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Rechnernetze undInternettechnologien
Dr. Harald SackInstitut für Informatik
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Sommersemester 2008
http://www.informatik.uni-jena.de/~sack/SS08/ Rechnernetze und InternettechnologieDr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, E-Mail: harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 2
Rechnernetze und Internettechnologien
14.04.2008 – Vorlesung Nr. 1
1. Kommunikationsmedium Internet -ein historischer Abriss
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1. Kommunikationsmedium Internet -ein historischer Abriss
1.1 Kommunikationsmedien -von der Höhlenmalerei zu HDTV
1.2 Computer -vom Rechenbrett zum Quantenrechner
1.3 Internet -vom ARPAnet zu ubiquitären Netz
Rechnernetze und Internettechnologien
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Was ist Information? (1/4)
SemiotischesDreieck
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Symbol Gegenstandsteht für
Konzept
ruft hervor referenziert
z.B. Zeichenkette, Lautfolge, Abbildung
repräsentiertInformationsinhalt
vgl. Ogden/Richards: The Meaning of Meaning, 1922
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Was ist Information? (2/4)
Information (in der Informatik): Maßgröße für die Ungewissheit des Eintretens von Ereignissen
im Sinne der Wahrscheinlichkeitsrechnung = beseitigte Ungewissheit
Ereignisse = Zeichen (Nachrichtenelemente) werden durch Auswahlvorgang aus einem Zeichenvorrat von
Nachrichtenquelle erzeugt
Zeichenvorrat Sprache, Daten, Text, Bild, Multimedia, …
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vgl. C.E. Shannon: A Mathematical Theory of Communication, Bell Technical Journal, vol.27, 1948, pp. 379-423.
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Information
Modell der Kommunikation (3/4)(aus Sicht der Informationstheorie)
Sender Empfänger
Kommunikationskanal
Information
Kodierung Dekodierung
Nachricht Nachricht
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vgl. C.E. Shannon: A Mathematical Theory of Communication, Bell Technical Journal, vol.27, 1948, pp. 379-423.
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Was ist Kommunikation? (4/4)
Kommunikation „Prozess der ein- oder wechselseitigen Abgabe, Übermittlung
und Aufnahme von Informationen durch Menschen odertechnische Systeme“
Kommunikationsmedium Träger der zu übermittelnden Information konkrete Ausprägung des Kommunikationskanals
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Kurze Geschichte der Kommunikationsmedien Entwicklung des Menschen (1/2)
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Kurze Geschichte der Kommunikationsmedien Entwicklung des Menschen (2/2)
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Entwicklung der Sprache (1/1) Sprechapparat
tief sitzender Kehlkopf komplexe Steuerung/Sensorik der Zungenmuskulatur
Kehlkopf
Kehlkopf
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• es existieren heute 20 Sprachfamilien mit mehr als 6000 Sprachen• Sprache ist die Grundlage für die Entwicklung der Kultur
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Entwicklung der Schrift (1/5) direkte / indirekte Kommunikation unmittelbare / mittelbare Kommunikation exakte Reproduktion von Information Archivierung von Information
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Entwicklung der Schrift (2/5)
Piktogramme
Ideogramme
Rebus
Phonogramme ABC
Semantik
Phonetik
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Entwicklung der Schrift (3/5)
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Babylonische Keilschriftab ca. 3500 v. Chr.
Ägyptische Hieroglyphenab ca. 3000 v. Chr.
Chinesische Schriftab ca. 1200 v. Chr.
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Entwicklung der Schrift (4/5)
Phönizische Alphabetschrift ab ca. 1.100 v. Chr. rein phonetische Schrift nur Konsonanten
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Entwicklung der Schrift (5/5)
Griechische Schrift ab ca. 800 v. Chr. Phönizisches Alphabet
ergänzt um Vokale(aus kretischer Linear B)
Lateinschrift ab ca. 7. Jhd. v. Chr. von Griechen / Etruskern
adaptiert 23 Buchstaben
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Beschreibstoffe (1/1)
Fels / Stein dauerhaft, aber nicht zu transportieren
Ton dauerhaft, aber nur schwer zu transportieren
Papyrus empfindlich, aber leicht zu transportieren
Pergament dauerhaft, leicht transportabel, aber teuer
Papier empfindlich, leicht transportabel und billig
(105 n. Chr. in China, kommt erst mit den Kreuzzügen über die Araber nach Europa, erste Papiermühle in Deutschland um 1390)
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Entwicklung des Postsystems (1/1) Botenstaffetten (Perser), 5. Jhd. v. Chr. cursus publicus (ab ca. 15. v. Chr.)
ca. 90.000 km Straßennetzrund um das Mittelmeer
Brieftauben Ägypten, ca. 1000 v. Chr. Nur Ed-Din (Bagdad), 12. Jhd.
Moderner Postkurs Thurn und Taxis, ab 1490 (ab 1615 erbliches Regal) 1867 Übergabe an Preußen
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Entwicklung des Buchdrucks (1/2) 868, ältester erhaltener Druck, Dun-Huang (China) ca.1049, Pi Sheng (China), Druck mit beweglichen Lettern
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Entwicklung des Buchdrucks (2/2) ca. 1440 Johann Gensfleisch zum Gutenberg
entwickelt Gießverfahren für bewegliche Lettern kombiniert bekannte Drucktechnik mit neuem, präzisem
Gießverfahren (eher Verfahrenstechniker als Erfinder) undDruckerpresse
1452-1455 Gutenberg-Bibel (180 Exemplare) 1559, Index librorum prohibitorum (bis 1966) 1662, erste Copyright-Gesetze durch englische Drucker
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Entwicklung der Telekommunikation (1/5) Optische Telegrafie
Rauch- und Feuerzeichen 1184 v. Chr., Trojas Untergang 431 - 404 v. Chr., Peloponnesischer Krieg
1609, Fernrohr 1690, Guillaume Amontons Semaphor 1792, Claude Chappes Semaphor 1845 landesübergreifendes Semaphoren-Netz in Frankreich
wird 1853 wieder aufgegeben
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Entwicklung der Telekommunikation (2/5) Elektrische Telegrafie
6. Jhd. v. Chr., Thales v. Milet beschreibt statische Elektrizität 1730, Stephen Gray, elektrische Leitfähigkeit 1745, Leydener Flasche (Urform der Batterie) 1800, Voltaische Säule (erste konstante Stromquelle) 1804, Elektrolyt-Telegraf 1820, Ampère entwickelt elektromagnetischen Telegrafen 1833, C.F. Gauss, elektrischer Zeigertelegraf 1837, S.B. Morse, schreibender Telegraf und Morsecode 1856, erstes Transatlantik-Telegrafenkabel
(Irland-Neufundland)
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Entwicklung der Telekommunikation (3/5) Telefon und Individualkommunikation
1. Jhd. v. Chr., Vitruvius Pollo, Schallausbreitung 17. Jhd., Isaac Newtons Wellentheorie 1861, Phillip Reis, erster Telefonversuch 1876, A.G. Bell und E. Gray, erstes Telefon 1885, Gründung der AT&T 1889, A.B. Strowger, Selbstwählvermittlung 1956, erstes Transatlantik-Telefonkabel
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Alexander Graham Bell(1848-1922)
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Entwicklung der Telekommunikation (4/5) Funktelegrafie
19. Jhd., Grundlagen durchJames Clerk Maxwell, Heinrich Hertzund Eduard Branly
1895, A.S. Popow demonstriert ersten elektromagnetischenEmpfänger
1896, G. Marconi kombiniert Arbeiten von Popow, Branly undHertz, erhält Patent auf Funktechnik
1901, erste Funkübertragung über den Atlantik 1912, Untergang der Titanic 1919, Hans Bredow prägt den Begriff „Rundfunk“ 1920, KDKA, erster lizensierter, kommerzieller Radiosender
in Pittsburgh 1947, Transistor 1954, erstes Transistorradio
Guigliemo Marconi 1874-1934
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Entwicklung der Telekommunikation (5/5) Fernsehen
1884, Paul Nipkow Patent auf Lochscheibe zur Bildzerlegung „elektrisches Teleskop“
1897, Ferdinand Braun, Braunsche Röhre 1906, B.I. Rosing, erstes elektromechanisches Fernsehsystem 1923, V.A. Zworikyn, Ikonoskop
(elektronische Fernsehkamera) 1929, V.A. Zworykin, Kinoskop (Bildröhre) 1935, erster regelmäßiger Fernsehbetrieb in Deutschland 1936-1939, erster moderner Fernsehbetrieb der BBC 1953, NTSC Farbfernsehsystem (1957, PAL-System) 1983, HDTV, hochauflösendes digitales Fernsehen
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1. Kommunikationsmedium Internet -ein historischer Abriss
Kommunikationsmedien von der Höhlenmalerei zu HDTV
Computer vom Rechenbrett zum Quantenrechner
Internet vom ARPAnet zu ubiquitären Netz
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Entwicklung der Zahlensysteme / Mathematik (1/2) ca. 30.000 v. Chr., erste primitive Zahlzeichen ca. 3.000 v. Chr.
erster abstrakter Zahlenbegriff in Mesopotamien auf Basis desHexadezimalsystems
ca. 500 v. Chr. Römisches Zahlensystem
I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX, X CMXCVIII
Rechnernetze und Internettechnologien1.2 Computer - vom Rechenbrett zum Quantenrechner
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Entwicklung der Zahlensysteme / Mathematik (2/2) um 500
Einführung der arabischen (indischen) Zahlen 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, …. Dezimalsystem mit Dezimalstellen
um 820, Al-Khowarizmis „al-jabr“
Buch über das Lösen von Gleichungen Grundlage der Algebra
Abu Ja‘far MohammadIbn Musa Al-Khowarizmi
(ca. 780-850)
Rechnernetze und Internettechnologien1.2 Computer - vom Rechenbrett zum Quantenrechner
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Mechanische Rechenmaschinen (1/4) 1. Jhd. n. Chr. , Einführung des Abakus
Transportables Rechenbrett (Griechenland/Rom) 4 Grundrechenarten durch Verschieben von Steinen (Calculi) „Suan-Pan“ in China
1494, Leonardo da Vinci, Pendeluhr 1617, John Napiers Rechenschieber (Logarithmen)
Zahnradgetriebene Rechenmaschine 1623 Willhelm Schickard 1642 Blaise Pascal 1679 Willhelm von Leibnitz
entwickelt binäres Zahlen- und Rechensystem
Rechnernetze und Internettechnologien1.2 Computer - vom Rechenbrett zum Quantenrechner
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Mechanische Rechenmaschinen (2/4) 1805, Joseph Marie Jacquard
Lochkarten zur Informationsspeicherung Steuerung von Webstühlen
Joseph Marie Jacquard(1752-1834)
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Mechanische Rechenmaschinen (3/4) 1822, Charles Babbage,
Differential Engine, Mechanische, dampfgetriebene Rechenmaschine zur Lösung v.
Differentialgleichungen Analytical Engine
Mechanische Rechenmaschine zur Lösung allgemeinerBerechnungen (programmierbar!)
Charles Babbage(1791-1871)
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Mechanische Rechenmaschinen (4/4) 1890, Hermann Hollerith
Verwendet Idee der Lochkarten von Jacquard fürorganisatorische Problemstellungen
Lochkartenbasierte Zählmaschine mit elektromechanischerLesevorrichtung zurVolkszählung (USA) 1890
gründete 1896 dieTabulating MachineryCompany, die spätereFirma IBM
Hermann Hollerith(1860-1929)
Rechnernetze und Internettechnologien1.2 Computer - vom Rechenbrett zum Quantenrechner
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Die ersten ‚richtigen‘ Computer Konrad Zuse
1937, Z1: Mechanischer, programmgesteuerter Rechenautomat 1941, Z3: elektromechanischer, frei programmierbarer
Rechenautomat
1944, Howard Aiken Harvard Mark I: elektromechanischer Universalrechner
1945, ENIAC, erster vollelektronischer Rechner
Konrad Zuse(1910-1995)
Z1 Z3
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5 Generationen moderner Rechner (1/5) 1. Generation (1945-1956)
Rechner waren jeweils zu ganz speziellen Einsatzzweckenkonstruiert
Befehle und Arbeitsinstruktionen (Programmiersprache) warenspeziell für diesen Zweck entworfen
Jeder Rechner besitzt eigenen Befehlsatz und eigeneBinärkodierung
Programmierung aufwändig und langwierig Bauteile:
Elektronenröhren, Lochkarten,magnetische Trommelspeicher
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5 Generationen moderner Rechner (2/5) 2. Generation (1956-1963)
Rechner werden billiger und halten Einzug in dieWirtschaftswelt
erste abstrakte Programmiersprachen (COBOL/FORTRAN) einfachere Programmierung und Wartung Stapelbetrieb:
auszuführende Jobs werden einzeln, nacheinanderabgearbeitet
Bauteile: Transistoren, Lochkarten, Magnetband Zuverlässiger als Röhrenrechner
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5 Generationen moderner Rechner (3/5) 3. Generation (1964-1971)
Integrierte Schaltkreise lassen Rechner schrumpfen keine aufwändige Kühlung wie bei Transistoren nötig Minicomputer können sich auch kleinere Firmen leisten Mehrfachprogrammbetrieb:
Verschiedene Jobs können zeitgleich abgearbeitet werdenund die Ressourcen des Computers nutzen
Bauteile: Integrierte Schaltkreise (ICs)
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5 Generationen moderner Rechner (4/5) 4. Generation (1971-heute)
Hochintegration von Schaltkreisen (VLSI/ULSI) lässt Rechnerweiter schrumpfen
Personal Computer Preisverfall bringt den Computer in Privathaushalte Grafische Benutzeroberflächen öffnen den Zugang für Nicht-
Fachleute Bauteile:
Mikroprozessor Internet und lokale Netzwerke
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5 Generationen moderner Rechner (5/5) 5. Generation (heute- )
Entwicklung beginnt ab Ende der 80er Jahre Parallelisierung von Berechnungen Spracherkennung und –verstehen Künstliche Intelligenz Gridcomputing Intelligente Kleidung Quantencomputer
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1. Kommunikationsmedium Internet -ein historischer Abriss
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Computer vom Rechenbrett zum Quantenrechner
Internet vom ARPAnet zu ubiquitären Netz
Rechnernetze und Internettechnologien
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Wie alles begann…. - Mythos und Wirklichkeit
4. Oktober 1957 der „Sputnik Schock“
…und der kalte Krieg“
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Das ARPAnet als Vorläufer des Internet (1/9)
1958 Gründung der ARPA Advanced
ResearchProjectsAgency finanziert Forschungseinrichtungen soll technologische Vormachtstellung der USA sichern
(…zurückgewinnen)
(1) Gewährleistung ausfallsicherer Kommunikation(2) Gewährleistung von landesweitem Zugang zu den noch spärlichen aber sehr teueren Rechner-Ressourcen
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Das ARPAnet als Vorläufer des Internet (2/9) Herkömmliche geschaltete Verbindungen
A
BRelais-knoten
Switched Circuitz.B. Telefonnetz
Relais-knoten
Relais-knoten
Relais-knoten
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Das ARPAnet als Vorläufer des Internet (3/9) Herkömmliche geschaltete Verbindungen
A
BRelais-knoten
Relais-knoten
Relais-knoten
Relais-knoten
Ausfall eines Relaisknotens
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Das ARPAnet als Vorläufer des Internet (4/9) Herkömmliche geschaltete Verbindungen
A
BRelais-knoten
Relais-knoten
Relais-knoten
Relais-knoten
Verbindung bricht zusammen
Rechnernetze und Internettechnologien1.3 Internet - vom ARPAnet zum ubiquitären Netz
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Das ARPAnet als Vorläufer des Internet (5/9)
Idee: nutze das gesamte Netzwerk (alle Wege…) zerlege die Nachricht zum Senden in einzelne Pakete setze die Nachricht beim Empfänger wieder zusammen
Nachricht Nachricht
Übertragung
Übertragung
Übertragung
zerlegen zusammensetzen
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Das ARPAnet als Vorläufer des Internet (6/9) Paketvermittlung
A
BRelais-knoten
Relais-knoten
Relais-knoten
Relais-knoten
Paul Baran
• Nachrichten werden in Pakete zerlegt• und über das gesamte Netz versandt• und beim Empfänger wieder zusammengesetzt
LeonardKleinrock
Donald Davies
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Das ARPAnet als Vorläufer des Internet (7/9) Rechnerkommunikation
Babylonische Vielfalt und eine einfache Lösung
System BSystem C
System A
System D
A-B A-C
A-B
Rechnernetze und Internettechnologien1.3 Internet - vom ARPAnet zum ubiquitären Netz
Rechnernetze und InternettechnologieDr.rer.nat. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik GmbH, Universität Potsdam, E-Mail: harald.sack@hpi.uni-potsdam.de 47
Das ARPAnet als Vorläufer des Internet (8/9) Rechnerkommunikation
Babylonische Vielfalt und eine einfache Lösung
System BSystem C
System A
Subnetz
IMP
IMP
IMP
IMP
IMP = Internet Message Processor
System D
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Das ARPAnet als Vorläufer des Internet (9/10)
Die Geburt des Internet - ARPANET 1968 J.C.R. Licklider und Robert Taylor veröffentlichen ihre
wegweisende Arbeit, "The Computer as a Communication Device“. in Science and Technology, April 1968.
Rechnernetze und Internettechnologien1.3 Internet - vom ARPAnet zum ubiquitären Netz
Robert TaylorARPA IPTO Director
(1966-1969)
Larry RobertsDirector ARPAnet Project
(1966-1973)
J.C.R. LickliderARPA IPTO Director
(1962-1966)
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Das ARPAnet als Vorläufer des Internet (10/10)
Die Geburt des Internet - ARPANET 29. Oktober 1969 ... Das erste LOGIN
Bandbreite: 2.4KBit/s
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Kurze Geschichte des Internet (1/3) 1969 4 Hosts im ARPANET 1970 ALOHANET - erstes Funknetz in Hawaii 1971 23 Hosts 1973 35 Hosts inkl. England und Norwegen 1975 erste Satellitennetzwerkverbindung 1977 111 Hosts 1978 TCP/IP Internet Kommunikations Protokoll 1983 >500 Hosts, Aufspaltung in MILNET und
zivilem ARPANET 1986 Wissenschaftsnetz der NSF (NSFNET) 1988 erster Internetwurm, befällt 10% der 60.000 Hosts 1989 150.000 Hosts, das alte ARPANET wird abgeschaltet
das NSFNET ist jetzt das INTERNET
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Kurze Geschichte des Internet (2/3) 1990 world.std.com erster kommerzieller Internetanbieter 1991 Geburtsstunde des World Wide Web 1992 Internet Society wird gegründet
über 1 Million angebundene Rechner 1993 Das Weiße Haus geht online 1994 E-Commerce hält Einzug ins WWW 1995 Der Vatikan geht online 1996 Domainname tv.com für $15.000 verkauft 1999 CyberWar - eine neue Art der Kriegsführung
(Serbien/Kosovo) 2004 Web 2.0 Konferenz in San Franzisko 2008 541.677.360 angebundene Rechner (Stand Jan. 2008)
2011 IPv4 Internetadressen sind aufgebraucht....
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Kurze Geschichte des Internet (3/3)
Das Wachstum des Internet
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Kurze Geschichte des World Wide Web (1/5)
Die Geburt des World Wide Web
Robert Cailliau Sir Tim Berners-Lee(Director W3C)
1991 am CERN zur Dokumenten- verwaltung entwickelt
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Kurze Geschichte des World Wide Web (2/5)
Die Geburt des World Wide Web
• Aber die ursprüngliche Idee reicht viel weiter zurück…
Agostino Ramelli (1588), Le diverse et artificiose machine;
composte in lingua Italiana et Francese
Encyclopédie ou Dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers
(1772)
Denis Diderot(1713-1784)
Jean-Baptiste le Rondd'Alembert (1717-1783)
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Kurze Geschichte des World Wide Web (3/5)
Die Geburt des World Wide Web
• Aber die ursprüngliche Idee reicht viel weiter zurück…• Vennevar Bush schlägt 1945 das erste Hypertext-System „MEMEX“ vor
Vannevar Bush(1890-1974)
vgl. Vannevar Bush, As we may think ,The Atlantic Monthly, 1945, July
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Kurze Geschichte des World Wide Web (4/5)
Das Wachstum des WWW
> 55 Mrd. Web-Seiten> 162 Mio. Web-Server (Stand: Mar. 2008)
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Kurze Geschichte des World Wide Web (5/5)
Die Zukunft des World Wide Web Wohin geht die Entwicklung?
Mobile Computing Pervasive Computing Location Based Services Wearable Computing Semantic Web
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1. Kommunikationsmedium Internet -ein historischer Abriss
Kommunikationsmedien von der Höhlenmalerei zu HDTV
Computer vom Rechenbrett zum Quantenrechner
Internet vom ARPAnet zu ubiquitären Netz
Rechnernetze und Internettechnologien
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1. Kommunikationsmedium Internet -ein historischer Abriss
Literatur
Ch. Meinel, H. Sack:WWW– Kommunikation, Internetworking, Web-Technologien,Springer, 2004.
K.Haffner, M. Lyon:ARPA Kadabra – die Geschichte des Internet,dpunkt Verlag, Hannover, 1994.
Rechnernetze und Internettechnologien