Domain Name System (DNS)

Während menschliche Benutzer und die meisten Anwendungsprogramme zur Adressierung entfernter Rechner im Internet symbolische Namen benutzen, verwendet die Netzwerk-Software aus Gründen der Effizienz und der Eindeutigkeit ausschliesslich die 32 Bits bzw. 128 Bits lange binäre IP-Adresse.

In der Anfangszeit des Internet, zur Zeit des ARPANET, wurde die Zuordnung zwischen symbolischen Rechnernamen und ihren binären Adressen mittels einer zentral gelagerte Datei host.txt organisiert, die fortlaufend zu aktualisieren war. Jeweils Nachts forderten dann alle Rechner des ARPANET diese Datei an, um ihre eigenen Adresszuordnungslisten zu aktualisieren. Ein derartiges Vorgehen war allerdings nur solange praktikabel, als das betreffende Netzwerk nur einige hundert Rechner umfasste. Mit dem explosionsartigen Wachstum des Internets wurde schnell klar, dass eine zentrale Verwaltung einer Namens-Adresszuordnung im großen Maßstab nicht mehr sinnvoll war, schon einfach aus dem Grund, weil die zu verwaltenden Zuordnungstabellen schnell viel zu groß und das massenhafte Update zu viel Bandbreite kostete und zu aufwändig wurde (siehe Abbildung).

Nutzung eines Internetdienstes über einen Namensdienst

Darüber hinaus barg dieser flach organisierte Namensraum noch zusätzlich das Problem, dass doppelt vergebene symbolische Namen erkannt und bereinigt werden mussten, was einen erheblichen Administrationsaufwand verursachte.

Zur Lösung dieses Problems wurde von Paul Mockapetris (* 1948) das sogenannte Domain Name System (DNS) entwickelt, das 1983 in den RFCs 882 und 883 spezifiziert und als Internetstandard publiziert wurde. 1987 wurde diese Spezifikation durch die RFCs 1034 und 1035 abgelöst. DNS arbeitet als verteilte Datenbankanwendung und dient dazu, symbolischen Namen binäre IP-Adressen zuzuordnen. Um die verteilte Anwendung sinnvoll zu organisieren, wurde der zur Verfügung stehende Adressraum hierarchisch strukturiert und verschiedenen Abschnitten jeweils eigene DNS-Server zugeordnet, die für die Zuordnung (Mapping) im betreffenden
Adressraumabschnitt verantwortlich sind.

ARPANET

Das Arpanet im September 1974

Das Arpanet im September 1974

Die Ursprünge des Internets reichen weit zurück in die Zeit des kalten Krieges. Mit der kolportierten Absicht, ausfallsichere und zuverlässige Kommando- und Kommunikationsverbindungen zu gewährleisten, die selbst einen Atomschlag überstehen, wurde die Idee eines paketvermittelten Kommunikationsdienstes entwickelt, der in der Lage sein sollte, unterschiedlichste Rechnernetze zu überbrücken. Die Idee der Paketvermittlung, ein Grundpfeiler der Internet-Technologie, ohne die eine sichere Kommunikation in einem unsicheren, fehleranfälligen Netzwerk nur schwer vorstellbar ist, wurde bereits zu Beginn der 60er Jahre von Paul Baran (1926-2011) bei der amerikanischen RAND Corporation, Donald Davies (1924-2000) am britischen National Physical Laboratory (NLP) und Leonard Kleinrock (*1934) am Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelt.

Bei einem Treffen der ARPA Forschungsdirektoren im Frühjahr 1967 brachte das Information Processing Techniques Office (IPTO oder nur IPT) unter der Leitung von Joseph C. R. Licklider (1915–1990) und Lawrence Roberts (*1937) erstmalig das Thema der Überbrückung heterogener Netzwerke, also den Zusammenschluss von nicht kompatiblen Computernetzwerken auf die Tagesordnung. Bereits im Oktober 1967 konnten die ersten Spezifikationen diskutiert werden für die Interface Message Processors (IMP), speziellen Minicomputern, ähnlich den heute eingesetzten Internet-Routern, die den über Telefonleitungen zu koppelnden Rechnern vorgeschaltet werden sollten.

Die Entscheidung zur Verwendung standardisierter Verbindungsknoten zur Koppelung proprietärer Hardware zu einem Kommunikationssubnetz vereinfachte die Entwicklung der notwendigen Netzwerkprotokolle, da die Software-Entwicklung für die Kommunikation zwischen IMP und den proprietären Rechnern dem jeweiligen Kommunikationspartner überlassen werden konnte. Auch brauchte man sich nicht mit dem Problem herumschlagen, dass die in den 1960er und 1970er Jahren eingesetzten Computer keiner standardisierten Architektur folgten. Weder das auf diesen eingesetzte Betriebssystem, noch die verwendete Hardware verfügte über gemeinsame Schnittstellen, so dass für jede Kommunikationsverbindung zwischen zwei Rechnern eine eigene Schnittstelle hätte entwickelt werden müssen. Ende 1968 konnten dann basierend auf den Arbeiten des Stanford Research Institutes (SRI) die endgültigen Spezifikationen der IMPs festgeschrieben werden. Um sich mit dem Kommunikationssubnetzwerk zu verbinden, kommunizierten die jeweiligen Host-Rechner über eine bitserielle Hochgeschwindigkeitsschnittstelle mit den vorgeschalteten IMPs. Die IMPs selbst kommunizierten untereinander via Modems, die über permanent geschaltete Telefonleitungen verbunden waren, um Datenpakete zwischenzuspeichern und weiterzuleiten (Store-and- Forward Packet Switching). Die ersten vier miteinander verbundenen Netzwerkknoten des ARPANETs, benannt nach seinem Sponsor, der US-amerikanischen Regierungsbehörde ARPA, gehörten zu universitären Forschungseinrichtungen der Universitäten Los Angeles (UCLA, Sigma-7), Santa Barbara (UCSB, IBM-360/75), Stanford (SRI, SDS-940) und Utah (DEC PDP-10). Am 29. Oktober 1969 war es dann soweit: die ersten vier IMPs waren erfolgreich sowohl untereinander, als auch mit ihren Hostrechnern verbunden und die Ära des Internet begann.

Im März 1970 erreichte die Ausdehnung des jungen ARPANETs erstmals die Ostküste der USA und im April 1971 waren bereits 23 Hosts über 15 Knotenpunkte miteinander verbunden. Die erste ”prominente“ Anwendung des neuen Netzwerks war eine Software zum Transfer von Textnachrichten, das erste E-Mail Programm, das 1971 von Ray Tomlinson (*1941) von BBN entwickelt wurde. Im Januar 1973 wuchs die Anzahl der Rechner im ARPANET auf 35 Knoten an. Ab Mitte 1973 kam dann auch Rechner in England und Norwegen als erste internationale Knoten mit hinzu. Im selben Jahr wurde auch die erste Anwendung zum Dateitransfer, das File Transfer Protocol (FTP) implementiert. Ab 1975 wurden die außerhalb der USA liegenden Netzwerkknoten über eine Satellitenverbindung angeschlossen. Die Zahl der Rechner im Netz wuchs mit 111 angebundenen Hostrechnern im Jahr 1977 auf über 500 Hosts im Jahr 1983 an. Eine erste sehr erfolgreiche öffentliche Demonstration des Internetworking erfolgte im November 1977, als über spezielle Gateway- Rechner das ARPANET mit einem der ersten Funkdatennetze, dem Packet Radio Network und einem Satellitennetzwerk, dem Atlantic Packet Satellite Network zusammengeschaltet wurde.

Prolog

Teil 2 von 3

Aufbauend darauf folgt in Kapitel 4 die Vorstellung der untersten, ersten Schicht des TCP/IP-Referenzmodels, der sogenannten Netzzugangsschicht, in der lokale Netzwerke (LANs) und einfache Weitverkehrsnetzwerke unterschiedlicher Technologien angesiedelt sind. Zuerst wird auf die kabelgebundenen LAN-Technologien und den wichtigsten dort angesiedelten Technologiebeispielen, wie z.B. Ethernet, Token Ring, FDDI und ATM eingegangen.

Im nächsten Kapitel 5 wird auf kabellose LAN-Technologien eingegangen, deren Popularität ständig steigt und die in ihrer Leistungsfähigkeit den kabelgebundenen Konkurrenten kaum noch nachstehen. Allerdings setzt das Medium Funk gegenüber dem Kabel andere Anforderungen an die Netzwerkkommunikation voraus bzgl. Reichweite, Zuverlässigkeit und insbesondere auch Sicherheit. Es werden die Grundlagen der kabellosen und mobilen Netzwerktechnologien erläutert und die wichtigsten Technologievertreter vorgestellt, wie z.B. WLAN oder auch die auf den Nahbereich beschränkten Technologien Bluetooth und ZigBee.

Vergrößert sich sowohl die Anzahl der an ein Netzwerk angeschlossenen Geräte bzw. auch die Distanz zwischen den einzelnen Kommunikationspartnern, müssen alternative Technologien zur Anwendung kommen, die in Kapitel 6 behandelten Weitverkehrsnetzwerke (WANs). WANs können dazu eingesetzt werden, lokale Netzwerke an unterschiedlichen Standorten miteinander zu verbinden. Von großer Bedeutung sind in diesem Zusammenhang spezielle Wegfindungsverfahren, die sogenannten Routing-Algorithmen. Weiter werden die wichtigsten WAN Technologien vorgestellt, beginnend mit dem historischen ARPANET bis hin zum breitbandigen Funknetzstandard WiMAX. Abgeschlossen wird das Kapitel mit der Darstellung der unterschiedlichen Zugangstechnologien, über die ein Endbenutzer auf ein Weitverkehrsnetzwerk zugreifen kann. Die Spanne reicht dabei vom (historischen) analogen Telefonnetz bis hin zu LTE, einer Mobilfunktechnologie der 4. Generation.

Um über die Grenzen der unterschiedlichen Netzwerktechnologien hinweg auf einheitliche Weise, also wie in einem Netz kommunizieren zu können, stellt das Internetprotokoll (IP) auf der Internetschicht des TCP/IP-Referenzmodells einen einfachen, aber übergreifenden Kommunikationsdienst zur Verfügung, der in der Version IPv4 seit nun 30 Jahren das Herzstück unseres heutigen Internets bildet. Daneben steht der Nachfolger IPv6 bereits seit einigen Jahren in den Startlöchern und setzt sich zunehmend auf breiter Basis durch, um neuen Raum für weiteres Wachstum des Internets zu bieten. Zusammen mit weiteren Kommunikationsprotokollen der Internetschicht werden IPv4 und IPv6 detailliert in Kapitel 7 behandelt.