30 Jahre Freundeskreis Hans-Furler-Gymnasium Oberkirch

1. 30 Jahre Freundeskreis
Hans-Furler-Gymnasium Oberkirch
Die Evolution des Internet
Torsten Braun
Computer Networks and Distributed Systems
Institut für Informatik und angewandte Mathematik
Universität Bern
braun@iam.unibe.ch, cds.unibe.ch

2. Torsten Braun: Evolution des Internet
Übersicht
1. Geschichte und Entwicklung
2. Struktur und Funktionsweise
3. Forschungsaktivitäten
19. Oktober 2012 2

3. 30 Jahre Freundeskreis
Hans-Furler-Gymnasium Oberkirch
Die Evolution des Internet:
Geschichte und Entwicklung

4. Torsten Braun: Evolution des Internet
Sputnik
> 4. Oktober 1957:
— Die Sowjetunion bringt
den Satelliten Sputnik in
die Erdumlaufbahn.
> Februar 1958:
— US-Präsident Eisenhower
gründet Advanced
Research Projects Agency
(ARPA).
— Ziel der ARPA:
Koordination u. Förderung
der angewandten
Forschung in universitären
und militärischen
Einrichtungen
19. Oktober 2012 4

5. Torsten Braun: Evolution des Internet
Informatikforschung bei der ARPA
> 1962: Berufung des Psychologie-Professors
Joseph Licklider (MIT) zum Direktor des
Information Processing Techniques Office der ARPA
— Vision: interaktive Benutzung von Computern zur
Unterstützung menschlicher Entscheidungsprozesse
→ Time-Sharing, d.h. Aufteilung der Rechenzeit auf
mehrere Prozesse / Benutzer
> 1966: Bob Taylor entwickelt die Idee,
Grosscomputer miteinander zu verbinden statt für
jeden Rechner ein separates Terminal zu benutzen
19. Oktober 2012 5

6. Torsten Braun: Evolution des Internet
Terminalverbindungen und Rechnernetze
Wesley
Clark
(1966)
Realisierung ?
19. Oktober 2012 6

7. Torsten Braun: Evolution des Internet
Verteilte Kommunikationsnetze
> Paul Baran (RAND):
„On Distributed Communications:
I. Introduction to Distributed
Communications Network‖,
August 1964
> Motivation:
Aufbau eines robusten
Kommunikationsnetzes,
welches einen atomaren
Angriff überlebt.
→ verteilter Ansatz
> Air Force unterstützt
Realisierungsprojekt,
AT&T lehnt ab.
→ Baran zieht Projektidee zurück.
zentral dezentral verteilt
19. Oktober 2012 7

8. Torsten Braun: Evolution des Internet
Paketvermittlung
1966: Donald Davies (Imperial College, London):
„Proposal for a Digital Communication Network―
> Aufteilen der auszutauschenden Daten in einzelne,
voneinander unabhängige Pakete fester Grösse
> Paket = Steuerinformation (inkl. Ziel- und Quelladresse) + Daten
> Weiterleiten der Pakete über Netz von Vermittlungsknoten
> Ziel setzt Daten wieder zusammen.
Daten
Steuerinfo
19. Oktober 2012 8

9. Torsten Braun: Evolution des Internet
Leitungs- und Paketvermittlung
B B
A C A C
D D
19. Oktober 2012 9

10. Torsten Braun: Evolution des Internet
Die Geburt des ARPANET
> Oktober 1967: ACM Symposium in Gatlinburg (USA)
— Vorträge von Larry Roberts (ARPA) u. Roger Scantlebury (Imperial College)
— Beitrag von Imperial College zitiert Barans Arbeiten.
> August 1968: ARPA veröffentlicht Ausschreibung zur
Realisierung der Interface Message Processors (IMPs)
— Auswahl der Offerte von Bolt, Beranek & Newman (BBN, MIT Spin-off)
— Januar 1969: Vertrag mit BBN (1 Mio. $)
> September 1969: Lieferung des ersten IMP an UCLA
(University of California at Los Angeles)
— Realisierung auf der Basis von Honeywell-Minicomputern
— weitere Lieferungen in Abständen von 1 Monat
> Dezember 1969: ARPANET besteht aus 4 Knoten,
Verbindung über Telefonnetz
19. Oktober 2012 10

11. Torsten Braun: Evolution des Internet
ARPANET
19. Oktober 2012 11

12. Torsten Braun: Evolution des Internet
Network Working Group
> Anfang 1969: Etablierung einer Arbeitsgruppe an den beteiligten
Universitäten zur Entwicklung von Kommunikationssoftware
— Wie kommunizieren IMPs und Endsysteme miteinander ?
— Wie kommunizieren Endsysteme miteinander ?
— Welche Anwendungen sollten unterstützt werden ?
> Mitglieder der Arbeitsgruppe sind meist Doktoranden
— Gründer: Jon Postel, Steve Crocker, Vint Cerf
> Spezifikationen = Request for Comments (RFC)
— Ausdruck einer freundlichen, kooperativen
und konsensorientierten Arbeitsweise
— S. Crocker: „Host Software―, April 1969, RFC 1
— S. Crocker, J. Postel et al.: A Prototypical
Implementation of the NCP, RFC 55, Juni 1970
– NCP = Network Control Program
> Heute: Internet Engineering Task Force (IETF)
19. Oktober 2012 12

13. Torsten Braun: Evolution des Internet
Frühe ARPANET-Anwendungen
> 1971: Ray Tomlison (BBN) entwickelt erstes Email-Programm
> 1971: erste RFCs über TELNET (Terminal-Emulation) und
FTP (file transfer protocol)
> 1973: TALK: einfaches Chat-Programm für zwei Benutzer, die
sich auf dem selben Computer eingeloggt haben
19. Oktober 2012 13

14. Torsten Braun: Evolution des Internet
TCP/IP
> Bisher: ARPANET als zuverlässiges Netz mit Fehlerbehandlung in IMPs
> 1974: Entwicklung des Transmission Control Protocol (TCP) zur
zuverlässigen Kommunikation
→ Fehlererkennung und Fehlerkorrektur in Endsystemen
→ Internet = Network of networks
> 1977: Aufteilung von TCP in TCP/IP (IP = Internet Protocol)
> ab 1974: TCP/IP wird in Unix implementiert und AT&T verteilt Unix
gegen geringe Gebühr an Forschungseinrichtungen. Unix wird de facto
Betriebssystem auf wissenschaftlichen Arbeitsplatzrechnern.
> ab 1981: Aufbau und Zusammenschluss von Forschungsnetzen in den
USA und Europa, Kopplung mit ARPANET
> 1983: Umstellung des ARPANET von NCP auf TCP/IP
19. Oktober 2012 14

15. Torsten Braun: Evolution des Internet
Internet = Network of Networks
Backbone
(NSFnet)
Gateway
(Router)
regionales
Netz
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16. Torsten Braun: Evolution des Internet
World Wide Web
> 1989: Tim Berners-Lee beginnt am CERN in Genf die
Entwicklung des World Wide Web (WWW).
Motivation: Bedarf für ein einfaches System zum Sammeln,
Aktualisieren und Austausch von Wissen
> 1991: NSFNet öffnet Internet für private/kommerzielle Nutzer
> 1993: Mosaic Browser von University of Illinois
> 1994: WWW Consortium (W3C), Netscape
Torsten Braun: Geschichte und Entwicklung des Internets, Informatik-Spektrum,
Vol. 33, Nr. 2, Februar, 2010, S. 201-207, Springer Berlin / Heidelberg
19. Oktober 2012 16

17. Torsten Braun: Evolution des Internet
Internet-Multimedia-Anwendungen
19. Oktober 2012 17

18. Torsten Braun: Evolution des Internet
Entwicklung des Internet in Zahlen
Heute:
> 1 Milliarde Endsysteme im Internet
> 1 Milliarde Facebook-Nutzer
> 15 Millionen *.de Domänen-Namen
19. Oktober 2012 18

19. 30 Jahre Freundeskreis
Hans-Furler-Gymnasium Oberkirch
Die Evolution des Internet:
Struktur und Funktionsweise

20. Torsten Braun: Evolution des Internet
Internet: Netz von Netzen
19. Oktober 2012 20

21. Torsten Braun: Evolution des Internet
Netz der Universität Bern
19. Oktober 2012 21

22. Torsten Braun: Evolution des Internet
Schweizer Forschungsnetz
19. Oktober 2012 22

23. Torsten Braun: Evolution des Internet
Deutsches Forschungsnetz
19. Oktober 2012 23

24. Torsten Braun: Evolution des Internet
Europäisches Forschungsnetz
19. Oktober 2012 24

25. Torsten Braun: Evolution des Internet
Weltweiter Verbund der Forschungsnetze
19. Oktober 2012 25

26. Torsten Braun: Evolution des Internet
Internet: Netz von Netzen
19. Oktober 2012 26

27. Torsten Braun: Evolution des Internet
Internet Software/Hardware-Architektur
Endsystem Server
@
Anwendungen
Transport
(TCP/UDP) Router
Betriebssystem
Internet Protocol
(IP)
Hardware Netz
physikalisches Medium
19. Oktober 2012 27

28. Torsten Braun: Evolution des Internet
Domain Name System (DNS)
> Abbildung von Rechnernamen (z.B. www.unibe.ch) auf
Internet-Adressen (z.B. 130.92.253.210)
root
*.fr *.de
*.ch
*.unige.ch
*.unibe.ch *.unizh.ch
19. Oktober 2012 28

29. Torsten Braun: Evolution des Internet
Abruf einer WWW-Seite
Internet-
Provider
ADSL-Modem
GET index.html
Daten
SYN Router
Web-Server
www.unibe.ch
(130.92.253.210)
ACK
index.html
Daten
19. Oktober 2012 29

30. Torsten Braun: Evolution des Internet
Router
Zieladresse, z.B. 130.92.253.210
Quelladresse, z.B. 217.162.38.195
TCP- Daten
Anwendungsdaten
Steuerinfos
Ausgang 1 Router
IP-Steuerinfos
10101001 11101001 00001111 00010101 ...
Ausgang 2
Ziel Ausgang
66.*.*.* 1
130.*.*.* 2
19. Oktober 2012 30

31. 30 Jahre Freundeskreis
Hans-Furler-Gymnasium Oberkirch
Die Evolution des Internet:
Forschungsaktivitäten

32. Torsten Braun: Evolution des Internet
Internet der Dinge
> Vision des „allgegenwärtigen Rechnens―
(Ubiquitous Computing) für das 21. Jahrhundert von
Mark Weiser (1991)
> Nahtlose Integration von Rechnern in die Umgebung
> Viele Rechner pro Person
> RFIDs, Sensoren und Aktoren als Schlüsseltechnologie
Internet
Basisstation
19. Oktober 2012 32

33. Torsten Braun: Evolution des Internet
A4-Mesh Forschungsprojekt mit Hydrologen
> Messen von
— Wasserfluss
— Boden- und Luftfeuchtigkeit
— Boden- und Lufttemperatur
— Niederschlag
— Wind
— Versickerung von Wasser im Boden
zur Modellierung des zukünftigen Klimas und des Wasserfluss in
alpinen Regionen
> Unterstützung des Projekts MontanAqua in der Region Crans-Montana
> oft: keine GSM/UMTS-Abdeckung
> Lösung erlaubt permanenten Zugriff auf Messdaten durch Hydrologen
und Transfer grösserer Datenmengen → bessere Modelle
> Anforderungen: Robustheit, Sicherheit, Selbst-Management,
Energieeffizienz Markus Anwander, Torsten Braun, Almerima Jamakovic, Thomas Staub: Authentication
and Authorisation Mechanisms in support of Secure Access to WMN Resources, 4th IEEE
International Workshop on Hot Topics in Mesh Networking, San Francisco, 25. Juni 2012
19. Oktober 2012 33

34. Torsten Braun: Evolution des Internet
Wetterdaten-Messeinrichtungen
Windgeschwindigkeit
und -richtung
Lufttemperatur &
relative Feuchte
Sonneneinstrahlung
Regen
19. Oktober 2012 34

35. Torsten Braun: Evolution des Internet
Bodenmessungen
Lysimeter
Bodenfeuchtigkeit
19. Oktober 2012 35

36. Torsten Braun: Evolution des Internet
Wasserflussmessungen
19. Oktober 2012 36

37. Torsten Braun: Evolution des Internet
MontanAqua Region
Plaine Morte
Gletscher
Tseuzier
Stausee
Sierre
Sion
19. Oktober 2012 37

38. Torsten Braun: Evolution des Internet
Topologie eines drahtlosen WiFi-Netzes
Sierre
Sion
19. Oktober 2012 38

39. Torsten Braun: Evolution des Internet
A4-Mesh Geräte
19. Oktober 2012 39

40. Torsten Braun: Evolution des Internet
Online-Sensorwerte
19. Oktober 2012 40

41. Torsten Braun: Evolution des Internet
Netz mit «Unmanned Aerial Vehicles»
(UAVNet)
Simon Morgenthaler, Torsten Braun,
Zhongliang Zhao, Thomas Staub,
Markus Anwander: UAVNet: A
Mobile Wireless Mesh Network
Using Unmanned Aerial Vehicles,
3rd International Workshop on
Wireless Networking and Control for
Unmanned Autonomous Vehicles,
Anaheim, USA, 3. Dezember 2012
19. Oktober 2012 41

42. Torsten Braun: Evolution des Internet
Cloud Computing
> basiert auf Netz- u. Server-Virtualisierung
(vgl. IBM VM/370, 1972)
> diverse Dienste (Rechnen, Speicher,
Backup, Spezial-Software) durch Server,
betrieben von Dienstanbietern
> erfordert permanente Konnektivität
> Energiesparpotenzial
Server- Server- Server-
Prozesse Prozesse Prozesse
Betriebssystem Betriebssystem Betriebssystem
Virt. Maschine Virt. Maschine Virt. Maschine
Virtualisierungs-Software
Rechner-Hardware
19. Oktober 2012 42

43. Torsten Braun: Evolution des Internet
Cyber-Physical Systems
> Verknüpfung der realen
physikalischen Welt
(Sensoren und Aktoren)
mit Cloud-Computing-
Infrastrukturen
> Echtzeitanforderungen an
Messungen u. Steuerung
> Anwendungsbereiche
— Gesundheit
— Gebäudesteuerung
— Verkehr
— Energie
19. Oktober 2012 43

44. Torsten Braun: Evolution des Internet
Smart Grids
> Heutige Elektrizitätsnetze sind für die
asymmetrische Verteilung der Energie
zum Endverbraucher hin ausgelegt.
> zukünftig: mehr dezentrale
(alternative) Energieerzeugung
> Gleichgewicht von Energieerzeugung
und -verbrauch notwendig!
> → Steuerung von Erzeugung,
Verbrauch, Verteilung und Speichern
von Energie basierend auf
permanenten Messungen
> → Internet-basierte Kommunikation
zw. Sensoren, Aktoren, Computern
> Neuer Ansatz: Energie-Router
19. Oktober 2012 44

45. Torsten Braun: Evolution des Internet
Inhaltszentriertes Networking –
Paradigma für das zukünftige Internet ?
/ard.de/tagesschau/2012-10-19
Data:/ard.de/tageschau/2012-10-19
Interest:/ard.de/tageschau/2012-10-19
1
2 3
4 5 6 7
19. Oktober 2012 45

46. Torsten Braun: Evolution des Internet
Zusammenfassung
> Das Internet hat sich in letzten Jahrzehnten als das universell
einsetzbare und offene Kommunikationsnetz etabliert.
> Unterstützung verschiedener Anwendungen
(Daten, Sprache, Video, Fernsehen, Spiele, Sensoren, …)
> Die Entwicklung des Internet wurde und wird massgeblich
durch die akademische Forschung beeinflusst.
19. Oktober 2012 46

47. Torsten Braun: Evolution des Internet
CDS-Forschungsgruppe an der Uni Bern
> Dr. Desislava Dimitrova
> Dr. Almerima Jamakovic-Kapic
> Dr. Nikolaos Thomos
> Dr. Jacob Cakareski
> Islam Alyafawi
> Carlos Anastasiades
> Alexandru-Florian Antonescu
> Markus Anwander
> Zan Li
> Matthias Thoma
> Denis Lima do Rosario
> Gerald Wagenknecht
> Zhongliang Zhao
> Konakt: braun@iam.unibe.ch, cds.unibe.ch
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48. Torsten Braun: Evolution des Internet
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit !
braun@iam.unibe.ch, cds.unibe.ch
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