Opa, wie funktioniert das Internet?

HORST RITTENBRUCH

Opa, wie funktioniert das Internet?

Opa Horst und Enkel Nico

sprechen über das Computernetz

und das World Wide Web

Eine Einführung für Jung und Alt

© 2014 unibuch Verlag bei zu Klampen!

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www.unibuchverlag.de

Umschlaggestaltung, Satz: thielen VERLAGSBUERO · Hannover

Bildmotiv/​Illustration: Nicolas Grätz

1. digitale Auflage: Zeilenwert GmbH 2014

ISBN 9783934900318

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;

detaillierte bibliografische Daten sind im

Internet über ‹http://dnb.d-nb.de› abrufbar.

Inhalt

Cover

Titel

Impressum

Vorwort und Dank

Auftakt

1. Netze

1. 1. Telefonnetze

1. 2. Computernetze

1. 3. Internet

2. Computer

2. 1. Hardware

2. 2. Eingabe- und Ausgabegeräte

2. 3. Speicher

2. 4. Die Schalter

2. 5. Das Betriebssystem

2. 6. Programme

2. 7. Die Kommunikation zwischen Computern

2. 8. Die Datenorganisation

3. Nachtrag

4. Das World Wide Web

4. 1. Einführung

4. 2. Überblick

4. 3. Der Eintritt in das Internet

4. 4. Die Adressen der Server und der Dokumente

4. 5. Hypertext

4. 6. Google und Co

4. 7. Anwendungen im Internet

5. Web 2.0

6. Zusammenfassung und Ausblick

Literatur

Über den Autor

Vorwort und Dank

Wenn man das Glück hatte, in einem aufregenden technologischen Umfeld zu arbeiten, bleibt dieses auch nach dem Ende des beruflichen Wirkens im Visier.

Wenn man das Glück hat, aufgeweckte Enkel betreuen zu dürfen, erzählt man natürlich von diesem Umfeld, das auch die heutige Generation stark beeinflusst.

Wenn man gelernt hat, mit Textverarbeitungsprogrammen zu arbeiten, ist es keine Mühe, Gelerntes und Erzähltes auch bei vielen Korrekturen und Ergänzungen elektronisch festzuhalten.

Wenn man einen zeichnerisch begabten Enkel hat, entstehen zu dem Geschriebenen spaßvolle erklärende Bilder.

Wenn man eine Tochter hat, die als Journalistin tätig ist, findet man Unterstützung zur Gestaltung und Herausgabe eines Buches, in dem auch einige autobiographische Anmerkungen Platz finden.

Wenn man eine Frau hat, die einem Zeit und Gestaltungsraum für die Arbeit an einem solch interessanten Thema gibt, findet man Ruhe und Muße zur Ausarbeitung.

Wenn man einen Sohn hat, der im gleichen technologischen Umfeld arbeitet, wird man allein durch Diskussionen mit ihm auf dem neuesten Stand gehalten.

Wenn das alles gelungen ist, soll Dank all diesen beteiligten Mitgliedern der Familie ausgesprochen werden.

Solange die Kinder klein sind, gib ihnen Wurzeln.

Wenn sie älter geworden sind, gib ihnen Flügel.

Aus Indien

Auftakt

Mit sieben Jahren, er hatte gerade ein wenig lesen gelernt, besuchte uns Enkel Nico. Wir kauften Zirkuskarten, weil er ein großer Tierliebhaber und Freund von Clowns ist. Vorher wollte er über den Zirkus Näheres wissen und bat den Opa, einmal im Internet zu surfen. Als Datenverarbeitungsopa, der ich vor über fünfzig Jahren bereits Großcomputer programmiert habe, war ich durchaus in der Lage, entsprechend zu googeln. Was mich aber überraschte, war die Reaktion des kleinen Bengels. Obwohl er kaum richtig lesen konnte, erklärte er mir, wie das doch alles viel besser und schneller gehen könnte. Flugs hatte er die Zirkus-Seite mit den entsprechenden Videos aufgerufen.

Schlagartig wurde mir klar, wie tief das Internet bis in alle Altersschichten eingedrungen war, wie einfach jeder damit umgehen kann und was es alles leistet.

Einige Jahre später, die Eltern hatten inzwischen einen Tablet-PC, kam Nico – nun bereits auf dem Gymnasium – auf mich zu und sagte:

Opa, du hast doch viel mit Computern gearbeitet. Kannst du mir nicht mal erklären, wie das Internet funktioniert?

Nun, Nico, das Internet ist zunächst einmal ein großes Netz, mit dessen Hilfe du nahezu alles an Informationen aus allen Computern auf der Welt holen kannst. Du kannst surfen und mit allen möglichen Leuten kommunizieren. Da gibt es Hardware, das sind Millionen Router, Clients und Server, die durch ein die ganze Welt verbindendes Netz aus Kupfer- und Glasfaserkabeln verkoppelt sind, erweitert um Erdfunkstrecken und Satellitenfunkstrecken. Es gibt eine mehrschichtige Software, die Datenpakete automatisch vom Sender zum Empfänger schickt. Und es gibt unzählige durch »Hyperlinks« verknüpfte Informationsfelder.

Das versteht doch kein Mensch, Opa! Das sieht nach einer Definition im Lexikon aus. Ich möchte wissen, wie das wirklich funktioniert, was dahinter steckt. Wie geht das mit den Computern, wer ist der Google, wieso klappt das in einem so großen Netz über die ganze Welt? Warum geht das alles so schnell und wer bezahlt diese ganze Entwicklung? Und das möchte ich bitte in einer Sprache erklärt bekommen, die ich auch verstehe.

Mir wurde klar: Ich muss mein in Jahren erworbenes Wissen über all diese Dinge strukturieren und so darstellen, dass ohne große Vorkenntnisse Schritt für Schritt in diese phantastische Internet-Welt spaziert werden kann. Also verabredete ich mit meinem Enkel, dass bei jedem Treffen ein Kapitel dieses umfangreichen Themas behandelt werde.

Nebenbei empfand ich diese Lehraufgabe als eine schöne Möglichkeit, vieles von dem zusammenzutragen, was ich in langer Berufstätigkeit gelernt, erarbeitet und angewendet habe. Also sollten diese Informationsrunden auch ein wenig Autobiographisches enthalten und dem Enkel sowie der übrigen Familie einen kleinen Einblick darin geben, was mich an meinem Beruf so fasziniert hat.

Also Nico, es geht los. Wir sprechen über Netze. Wie sind die aufgebaut, wie kommt man über sie überall hin und wie kommt man in sie hinein? Da sich im Netz Millionen von Computern befinden, muss ich dir erklären, was ein Computer eigentlich ist, wie er funktioniert und wie er sich im Netz verhält. Da das alles mit Strom läuft, müssen wir auch lernen, wie der Strom sich die vielen Informationen schnappt und überall hin- und herschickt und wie das mit den Speichern ist.

Danach kommen wir in unser eigentliches Thema. Wie findet man im Internet alles, was man sucht? Damit wir uns in den vielen Texten, Bildern und der Musik zurechtfinden, müssen wir lernen, wie die Verbindungen aufgebaut werden und mit welchen Techniken wir es dabei zu tun haben.

Das geht bis zu den sogenannten Suchmaschinen. Das Internet erstreckt sich über die ganze Welt, also muss man eine gemeinsame Sprache finden, damit sich diese unterschiedlichen Techniken verstehen.

Wie in der Diplomatie, also im Umgang der Nationen untereinander, Regeln gelten, die man Protokolle nennt, so gibt es auch technische Protokolle oder Vereinbarungen für das Zusammenwirken der Netz- und Computertechnik. Die Grundprinzipien dazu musst du kennen, wenn du die Basis des Internets verstehen willst.

Wir haben jetzt für viele Monate unser Programm. Du stellst die Fragen und ich versuche, sie zu beantworten.

1. Netze

1.1. TELEFONNETZE

Opa, ich kann etwas Englisch: Internet heißt doch Netz, nicht wahr?

Nicht ganz richtig, Nico. Man versteht unter Internet noch viel mehr, nämlich neben dem technischen Netz noch die Methoden oder Anwendungen, mit denen man in den Netzen herumreisen kann. Vielleicht hast du schon einmal vom WWW, dem World Wide Web, gehört oder bei Papa E-Mails gelesen. Das gehört auch dazu und ist Gegenstand des zweiten Teils unseres Gespräches.

Na klar, habe ich davon gehört. Papa und Mama reden dauernd darüber. Immer müssen sie erst ihre E-Mails lesen, bevor der Tag richtig beginnt. Wie das alles im Kern funktioniert, das mir zu erklären, dazu fehlt Ihnen die Zeit. Möglicherweise wissen sie es nicht einmal genau.

Deswegen sitzen wir zusammen, Opas haben für ihre Enkel immer Zeit. Also, es geht los mit dem Netz, das wir auch von der Spinne kennen. Viele Ecken und Enden sind miteinander verbunden; wichtig ist dabei, dass man mindestens auf zwei Wegen von einem zum anderen Punkt kommt. Es könnte ja mal eine Verbindung, also ein Knoten oder eine Leitung gestört oder kaputt sein.

Das ist doch nichts Besonderes, das gibt es mit dem Telefonnetz schon lange. Damit kann ich in der ganzen Welt herumtelefonieren und das heute ohne Leitung, denn wir sprechen meistens inzwischen mit dem Handy.

Richtig, Nico, das Telefonnetz ist die Basis für alles, was wir besprechen werden, was uns zum Verständnis des Internets führt. Sicher weißt du, dass jeder Telefonanschluss eine Nummer hat und auch eine Vorwahlnummer für die Orte und zusätzlich für die Länder. Diese Nummern führen zu sogenannten Vermittlungsstellen. Die stellen die Weichen, wohin die Verbindung geschaltet werden soll. Als man noch nicht die Techniken für das Schalten hatte, machte dies das »Fräulein vom Amt«. Früher hat man die Telefonscheibe gedreht, dann wusste der Strom, welche Zahl man wollte. Heute tippt man die Ziffern ein. Das ergibt unterschiedliche Stromsignale, die als Zahlen verstanden werden und die Schaltung aufbauen.

Wie kann denn aus der Sprache beim Telefonieren Strom werden?

Die Sprache wird beim Telefonieren in unterschiedliche Stromsignale übersetzt. Du weißt sicher, dass die Sprache Schallwellen sind, also Druckwellen in der Luft. Diese Druckwellen bringen beim Auftreffen auf das Trommelfell oder die Membran eines Mikrofons Schwingungen hervor. Das Mikrofon erzeugt einen Stromfluss, dessen Spannungsschwankungen den Druckschwankungen der Schallwellen entsprechen. Dieses Wellenmuster kann auch, wie du sicher schon erlebt hast, auf einem Tonband oder in Tonrillen gespeichert werden. Wenn man mehrere tausend Mal pro Sekunde diese Spannungen misst, und diesen Messwerten eine Zahl zuordnet, dann hat man Töne in Zahlen ausgedrückt. Ein Bild zeigt dir, wie das in etwa aussieht.

Abb. 1 Digitalisierung

Ich habe mal vom digitalen Telefonieren gehört, ist das etwas anderes?

Nein, das ist genau das, was ich gerade beschrieben habe. Diese Stromschwankungen werden im Telefonhörer wieder in die Sprache zurückversetzt. Man baute sozusagen kleinste Stufen für die Lautstärke und die Tonhöhe, für die man Zahlen definierte. Zahl oder Stelle heißt im Englischen digit. Daher kommt der Begriff digital, wenn es nicht stufenlos, sondern in durch Zahlen gesetzte Schritte rauf und runter geht. Ansonsten nennt man die Signale analog.

Und was ist analog?

Analog ist die Eigenschaft einer Sache, sich im Hinblick auf die Größe oder Stärke nicht schrittweise, sondern kontinuierlich zu verändern. Zur Verdeutlichung nimm eine Tür. Analog ist sie »ein wenig« oder »fast halb« auf oder »nahezu« geschlossen. Ein anderes Beispiel ist der Dimmer, dessen Einstellung sich stufenlos ändern lässt. Neulich habe ich einen anderen Vergleich gelesen: Analog ist wie ein Wasserstrahl, mit kontinuierlichen Schwingungen, digital wie ein Maschinengewehr, das einzelne Impulse erzeugt. Digital kann man nur sagen, die Tür ist offen oder geschlossen. Diese digitalen Zustände sind eindeutig definiert, deswegen kann man sie mit Zahlen belegen. Offen oder geschlossen kann man auch mit nur zwei Zahlen belegen, zum Beispiel mit 0 oder 1. Auf diese Art der Darstellung kommen wir zurück, wenn wir uns mit den Computern beschäftigen.

Du hast früher erzählt, dass ihr in eurer Firma bereits in den siebziger Jahren des vorigen Jahrhunderts, also vor vierzig Jahren Datenfernverarbeitung betrieben habt, als man noch nicht digital telefonieren konnte. Wie habt ihr denn das hingekriegt?

Das hast du dir gut gemerkt, Nico. Das war genau die Problematik. Die Computer, das werden wir bald sehen, können nur mit digitalen Daten zurechtkommen, während die Telefone und die dafür erforderlichen Leitungen analog arbeiteten. Also mussten die Signale und die Daten umgesetzt werden. Dafür hatten die Ingenieure eigene Geräte entwickelt, sogenannte Modems. In sich ganz schön raffinierte Geräte; wenn du so willst, waren das auch kleine Computer. Zu Anfang konnte man damit nur ganz langsam arbeiten, in den siebziger Jahren des vorigen Jahrhunderts konnten wir lediglich pro Sekunde so an die 1200 Zeichen über die Leitungen jagen. Vielleicht hast du gehört, dass man heute Millionen Daten pro Sekunde schafft, wenn man zum Beispiel an die Leistungen des Kabelfernsehens denkt. In der gesamten Internetwelt hat sich technisch ein unglaubliches Wachstum abgespielt.

Kann man das nicht auch umgekehrt sehen, Opa? Hat sich das Internet vielleicht so gewaltig entwickelt, weil man immer schnellere und größere Möglichkeiten hatte, Daten zu verarbeiten?

Damit wirst du wohl recht haben, Nico. Die Daten, die wir auch damals schon über die Leitungen geschickt haben, hatten zumeist kaufmännische Bedeutungen, mit denen zum Beispiel Rechnungen geschrieben wurden. Daher mussten die Methoden zur Übertragung natürlich sicher sein, es durften keine Zeichen verloren werden, wenn die Leitung etwa nicht stabil war. Die Modems an beiden Enden der Leitung prüften durch Programme, ob alles richtig angekommen war. Ich sagte dir, dass diese Geräte kleine Computer waren. Wenn die Prüfungen Unregelmäßigkeiten zeigten, wurden die Daten noch einmal übertragen.

Wie kann man prüfen, ob die Übertragung richtig und vollständig war?

Man bildete aus den Daten Summen, die zu Kontrollzwecken am Anfang und Ende der Übertragung errechnet und abgeglichen wurden.

Also hattet ihr damals auch schon ein Netz für die Datenübertragung?

Stimmt so gesehen schon, wir benutzten das Telefonnetz in seiner damaligen Form. Später wurden die Leitungen schneller, wir nannten sie »dicker«, weil mehr Stromimpulse pro Sekunde auf die Reise geschickt werden konnten. Da wir Wachstum hatten und mit den Daten immer mehr zusätzliche Anwendungen programmierten, wurden die Datenmengen immer größer. Da die Bildschirme an entfernten Orten immer mit dem Computer verbunden sein mussten, haben wir fest geschaltete Leitungen benutzt, sogenannte Standleitungen zwischen den Standorten überall in Europa und dem zentralen Rechner in Hannover. Diese fest verbundenen Leitungen standen nur uns und unseren Kunden zur Verfügung, da konnte uns keiner dazwischenfunken. Wenn eine solche feste Leitung kaputt war, wenn etwa im Neubaugebiet ein Bagger die Leitung in der Erde hochriss, dann ging nichts mehr. Daher musste man über eine Ersatzleitung verfügen, die man im Notfall schaltete. Dieser Gesichtspunkt ist für das Internet von erheblicher Bedeutung, wie wir noch sehen werden.

Wenn ich das richtig verstehe, ist das Internet also doch schon sehr alt?

Wenn wir den technischen Teil des Internets betrachten, dann hast du recht. Die Anfänge dazu gab es bereits vor fünfzig Jahren. Denke aber bitte daran, dass das Netz nur ein Teil des Internets ist. Die heute so populären Anwendungen über das Netz kamen erst so ab 1990. Um das Netz so zu realisieren, wie wir es heute kennen, mussten die Ingenieure viel Entwicklungsarbeit leisten. Es kamen immer neue, schnellere Geräte auf den Markt. Die Bildschirme waren zu Anfang »dumm«, das heißt, sie hatten keine eigenen Programme. Dann kamen die PCs, schließlich, das siehst du heute, die iPhones. Und was das bedeutet, wird Gegenstand unserer nächsten Runde sein.

1.2. COMPUTERNETZE

Und worum geht es heute, Opa?

Jetzt nähern wir uns dem eigentlichen Internet. Dazu gibt es einen guten Vergleich, den du in vielen Büchern über das Internet findest. Stell dir vor, die Welt besteht aus ganz vielen Millionen Inseln, auf denen es Verkehrsnetze mit Straßen, Eisenbahnen, Brücken und vielen kleinen Wegen gibt. Auf all diesen Inseln gibt es Banken, Bibliotheken, Büros, Fabriken, Schulen und vieles andere mehr. Wenn du überall hinkommen willst, benötigst du ein Wegenetz von einer Insel zur anderen und auf den Inseln selbst und einen zweiten Weg, falls mal eine Straße oder eine Brücke nicht zur Verfügung steht. Dieses Wegenetz ist sozusagen die technische Basis. Nun musst du die gesuchten Stellen aber auch finden. Also muss beschrieben sein, was sich wo befindet, und es muss Navis geben, um dahin zu finden und es muss Systeme geben, mit denen man herauskriegt, welche Akte oder allgemeiner, welches Dokument sich in welcher Institution befindet.

Klar, Opa, das verstehe ich im Prinzip schon. Ein Navi hat Papa in seinem Auto oder auch in seinem Tablet-PC. Jetzt muss ich mir anstelle der Wege die Leitungen und anstelle der Kreuzungen die Knoten aus Computern vorstellen, nicht wahr?

Abb. 2 Inselwelt

Ganz richtig, Nico, wir können den Vergleich aber noch erweitern. Du hast Opa vor einiger Zeit einen Brief geschrieben. Damit die Post weiß, wohin der Brief transportiert werden soll, hast du Opas Adresse auf den Umschlag geschrieben, nämlich den Ort, die Straße und zusätzlich die Hausnummer. Damit es noch einfacher geht, hat die Post sich dazu eine Leitzahl ausgedacht. Damit kann man die Post vorsortieren, damit der erste große Postberg in der Sammelstelle für die verschiedenen Bereiche verkleinert wird. Damit die Post weiß, woher der Brief kommt, hast du sicher deine Adresse angegeben. Es könnte ja sein, dass irgendetwas schief geht und der Brief zurück muss.

Was passiert, wenn in einem Haus mehrere Familien wohnen?

Na, Nico, das ist wohl klar, dann muss es mehrere Briefkästen geben, willst du mich etwa aufs Glatteis führen? Eine Eindeutigkeit kann ich erzielen, indem ich eine zusätzliche Ebene einführe.

Kommen wir zurück zu unseren Inseln und den vielen Institutionen darauf und ersetzen sie durch die Millionen von Computern, wobei auch die Knoten letztlich Computer sind, wie du richtig vermutet hast. Dann bilden, wie du richtig gesagt hast, die Leitungen die Straßen und fertig ist das Netz. Natürlich benötigen wir jetzt auch die Adressen und Absenderangaben. Dabei nutzen uns aber nicht die üblichen Postadressen, alle diese vielen Computer müssen eine unverwechselbare Kennnummer haben, die man auch Adresse nennt. Wegen der riesigen Computeranzahl, im Netz befinden sich bereits über eine Milliarde Computer, ist die Adresse sehr groß, sie besteht natürlich aus Zahlen. Einzelheiten dazu behandeln wir im zweiten Teil, wenn wir uns mit der Anwendung beschäftigen. Einen so gewaltigen Nummernberg kann sich keiner merken.

Im Handy habe ich die Telefonnummern mit den Namen gespeichert. So wie ihr früher brauche ich mir die Nummern schließlich nicht mehr zu merken. Das nennt ihr wohl technischen Fortschritt? Da wird die Technik mit den Computernummern wohl auch so etwas hinkriegen. Außerdem finde ich beim googeln ohnehin alles, was ich suche, ohne dass ich deinen Nummernberg durchflöhen muss, oder?

Donnerwetter Nico, jetzt bist du schon weit vorgeprescht. Überlege mal, wie kommt die Telefonnummer mit den Namen in euer Handy?

Aber Opa, das ist wirklich eine einfache Frage, die hat Papa natürlich eingetippt. Ich gebe zu, dass ich nicht weiß, wie das im Internet passiert, aber eins ist mir klar: Am Anfang muss das irgendjemand eintippen oder vielleicht auch mit technischen Geräten lesen.

Sehr gut, ich freue mich, dass du so gut mitdenkst. Wie das geregelt wird, ist wieder Teil zwei, denn da sprechen wir über die Anwendung. Hier halten wir fest, dass es eine einheitlich aufgebaute, aber natürlich für jeden Computer eine andere Nummer oder Adresse gibt.