Lernziele

• Sie können erklären, was das Internet ist: ein Netzwerk aus vielen Netzwerken.
• Sie verstehen, dass Daten in Paketen verschickt werden und reale, messbare Zeit für ihren Weg brauchen.
• Sie können mit ping und traceroute den Weg und das Tempo eines Pakets selbst untersuchen.

Das Wichtigste zuerst

Das Internet ist kein einzelner grosser Computer, sondern ein Netzwerk aus unzähligen vernetzten Netzwerken — daher der Name: Inter-Net. Wenn Sie eine Webseite öffnen, setzt sie sich oft aus Daten vieler verschiedener Server weltweit zusammen, und Ihr Computer holt sie alle in Sekundenbruchteilen.

Übers Netz reisen diese Daten in Paketen: Grössere Daten werden in viele kleine Pakete zerlegt, einzeln durchs Netz geschickt und am Ziel wieder zu den ursprünglichen Daten zusammengesetzt. Auf dieser Seite erleben Sie das — wir messen, wie lange ein Paket bis ans andere Ende der Welt braucht.

Ein Bild aus Neuseeland

Im Jahr 2001 kam der erste Herr der Ringe Film in die Kinos. Im Film wurden normalgrosse Schauspieler mit genialen Filmtricks zu kleinen Hobbits gemacht. Ein Beispiel: Filmsets wurden einmal sehr gross gebaut für die Hobbits, damit sie klein wirken; und einmal sehr klein für die Menschen und Zauberer, damit sie gross wirken. Viel wurde auch mit Perspektiven gespielt, sodass Menschen im Vordergrund stehen und gross wirken, während die Hobbits viel weiter im Hintergrund stehen, als man vermuten würde, und dadurch klein wirken.

Das Dorf der Hobbits heisst Hobbiton und liegt im Auenland in Mittelerde. In unserer Welt wurde das Dorf in Neuseeland gebaut und kann bis heute besichtigt werden. Touristen können die Filmsets besuchen und die Häuser der Hobbits sehen.

Hobbiton Movie Set – fotografiert und gehostet von einem Motel in Matamata, Neuseeland

Nun denken Sie vielleicht: "Das ist ja alles schön und gut, aber was hat das mit Informatik zu tun?"

Nun, das Bild da oben 👆 von Hobbiton ist gar nicht auf dem gleichen Server wie informatikgarten.ch gespeichert, sondern auf dem Server matamatacentralmotel.co.nz in Neuseeland — der Webseite eines kleinen Motels in Matamata, der Ortschaft gleich neben dem Filmset. Tatsächlich setzt sich informatikgarten.ch aus Daten von über fünf verschiedenen Servern zusammen. Ihr Computer findet in deutlich weniger als einer Sekunde mehr als fünf Server weltweit und lädt die nötigen Dateien herunter!

Mit der Webseite geotraceroute.com habe ich den Weg zum Server matamatacentralmotel.co.nz mit dem Bild von Hobbiton visualisiert. Diese Webseite versucht, zu ermitteln, wo sich die Geräte befinden, die auf der Route nach Neuseeland genutzt werden. Das ist nur zu circa 90% verlässlich und findet nicht alle involvierten Geräte, aber es gibt allemal ein gutes Bild!

Schätzen Sie zuerst

Gleich messen wir, wie lange ein Datenpaket von der Schweiz nach Neuseeland und zurück braucht — und rechnen aus, mit welcher Geschwindigkeit es unterwegs ist.

Wie schnell reist das Signal?

Licht legt im Vakuum rund 300 Millionen Meter pro Sekunde zurück (300'000'000 m/s) — schneller geht es nicht. Bevor wir messen: Wie schnell schätzen Sie das Signal auf dem Weg nach Neuseeland? Ziehen Sie den Regler auf Ihren Schätzwert in Meter pro Sekunde.

Terminal/Konsole öffnen

Jetzt überlegen wir uns mal die involvierten Geschwindigkeiten. Sie können das selbst auf Ihrem Computer ausprobieren, indem Sie die Konsole öffnen und ping matamatacentralmotel.co.nz eingeben.

Anleitung: ping lokal auf dem Computer ausführen

Zuerst müssen Sie ein Terminal (auch Konsole genannt) öffnen:

Windows:

• Drücken Sie Windows-Taste + R
• Geben Sie cmd ein und drücken Sie Enter
• Alternativ: Suchen Sie im Startmenü nach "Eingabeaufforderung" oder "PowerShell"

macOS:

• Drücken Sie Cmd + Leertaste um Spotlight zu öffnen
• Geben Sie "Terminal" ein und drücken Sie Enter
• Alternativ: Öffnen Sie Programme > Dienstprogramme > Terminal

Linux:

• Drücken Sie Ctrl + Alt + T (bei den meisten Distributionen)
• Oder suchen Sie im Anwendungsmenü nach "Terminal"

Was macht der Befehl ping? Er schickt ein kleines Datenpaket an den Server und wartet auf eine Antwort. Dabei misst er die Zeit, die das Paket braucht, um zum Server zu gelangen und wieder zurück. Diese Zeit wird als "Ping" bezeichnet und gibt an, wie schnell Ihr Computer mit dem Server kommunizieren kann.

Weil das Schul-WLAN solche Anfragen blockiert, habe ich Ihnen hier eine Pseudo-Konsole gebaut. Diese nutzt den Server, auf dem diese Webseite läuft, um den Befehl auszuführen.

Tippen Sie ins Terminal unten ping matamatacentralmotel.co.nz und drücken Sie Enter. Oben rechts können Sie zwischen der Windows-, macOS- und Linux-Darstellung umschalten, und Sie können auch eigene Befehle wie ping example.com eingeben.

Sie sehen jetzt einen Ping-Wert von ungefähr 327 Millisekunden (ms). Das ist die Zeit, die ein kleines Datenpaket für die Strecke nach Neuseeland und wieder zurück braucht.

Jetzt rechnen Sie

Partnerarbeit: Geschwindigkeit berechnen

Rechnen Sie zu zweit aus, wie schnell die Datenpakete unterwegs sind.

Gegeben:

• RTT (Round-Trip-Time, also hin und zurück): 327 ms = 0.327 s
• Distanz Schweiz–Neuseeland (einfach): 19'963 km (gemäss geotraceroute.com)

Achtung, Stolperstelle: Der Ping misst die Zeit für hin und zurück. Überlegen Sie zuerst, welche Distanz das Paket also insgesamt zurücklegt.

1. Wie viele Kilometer legt das Paket insgesamt zurück?
2. Wie hoch ist die Geschwindigkeit in km/s?
3. Wie viel Prozent der Lichtgeschwindigkeit ($c = 299'792$ km/s) sind das?

Lösung

Das Paket legt die Strecke doppelt zurück: $2 \times 19'963 \text{ km} = 39'926 \text{ km}$.

$\text{Geschwindigkeit} = \frac{\text{Strecke}}{\text{Zeit}} = \frac{39'926 \text{ km}}{0.327 \text{ s}} \approx 122'099 \text{ km/s}$

Das sind 122'099'000 m/s — also rund 122 Millionen Meter pro Sekunde.

$\text{Prozent der Lichtgeschwindigkeit} = \frac{122'099 \text{ km/s}}{299'792 \text{ km/s}} \approx 40.7\%$

Die Reise hin und zurück von der Schweiz nach Neuseeland erfolgt also mit rund 40.7 % der Lichtgeschwindigkeit. Ziemlich schnell — aber spürbar langsamer als Licht im Vakuum.

Vergleichen Sie das Ergebnis mit Ihrer Schätzung von vorhin. Lagen Sie zu hoch oder zu tief?

Selbst auf Entdeckung

Partnerwettbewerb: Routen jagen

Gehen Sie auf geotraceroute.com und klicken Sie auf "Run another traceroute". Geben Sie eigene Webseiten an oder wählen Sie ein Land aus.

Finden Sie zu zweit:

• die längste Strecke — schaffen Sie über 10'000 km?
• den kürzesten Ping pro Kilometer
• ein Land, das überraschend geroutet wird (z.B. über einen ganz anderen Kontinent)

Wir sammeln die Rekorde am Schluss an der Tafel.

Zwei Beispiele, die man gut findet:

Think–Pair–Share: Warum Paris?

Für die australische Zeitung Sydney Morning Herald (smh.com.au) werden wir auf einen Server in Paris geleitet — nicht etwa nach Australien.

• Think (2 Min): Überlegen Sie zuerst allein, woran das liegen könnte.
• Pair (2 Min): Vergleichen Sie Ihre Idee mit der Banknachbarin.
• Share: Wir tragen die Erklärungen im Plenum zusammen.

Wie viele Server stecken in einer Webseite?

Ganz am Anfang stand die Behauptung: informatikgarten.ch lädt seine Daten von mehr als fünf verschiedenen Servern. Überprüfen Sie das selbst.

Entdeckungsauftrag: Server zählen

1. Öffnen Sie die Entwicklertools Ihres Browsers mit F12 (oder Rechtsklick → "Untersuchen").
2. Wechseln Sie zum Reiter Netzwerk (engl. Network).
3. Laden Sie die Seite mit F5 neu.
4. Schauen Sie die Spalte "Domain" an: Von wie vielen verschiedenen Servern lädt diese Seite?

Vergleichen Sie mit Ihrer Banknachbarin: Wer findet eine Webseite, die von noch mehr Servern lädt?

Genau das ist die Grundidee: Eine einzige Webseite ist oft schon ein kleines Netzwerk aus vielen Servern — und das Internet ist das Netzwerk all dieser Netzwerke.

Die eigene IP-Adresse herausfinden

Damit ein Paket sein Ziel findet, braucht jedes Gerät eine Adresse — die IP-Adresse. Finden wir gleich Ihre eigene heraus.

Öffnen Sie ein Terminal (siehe oben) und geben Sie folgenden Befehl ein:

Windows:

ipconfig

Suchen Sie nach dem Eintrag "IPv4-Adresse" - das ist Ihre lokale IP-Adresse im Netzwerk.

macOS und Linux:

ifconfig

oder

ip addr show

Suchen Sie nach dem Eintrag "inet" gefolgt von einer Zahl wie 192.168.1.x oder 10.0.0.x - das ist Ihre lokale IP-Adresse im Netzwerk.

Lokale vs. öffentliche IP-Adresse

Die IP-Adresse, die Sie hier sehen, ist Ihre lokale IP-Adresse in Ihrem Heimnetzwerk (z.B. 192.168.1.5). Diese wird von Ihrem Router vergeben.

Ihre öffentliche IP-Adresse, mit der Sie im Internet sichtbar sind, können Sie auf Webseiten wie whatismyip.com herausfinden. Diese wird von Ihrem Internetanbieter vergeben.

Als Nächstes: Sie haben Ihre eigene IP-Adresse gesehen — vier Zahlen wie 192.168.1.5. Aber was bedeuten sie genau, und wie sorgt diese Adresse dafür, dass ein Paket den richtigen Computer findet? Das klären wir in der nächsten Lektion: IP-Adressen.