journal, vol.27, 1948, pp. 379-423.


Information

Modell der Kommunikation (3/4)(aus Sicht der Informationstheorie)

Sender Empfänger

Kommunikationskanal

Information

Kodierung Dekodierung

Nachricht Nachricht


vgl. C.E. Shannon: A Mathematical Theory of Communication, Bell Technical Journal, vol.27, 1948, pp. 379-423.

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Was ist Kommunikation? (4/4)

Kommunikation „Prozess der ein- oder wechselseitigen Abgabe, Übermittlung

und Aufnahme von Informationen durch Menschen odertechnische Systeme“

Kommunikationsmedium Träger der zu übermittelnden Information konkrete Ausprägung des Kommunikationskanals



Kurze Geschichte der Kommunikationsmedien Entwicklung des Menschen (1/2)

Erde

und

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Kurze Geschichte der Kommunikationsmedien Entwicklung des Menschen (2/2)

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Mio

500.

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150.

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Entwicklung der Sprache (1/1) Sprechapparat

tief sitzender Kehlkopf komplexe Steuerung/Sensorik der Zungenmuskulatur

Kehlkopf

Kehlkopf


• es existieren heute 20 Sprachfamilien mit mehr als 6000 Sprachen• Sprache ist die Grundlage für die Entwicklung der Kultur


Entwicklung der Schrift (1/5) direkte / indirekte Kommunikation unmittelbare / mittelbare Kommunikation exakte Reproduktion von Information Archivierung von Information


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ΑΒΓ ABC


Entwicklung der Schrift (2/5)

Piktogramme

Ideogramme

Rebus

Phonogramme ABC

Semantik

Phonetik


zeitl

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wic

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g

3




Babylonische Keilschriftab ca. 3500 v. Chr.

Ägyptische Hieroglyphenab ca. 3000 v. Chr.

Chinesische Schriftab ca. 1200 v. Chr.



Phönizische Alphabetschrift ab ca. 1.100 v. Chr. rein phonetische Schrift nur Konsonanten




Griechische Schrift ab ca. 800 v. Chr. Phönizisches Alphabet

ergänzt um Vokale(aus kretischer Linear B)

Lateinschrift ab ca. 7. Jhd. v. Chr. von Griechen / Etruskern

adaptiert 23 Buchstaben



Beschreibstoffe (1/1)

Fels / Stein dauerhaft, aber nicht zu transportieren

Ton dauerhaft, aber nur schwer zu transportieren

Papyrus empfindlich, aber leicht zu transportieren

Pergament dauerhaft, leicht transportabel, aber teuer

Papier empfindlich, leicht transportabel und billig

(105 n. Chr. in China, kommt erst mit den Kreuzzügen über die Araber nach Europa, erste Papiermühle in Deutschland um 1390)



Entwicklung des Postsystems (1/1) Botenstaffetten (Perser), 5. Jhd. v. Chr. cursus publicus (ab ca. 15. v. Chr.)

ca. 90.000 km Straßennetzrund um das Mittelmeer

Brieftauben Ägypten, ca. 1000 v. Chr. Nur Ed-Din (Bagdad), 12. Jhd.

Moderner Postkurs Thurn und Taxis, ab 1490 (ab 1615 erbliches Regal) 1867 Übergabe an Preußen



Entwicklung des Buchdrucks (1/2) 868, ältester erhaltener Druck, Dun-Huang (China) ca.1049, Pi Sheng (China), Druck mit beweglichen Lettern


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Entwicklung des Buchdrucks (2/2) ca. 1440 Johann Gensfleisch zum Gutenberg

entwickelt Gießverfahren für bewegliche Lettern kombiniert bekannte Drucktechnik mit neuem, präzisem

Gießverfahren (eher Verfahrenstechniker als Erfinder) undDruckerpresse

1452-1455 Gutenberg-Bibel (180 Exemplare) 1559, Index librorum prohibitorum (bis 1966) 1662, erste Copyright-Gesetze durch englische Drucker



Entwicklung der Telekommunikation (1/5) Optische Telegrafie

Rauch- und Feuerzeichen 1184 v. Chr., Trojas Untergang 431 - 404 v. Chr., Peloponnesischer Krieg

1609, Fernrohr 1690, Guillaume Amontons Semaphor 1792, Claude Chappes Semaphor 1845 landesübergreifendes Semaphoren-Netz in Frankreich

wird 1853 wieder aufgegeben



Entwicklung der Telekommunikation (2/5) Elektrische Telegrafie

6. Jhd. v. Chr., Thales v. Milet beschreibt statische Elektrizität 1730, Stephen Gray, elektrische Leitfähigkeit 1745, Leydener Flasche (Urform der Batterie) 1800, Voltaische Säule (erste konstante Stromquelle) 1804, Elektrolyt-Telegraf 1820, Ampère entwickelt elektromagnetischen Telegrafen 1833, C.F. Gauss, elektrischer Zeigertelegraf 1837, S.B. Morse, schreibender Telegraf und Morsecode 1856, erstes Transatlantik-Telegrafenkabel

(Irland-Neufundland)



Entwicklung der Telekommunikation (3/5) Telefon und Individualkommunikation

1. Jhd. v. Chr., Vitruvius Pollo, Schallausbreitung 17. Jhd., Isaac Newtons Wellentheorie 1861, Phillip Reis, erster Telefonversuch 1876, A.G. Bell und E. Gray, erstes Telefon 1885, Gründung der AT&T 1889, A.B. Strowger, Selbstwählvermittlung 1956, erstes Transatlantik-Telefonkabel


Alexander Graham Bell(1848-1922)


Entwicklung der Telekommunikation (4/5) Funktelegrafie

19. Jhd., Grundlagen durchJames Clerk Maxwell, Heinrich Hertzund Eduard Branly

1895, A.S. Popow demonstriert ersten elektromagnetischenEmpfänger

1896, G. Marconi kombiniert Arbeiten von Popow, Branly undHertz, erhält Patent auf Funktechnik

1901, erste Funkübertragung über den Atlantik 1912, Untergang der Titanic 1919, Hans Bredow prägt den Begriff „Rundfunk“ 1920, KDKA, erster lizensierter, kommerzieller Radiosender

in Pittsburgh 1947, Transistor 1954, erstes Transistorradio

Guigliemo Marconi 1874-1934



Entwicklung der Telekommunikation (5/5) Fernsehen

1884, Paul Nipkow Patent auf Lochscheibe zur Bildzerlegung „elektrisches Teleskop“

1897, Ferdinand Braun, Braunsche Röhre 1906, B.I. Rosing, erstes elektromechanisches Fernsehsystem 1923, V.A. Zworikyn, Ikonoskop

(elektronische Fernsehkamera) 1929, V.A. Zworykin, Kinoskop (Bildröhre) 1935, erster regelmäßiger Fernsehbetrieb in Deutschland 1936-1939, erster moderner Fernsehbetrieb der BBC 1953, NTSC Farbfernsehsystem (1957, PAL-System) 1983, HDTV, hochauflösendes digitales Fernsehen


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Kommunikationsmedien von der Höhlenmalerei zu HDTV

Computer vom Rechenbrett zum Quantenrechner

Internet vom ARPAnet zu ubiquitären Netz



Entwicklung der Zahlensysteme / Mathematik (1/2) ca. 30.000 v. Chr., erste primitive Zahlzeichen ca. 3.000 v. Chr.

erster abstrakter Zahlenbegriff in Mesopotamien auf Basis desHexadezimalsystems

ca. 500 v. Chr. Römisches Zahlensystem

I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX, X CMXCVIII

Rechnernetze und Internettechnologien1.2 Computer - vom Rechenbrett zum Quantenrechner


Entwicklung der Zahlensysteme / Mathematik (2/2) um 500

Einführung der arabischen (indischen) Zahlen 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, …. Dezimalsystem mit Dezimalstellen

um 820, Al-Khowarizmis „al-jabr“

Buch über das Lösen von Gleichungen Grundlage der Algebra

Abu Ja‘far MohammadIbn Musa Al-Khowarizmi

(ca. 780-850)



Mechanische Rechenmaschinen (1/4) 1. Jhd. n. Chr. , Einführung des Abakus

Transportables Rechenbrett (Griechenland/Rom) 4 Grundrechenarten durch Verschieben von Steinen (Calculi) „Suan-Pan“ in China

1494, Leonardo da Vinci, Pendeluhr 1617, John Napiers Rechenschieber (Logarithmen)

Zahnradgetriebene Rechenmaschine 1623 Willhelm Schickard 1642 Blaise Pascal 1679 Willhelm von Leibnitz

entwickelt binäres Zahlen- und Rechensystem



Mechanische Rechenmaschinen (2/4) 1805, Joseph Marie Jacquard

Lochkarten zur Informationsspeicherung Steuerung von Webstühlen

Joseph Marie Jacquard(1752-1834)



Mechanische Rechenmaschinen (3/4) 1822, Charles Babbage,

Differential Engine, Mechanische, dampfgetriebene Rechenmaschine zur Lösung v.

Differentialgleichungen Analytical Engine

Mechanische Rechenmaschine zur Lösung allgemeinerBerechnungen (programmierbar!)

Charles Babbage(1791-1871)


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Mechanische Rechenmaschinen (4/4) 1890, Hermann Hollerith

Verwendet Idee der Lochkarten von Jacquard fürorganisatorische Problemstellungen

Lochkartenbasierte Zählmaschine mit elektromechanischerLesevorrichtung zurVolkszählung (USA) 1890

gründete 1896 dieTabulating MachineryCompany, die spätereFirma IBM

Hermann Hollerith(1860-1929)



Die ersten ‚richtigen‘ Computer Konrad Zuse

1937, Z1: Mechanischer, programmgesteuerter Rechenautomat 1941, Z3: elektromechanischer, frei programmierbarer

Rechenautomat

1944, Howard Aiken Harvard Mark I: elektromechanischer Universalrechner

1945, ENIAC, erster vollelektronischer Rechner

Konrad Zuse(1910-1995)

Z1 Z3



5 Generationen moderner Rechner (1/5) 1. Generation (1945-1956)

Rechner waren jeweils zu ganz speziellen Einsatzzweckenkonstruiert

Befehle und Arbeitsinstruktionen (Programmiersprache) warenspeziell für diesen Zweck entworfen

Jeder Rechner besitzt eigenen Befehlsatz und eigeneBinärkodierung

Programmierung aufwändig und langwierig Bauteile:

Elektronenröhren, Lochkarten,magnetische Trommelspeicher




Rechner werden billiger und halten Einzug in dieWirtschaftswelt

erste abstrakte Programmiersprachen (COBOL/FORTRAN) einfachere Programmierung und Wartung Stapelbetrieb:

auszuführende Jobs werden einzeln, nacheinanderabgearbeitet

Bauteile: Transistoren, Lochkarten, Magnetband Zuverlässiger als Röhrenrechner




Integrierte Schaltkreise lassen Rechner schrumpfen keine aufwändige Kühlung wie bei Transistoren nötig Minicomputer können sich auch kleinere Firmen leisten Mehrfachprogrammbetrieb:

Verschiedene Jobs können zeitgleich abgearbeitet werdenund die Ressourcen des Computers nutzen

Bauteile: Integrierte Schaltkreise (ICs)



5 Generationen moderner Rechner (4/5) 4. Generation (1971-heute)

Hochintegration von Schaltkreisen (VLSI/ULSI) lässt Rechnerweiter schrumpfen

Personal Computer Preisverfall bringt den Computer in Privathaushalte Grafische Benutzeroberflächen öffnen den Zugang für Nicht-

Fachleute Bauteile:

Mikroprozessor Internet und lokale Netzwerke


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5 Generationen moderner Rechner (5/5) 5. Generation (heute- )

Entwicklung beginnt ab Ende der 80er Jahre Parallelisierung von Berechnungen Spracherkennung und –verstehen Künstliche Intelligenz Gridcomputing Intelligente Kleidung Quantencomputer









Wie alles begann…. - Mythos und Wirklichkeit

4. Oktober 1957 der „Sputnik Schock“

…und der kalte Krieg“

Rechnernetze und Internettechnologien1.3 Internet - vom ARPAnet zum ubiquitären Netz


Das ARPAnet als Vorläufer des Internet (1/9)

1958 Gründung der ARPA Advanced

ResearchProjectsAgency finanziert Forschungseinrichtungen soll technologische Vormachtstellung der USA sichern

(…zurückgewinnen)

(1) Gewährleistung ausfallsicherer Kommunikation(2) Gewährleistung von landesweitem Zugang zu den noch spärlichen aber sehr teueren Rechner-Ressourcen



Das ARPAnet als Vorläufer des Internet (2/9) Herkömmliche geschaltete Verbindungen

A

BRelais-knoten

Switched Circuitz.B. Telefonnetz

Relais-knoten

Relais-knoten

Relais-knoten




A

BRelais-knoten

Relais-knoten

Relais-knoten

Relais-knoten

Ausfall eines Relaisknotens


8



A

BRelais-knoten

Relais-knoten

Relais-knoten

Relais-knoten

Verbindung bricht zusammen




Idee: nutze das gesamte Netzwerk (alle Wege…) zerlege die Nachricht zum Senden in einzelne Pakete setze die Nachricht beim Empfänger wieder zusammen

Nachricht Nachricht

Übertragung

Übertragung

Übertragung

zerlegen zusammensetzen



Das ARPAnet als Vorläufer des Internet (6/9) Paketvermittlung

A

BRelais-knoten

Relais-knoten

Relais-knoten

Relais-knoten

Paul Baran

• Nachrichten werden in Pakete zerlegt• und über das gesamte Netz versandt• und beim Empfänger wieder zusammengesetzt

LeonardKleinrock

Donald Davies



Das ARPAnet als Vorläufer des Internet (7/9) Rechnerkommunikation

Babylonische Vielfalt und eine einfache Lösung

System BSystem C

System A

System D

A-B A-C

A-B



Das ARPAnet als Vorläufer des Internet (8/9) Rechnerkommunikation

Babylonische Vielfalt und eine einfache Lösung

System BSystem C

System A

Subnetz

IMP

IMP

IMP

IMP

IMP = Internet Message Processor

System D




Die Geburt des Internet - ARPANET 1968 J.C.R. Licklider und Robert Taylor veröffentlichen ihre

wegweisende Arbeit, "The Computer as a Communication Device“. in Science and Technology, April 1968.


Robert TaylorARPA IPTO Director

(1966-1969)

Larry RobertsDirector ARPAnet Project

(1966-1973)

J.C.R. LickliderARPA IPTO Director

(1962-1966)

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Die Geburt des Internet - ARPANET 29. Oktober 1969 ... Das erste LOGIN

Bandbreite: 2.4KBit/s



Kurze Geschichte des Internet (1/3) 1969 4 Hosts im ARPANET 1970 ALOHANET - erstes Funknetz in Hawaii 1971 23 Hosts 1973 35 Hosts inkl. England und Norwegen 1975 erste Satellitennetzwerkverbindung 1977 111 Hosts 1978 TCP/IP Internet Kommunikations Protokoll 1983 >500 Hosts, Aufspaltung in MILNET und

zivilem ARPANET 1986 Wissenschaftsnetz der NSF (NSFNET) 1988 erster Internetwurm, befällt 10% der 60.000 Hosts 1989 150.000 Hosts, das alte ARPANET wird abgeschaltet

das NSFNET ist jetzt das INTERNET



Kurze Geschichte des Internet (2/3) 1990 world.std.com erster kommerzieller Internetanbieter 1991 Geburtsstunde des World Wide Web 1992 Internet Society wird gegründet

über 1 Million angebundene Rechner 1993 Das Weiße Haus geht online 1994 E-Commerce hält Einzug ins WWW 1995 Der Vatikan geht online 1996 Domainname tv.com für $15.000 verkauft 1999 CyberWar - eine neue Art der Kriegsführung

(Serbien/Kosovo) 2004 Web 2.0 Konferenz in San Franzisko 2008 541.677.360 angebundene Rechner (Stand Jan. 2008)

2011 IPv4 Internetadressen sind aufgebraucht....



Kurze Geschichte des Internet (3/3)

Das Wachstum des Internet



Kurze Geschichte des World Wide Web (1/5)

Die Geburt des World Wide Web

Robert Cailliau Sir Tim Berners-Lee(Director W3C)

1991 am CERN zur Dokumenten- verwaltung entwickelt





• Aber die ursprüngliche Idee reicht viel weiter zurück…

Agostino Ramelli (1588), Le diverse et artificiose machine;

composte in lingua Italiana et Francese

Encyclopédie ou Dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers

(1772)

Denis Diderot(1713-1784)

Jean-Baptiste le Rondd'Alembert (1717-1783)


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• Aber die ursprüngliche Idee reicht viel weiter zurück…• Vennevar Bush schlägt 1945 das erste Hypertext-System „MEMEX“ vor

Vannevar Bush(1890-1974)

vgl. Vannevar Bush, As we may think ,The Atlantic Monthly, 1945, July




Das Wachstum des WWW

> 55 Mrd. Web-Seiten> 162 Mio. Web-Server (Stand: Mar. 2008)




Die Zukunft des World Wide Web Wohin geht die Entwicklung?

Mobile Computing Pervasive Computing Location Based Services Wearable Computing Semantic Web










Literatur

Ch. Meinel, H. Sack:WWW– Kommunikation, Internetworking, Web-Technologien,Springer, 2004.

K.Haffner, M. Lyon:ARPA Kadabra – die Geschichte des Internet,dpunkt Verlag, Hannover, 1994.


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Rechnernetze und Rechnernetze und Internettechnologien ... · Nur Ed-Din (Bagdad), 12. Jhd. Moderner Postkurs Thurn und Taxis, ab 1490 (ab 1615 erbliches Regal) 1867 Übergabe an