Development and Evaluation of Energy-Efficient and Adaptive Protocolsfor Wi...
Die Evolution des Internet
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
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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
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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
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6. Torsten Braun: Evolution des Internet
Terminalverbindungen und Rechnernetze
Wesley
Clark
(1966)
Realisierung ?
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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
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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
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9. Torsten Braun: Evolution des Internet
Leitungs- und Paketvermittlung
B B
A C A C
D D
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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34. Torsten Braun: Evolution des Internet
Wetterdaten-Messeinrichtungen
Windgeschwindigkeit
und -richtung
Lufttemperatur &
relative Feuchte
Sonneneinstrahlung
Regen
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35. Torsten Braun: Evolution des Internet
Bodenmessungen
Lysimeter
Bodenfeuchtigkeit
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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
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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
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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
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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
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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.
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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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Notas del editor
location of area under investigation south faced hill-slope of Bernese Alps between Sion and Sierre