Gründung der Advanced Research Projects Agency (ARPA)
Datenpakete und Computernetzwerke
Intergalactic Computer Network
Interface Message Processor
E-Mail
Einheitliches Protokoll TCP/IP
Domain Namen
ARPANET wird Internet
Das World Wide Web
Entstehung des Internet
Das Telefonnetz
Bisher haben wir in der Mobilkommunikation (und in der Kommunikation allgemein) vor allen von der Übertragung von einer Sache gesprochen: Sprache.
Das Telefon wurde erfunden, um Sprache über größere Entfernungen zu transportieren. Zunächst nur zwischen zwei Teilnehmern, etwa in verschiedenen Räumen. Dann entwickelte man Schaltzentralen, in denen man (bzw. das Fräulein vom Amt) Verbindungen händisch herstellte. Diese wurden dann durch mechanische Relais ersetzt.
Es gab lokale Netze (Nahgespräche) und nationale Netze (Ferngespräche). Spezielle Leitungen wurden hierfür von Stadt zu Stadt gezogen und kontinuierlich verbessert und erweitert. Alles blieb bis dahin elektrisch und mechanisch. Mit verbesserter Elektronik begann man dann mehrere Gespräche über eine Leitung zu übertragen, indem man sie ähnlich wie beim Radio modulierte und auf eine Trägerfrequenz brachte. Dies war Frequency Division Multiple Access (FDMA). In den späten sechziger Jahren setzte dann die digitale Übertragung ein und erlaubte Sprache in digitale Signale zu übertragen, welche man dann in einen „Zeitschlitz“ übertragen konnte. Dadurch begann Time Division Multiple Access (TDMA).
Während die Leitungen zu den eigentlichen Telefonen analog blieben, wurde das Telefonnetz immer komplexer und vor allen immer digitaler. Es wurde komplett mit Software gesteuert und auf der Software liefen wohlspezifizierte Protokolle, welche sich um die Erstellung und Aufrechterhaltung der Leitungen kümmerte. Im englischen nennt man dieses Netzwerk das Public Switching Telefone Network (PSTN)
Ende der achtziger Jahre war man so weit, dass man das gesamte Netzwerk digitalisieren wollte. Man schuf das Integrated Service Digital Network (ISDN). Hier war es erstmals möglich auch bis zum Endgerät digitale Leitungen zur Verfügung zu stellen, wenn auch nur mit geringer Übertragungsrate (2 x 64 kbit/s). Das digitale Mobilfunknetz GSM passte sich nahtlos in diese Kommunikationsstruktur an. Das zentrale Element des Netzes war jedoch nach wie vor eine Leitung zwischen zwei Teilnehmern zur Verfügung zu stellen damit diese kommunizieren konnten. Hauptsächlich waren dies noch immer Menschen, welche per Sprache verbunden waren.
Treffend wurde dies vom Slogan des erfolgreichsten Mobilfunkherstellers der Welt benannt. „Connecting People“.
Aber dies war und ist nicht die einzige Art und Weise zu kommunizieren, eine Leitung herzustellen. Es konnte auch nicht das Ziel sein nur Menschen zu verbinden. So entstand parallel zur Entwicklung von leistungsfähigen Computern eine andere Art der Kommunikation.
Paketorientierte Übertragung
Gründung der Advanced Research Projects Agency (ARPA)
1957 startete die Sowjetunion ihren ersten Satelliten, den Sputnik. Dies war ein alarmierender Weckruf für die Vereinigten Staaten. Es war möglich Raketen überall hinzuschicken und große Zerstörungen zu schaffen. Man war angreifbar im eigenen Land. Ein besonders erschreckendes Scenario war, dass man die gesamte Telekommunikationsinfrastruktur zerstören könnte. Nach dem Krieg war man bereits 100 % von einer verlässlichen Kommunikation für die Verteidigung des Landes abhängig. Diese war jedoch wie oben beschrieben leitungsorientiert und zentral gesteuert. Wenn z.B. eine große Fernübertragung gestört oder gar zerstört würde bräche die Kommunikation zusammen.
Wie kann man also eine weniger anfällige Kommunikation schaffen. Um dies und andere drängende Probleme zu erforschen, gründeten die Vereinigten Staaten die ARPA (Advanced Research Projects Agency). Diese Agentur sollte Forschung fördern und koordinieren die zu Verbesserung der Verteidigung der USA beitragen. Eines der ARPA-Projekte fokussierte sich auf sichere und angriffsresistente Kommunikationsnetzwerke.
Datenpakete und Computernetzwerke
Einer der ersten Ingenieure, die über eine neue Art von Kommunikation nachdachte hieß Paul Baran. Er arbeitete für eine Non Profit Organisation namens RAND welche sich mit der Verletzbarkeit von Kommunikationssystemen beschäftigte. Baran ersann ein Kommunikationsnetzwerk. Dieses bestand aus Netzwerkknoten und Verbindungen zwischen den Knoten. Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel für ein Netzwerk aus 12 solcher Knoten (A – L).
Jeder Knoten ist mit einer Reihe von anderen Knoten verbunden. Wenn z.B. der Knoten A mit Knoten K kommunizieren will, kann dies über mehrere Pfade geschehen. Drei verschieden Pfade sind hierbei in der Abbildung angezeigt. Die Kommunikation setzt voraus, dass ein Bündel von Daten verschickt wird und sich von Knoten zu Knoten vorarbeitet. Hierbei müssen die Knoten „intelligent“ sein und wissen, wie die Bündel weitergeschickt werden. Das macht ein solches Netz komplex. Auf der anderen Seite funktioniert die Kommunikation, auch wenn mehrere Leitungen oder Knoten wegfallen. Die Bündel können praktisch einen Weg um die Defekte herum finden.
1960 benutzte Baran Computersimulationen solcher Netzwerke und konnte damit zeigen, dass wenn es mehr als drei oder mehr Verbindungen von den Knoten gab die Netzwerke sehr robust waren, selbst wenn 50% der Leitungen und Knoten ausfielen.
Die folgenden Jahre arbeitete Baran an der Spezifikation wie ein solches Netzwerk aufgebaut werde könne und veröffentlichte die Ergebnisse 1964. Von den großen Kommunikationsfirmen wie z.B. AT&T wurden seine Arbeiten und Vorschläge eher belächelt. „Er habe einfach keine Ahnung wie Kommunikation in der Wirklichkeit funktioniert“. Sprachkommunikation würde auf diese Art und Weise niemals funktionieren.
Anfang der sechziger Jahre arbeitete in England ein völlig unabhängiger Wissenschaftler an dem gleichen Problem. Er war nicht wie Baran ein Elektroingenieur, sondern ein Computer Wissenschaftler. Sein Name war Donald Davis. Er nannte sein Netzwerk gleich ein Computernetzwerk. Es ging ihm vor allen um die Vernetzung von Computern.
Der Fokus von Davis lag auf den Daten, welche übertragen werden sollten. Er schlug vor die Daten in kleine „Datenpakete“ aufzuteilen. Jedes dieser Pakete erhielt eine Adresse an dem es geschickt werden sollte und einen Absender, von wo aus es geschickt wurde. Weiterhin die Nummer des jeweiligen Paketes und natürlich die eigentlichen Daten. Am Ziel angekommen wurde man die Pakete „auspacken“ und die die Daten wieder zusammenfügen. Jedes Datenpaket konnte unabhängig voneinander einen Weg durch ein Computernetz finden, ähnlich wie es Baran beschrieben hatte.
Davis veröffentlichte seine Arbeit 1966. Seine Bezeichnung von Datenübertragung mit Paketen sollte sich weltweit durchsetzen. Die Datenübertragung lief auf Computern, die hierfür ein Protokoll abarbeiten mussten. Er erkannte früh, dass die Abarbeitung des Protokolls und die Weitergabe von Daten und Informationen durch die Computer eine gewisse Last erzeugten und schnell zum limitierenden Faktor werden würden. Er sah voraus, dass es spezielle Computer geben würde, die sich auf diese Aufgaben spezialisierten. Diese speziellen Computer die er als „Interface Computer“ bezeichnete sind heute als Router bekannt.
Intergalactic Computer Network
Eine der schillerndsten Personen in der frühen Zeit der Computerwissenschaften war J.C.R. Licklider. Anfang der sechziger Jahre arbeitete er für die bekannte Forschungs- und Entwicklungsfirma BNN (Bolt Beranek and Newman Inc). Obwohl er eigentlich von der Akustik Forschung kam und zeitweise sogar President der Acoustic Society of Amerika, interessierte er sich früh für Computer und deren Wirkung auf die Zukunft für die Menschheit. Während seiner Zeit bei BNN schrieb er Artikel über ein mögliches Netzwerk aus Computern. Er gab dieser Serie den merkwürdigen Namen „Intergalactic Computer Network“. Seine Vision beinhaltete, dass die Computer Informationen speichern und bearbeiten würden die allen zugänglich sein würden, der Regierung, Institutionen, Firmen und auch einzelnen Personen.
1962 arbeitete Licklider auch für die ARPA, und zwar als Direktor für das „Information Processing Techniques Office“. Hier hatte er Gelegenheit für seine Idee eines Computernetzwerkes zu werben. Er überzeugte zwei Wissenschaftler, Ivan Sutherland und Bob Taylor an einem solchen Netz zu arbeiten. Er selbst verließ bereits 1964 die ARPA, um sich neuen Aufgaben zu widmen. Sutherland und Taylor starteten ihrerseits Aktivitäten für ein erstes Computernetzwerk, welches sie ARPANET bezeichneten. Bei ihren Untersuchungen wurden sie bald auf die Aktivitäten von Davis in England und von Baran in den USA aufmerksam und ließen ihre Ideen von einem Packet Orientierten Computernetzwerk in den Entwurf des ARPANETs einfließen.
Interface Message Processor
Ziel des ARPANETs war es zunächst eine Handvoll Computer zu vernetzen. Heute klingt dies nach einer einfachen, selbstverständlichen Aufgabe. Aber in den sechziger Jahren waren Computer Inseln und in keinerlei Hinsicht dafür konzipiert Daten untereinander auszutauschen. Dies lag schon daran, wie ein Computer arbeitete. Wenn er in Betrieb war, bekam er eine Aufgabe eine „Job“. Er lud ein Programm entweder von einem Magnetspeicher, einem Magnetband oder einem Lochkartenstapel und führte es aus. Das Resultat wurde dann ausgedruckt. Üblich war ein Programm in Form eines Stapels (englisch Batch) von Lochkarten zu haben. Dieser wurde in den Lochkartenleser des Computers gelegt und eingelesen. Daher sprach man von einem Batch Betrieb. Ein Job nach dem anderen wurde hintereinander ausgeführt. Anfangs waren die Computer nicht in der Lage mehrere Jobs gleichzeitig auszuführen (Time Sharing). Genau ein solches Time Sharing war jedoch notwendig, wenn Computer miteinander kommunizieren sollen.
Das ARPANET Team kam schnell zu der Überzeugung, dass etablierte Computer nicht direkt miteinander kommunizieren können. Daher schlugen sie eine andere Architektur vor. Jeder zu vernetzende Rechner bekam einen kleinen Rechner, mit dem er direkt verbunden wurde. Dieser war dann für das Austauschen von Daten zuständig. Diesen Rechner nannten sie IMP (Interface Message Processor). Mitte 1968 gab es eine Spezifikation wie der IMP aussehen sollte und man suchte nach einem geeigneten Hersteller. BNN, die Firma für die Licklider eine Zeitlang arbeitete bekam den Auftrag für den Bau und Inbetriebnahme der IMP´s.
BNN wählte einen sogenannten Minicomputer für die IMP´s aus, welcher von der Firma Honeywell gebaut wurde. Minicomputer vermittelt hierbei einen falschen Eindruck, denn die Geräte waren immer noch so große wie Kühlschränke und hatten sehr große Eingabegeräte. Aber sie hatten eine geringe Wortbreite (meist 16 bit), einen sehr kleinen Arbeitsspeicher (24 k Byte) und einen einfachen Befehlssatz. Jeder IMP konnte mit bis zu sechs anderen IMPs über Modems kommunizieren. Hierfür dienten Telefonlinien welche eine Übertragungsrate von 64 kBit/s hatten. 64 kBit/s Übertragung war damals eine neue innovative digitale Übertragung welche neu eingeführt wurde. Wie oben beschrieben war 64 kbit/s ausreichend für einen Sprachkanal. BNN schuf auch die erste Software, welche die Übertragung steuern sollte. Man nannte sie schlicht 1822, weil sie im BNN Report Nr. 1822 beschrieben wurde.
Von den ersten vier IMP wurden 3 entlang der Kalifornischen Küste installiert und eine in Salt Lake City, Utah. Die erste Übertragung zwischen zwei IMP´s gelang am 29. Oktober 1969 von Stanford nach Los Angeles. Die Buchstaben „lo“ von Log In wurden empfangen. Kurze Zeit später gelang eine Verbindung am 21. November und am 5. Dezember waren alle vier IMP miteinander verbunden. Das erste initiale ARPANET war in Betrieb.
Fortan wuchs das ARPANET langsam und beständig. 1975 waren bereits 60 Computer in den USA miteinander verbunden. Es entstanden neue stets verbesserte Protokollsoftware wie das Transfer Control Protocol (TCP). Das ARPANET Projekt hatte seinen Zweck erfüllt aber das Netz existierte weiter. BBN gab die Software für die IMP frei und auch die HW und SW von IMPs konnte weiterentwickelt werden. Anders als die Entwicklungen in der Telekommunikationsindustrie war das ARPANET geprägt durch die Forschung der angeschlossenen Universitäten und Institute und dem Austausch von Wissen.
1971 entstand im ARPANET ein weiteres Element zum Austausch von Daten, die E-Mail. Bereits in den sechziger Jahren war es möglich, dass sich Benutzer von einem Computer gegenseitig kurze Nachrichten zuschicken könnten. Sie schrieben dazu eine Nachricht in die Datei des Adressanten, indem sie seinen Nutzernamen verwendeten. Ein Programmierer namens Ray Tomlinson erweiterte dieses System, indem er das ARPANET nutzte, um auch Nachrichten auf andere Rechner zu schicken. Hierbei musste er die Adresse erweitern um Nutzername plus Hostname also dem entsprechenden Rechner im Netz. Er suchte nach einem trennenden Zeichen und wählte ein wenig benutztes ASCII Zeichen: @. Dieses Zeichen entwickelte sich mit der Zeit nicht nur als Symbol für E-Mail, sondern als Zeichen für das Internet schlechthin.
Einheitliches Protokoll TCP/IP
ARPANET war nicht das einzige paketorientierte Netzwerk, welches in den siebziger Jahren entstand. Es gab weitere kleiner Netze auch in Europa. Was fehlte war ein verbindendes Protokoll, welches alle zusammenführte. Über die Jahre entwickelte sich das sogenannte Transfer Control Protokoll TCP und Internet Protokoll IP. TCP wurde erstmals 1977 demonstriert und dann weiter verfeinert. Anfang der achtziger Jahre wurde TCP/IP schließlich als Standard erklärt. Am 1. Januar 1983 wurden alle Knoten des ARPANET auf TCP/IP umgestellt. Seitdem ist bis heute TCP/IP das Grundlegende Protokoll für das Internet.
Domain Namen
Paketdienste brauchen IP-Adressen. IPv4 Adressen bestanden aus 4 Zahlen von 0 bis 255 getrennt von einem Punkt. Beispiel: 192.0.2.42. (Heute sind die Adressen mit IPv6 deutlich länger). Solche Adressen sind jedoch schwer zu merken. Daher schuf man eine Datenbank in der IP-Adressen leicht gängigen Namen zugeordnet wurden. Diese nannte man Domain Namen und die Datenbank Domain Name System (DNS).
Am ersten Januar 1985 war nordu.net die erste Domain des Internets.
ARPANET wird zum Internet
Ende der achtziger Jahre wurde das ARPANET aufgelöst und ging in einen Internetbackbone über. Der militärische Teil vom ARPANET trennte sich ab. 1990 wurde schließlich das Netz für kommerzielle Zwecke freigegeben und verließ nun den Bereich Militär bzw. Forschung und Entwicklung.
Die Leitungen, welche bisher für das Netzwerk benutzt wurden, kamen hauptsächlich von den Telefongesellschaften. Diese verbesserten sich deutlich in den achtziger Jahren, indem sie höhere Bandbreiten zuließen. Letztendlich wurden auch Leitungen eigens für den Internet-Backbone verlegt. Hierbei wurden mehr und mehr statt Kupferkabel Glasfaserkabel eingesetzt die nicht nur höhere Übertragungsraten zuließen, sondern auch Signale mit geringer Dämpfung über lange Strecken schicken konnten. 1988 wurde das erste Übersee Glasfaserkabel verlegt. Bereits Mitte der neunziger Jahre hatte dann die Glasfaser das Kupferkabel bei der Fernübertragung verdrängt.
Die IMP waren bis in die achtziger Jahre hinein Minicomputer mit spezieller Software. 1985 wurde im aus der Standford University heraus ein Unternehmen gegründet welche sich darauf spezialisierte IMP´s zu bauen die fortan Router hießen. Diese Firma war CISCO. Sie etablierte sich schnell als der Marktführer für Router und hatte ein unglaubliches Wachstum sowohl an Umsatz als auch an Wert. Ende 2000 auf dem Gipfel des Internet Booms war CISCO mit 500 Milliarden Börsenwert das wertvollste Unternehmen der Welt.
In den achtziger Jahren entwickelte und etablierte sich ebenfalls eine neue Art von Computer, der Personal Computer. Anfangs war er noch dominiert von Bastlern mit Interesse an Computertechnologien, aber er wurde bald zu einem Gegenstand des täglichen Gebrauchs. Mit den PC´s entwickelten sich auch erste Modems, welche es ermöglichten sich mit einem Netzwerk zu verbinden.
Es etablierten sich sogenannte Internet Service Provider die Dienste für Benutzer anboten. Dies waren etwa erste E-Mail-Dienste aber auch Zugang zu Zeitungen die man lesen konnte. Beliebt waren auch aktuelle Börsenwerte. Die ersten große ISP waren CompuServe und America Online.
Das World Wide Web
Die populärste Anwendung für das junge Internet wurde wieder aus der Forschung heraus entwickelt, und zwar nicht aus den USA sondern aus einer Forschungseinrichtung für Nuklearphysik im Französisch-Schweizerischen Grenzgebiet, CERN. Dort wollte man 1989 ein besseres System für den Austausch von Informationen schaffen. Sie wurde von dem belgischen Wissenschaftler Robert Cailliot und dem britischen Physiker Tim Berners-Lee geschaffen. Sie bestand aus einer Hypertextsprache namens HTML (Hypertext Markup Language) und einem Protokoll HTTP (Hypertext Transfer Protokol). Mit HTML konnte man Informationsseiten gestalten und mit HTTP übertragen. Das Besondere waren insbesondere sogenannte Links auf die man klicken konnte um so auf weitere HTML Pages zu gelangen.
Am 20. Dezember 1990 entstand so die erste Website im Internet. Die Software und das Protokoll waren Lizenzfrei und für jeden verfügbar. So entwickelte sich das WorldWideWeb schnell auch außerhalb von CERN und der Forschungsinstitute.
Große Popularität gewann das WorldWideWeb jedoch erst durch die Entwicklung und Verkauf von sogenannten Browsern, also Software, mit welcher man das WorldWideWeb auf einfache Art und Weise nutzen konnte. Diese Browser liefen auf den PC´s in den Haushalten der Menschen und das WorldWideWeb wurde praktisch zum Synonym des Internet obwohl es eigentlich nur eine Anwendung des Internet darstellt.