Das Internet | Drähte, Kabel und Wi-Fi
Mein Name ist Tess Winlock. Ich bin Programmiererin bei Google.
Eine Frage: Wie gelangt ein Bild, eine SMS oder eine E-Mail von einem Gerät zum anderen?
Das ist keine Magie! Es ist das Internet! Ein reales physisches System gemacht um Informationen zu versenden.
Das Internet ist ähnlich wie die Post. Es werden aber andere Dinge versendet.
Statt Paketen und Briefen werden über das Internet binäre Informationen versendet.
Informationen bestehen aus Bits. Ein Bit kann man sich als Paar von Gegenteilen vorstellen:
"an" oder "aus", "ja" oder "nein". Üblicherweise verwendet man eine 1 für "an" und eine 0 für "aus".
Weil ein Bit zwei Zustände hat, nennt man es Binärer Code. 8 Bits hintereinander ergeben ein Byte (B).
1000 Bytes sind ein Kilobyte (kb) und 1000 Kilobyte sind ein Megabyte (MB). Ein Song besteht
aus circa 3 bis 4 Megabyte. Es spielt keine Rolle, ob es sich um ein Bild, ein Video oder einen Song handelt,
alles im Internet wird als Bits kodiert und versendet. Bits sind quasi die Atome von Information.
Aber es nicht so, als würden wir physische Einsen und Nullen von einem Ort zum anderen bzw. einer Person
zur nächsten schicken. Also was wird wirklich über die Kabel und die Funkwellen versendet?
Schauen wir uns ein Beispiel an, wie Menschen tatsächlich miteinander kommunizieren
und ein einzelnes Bit Information von einem Ort zum anderen senden. Nehmen wir an,
wir schalten eine Lampe ein für eine 1 oder aus für eine 0. Oder wir verwenden Töne oder ähnliche Dinge
vergleichbar mit Morsezeichen. Diese Methoden funktionieren, sind aber wirklich langsam, fehleranfällig und abhängig von
Menschen. Was wir wirklich brauchen, ist eine Maschine. Über die Geschichte hinweg haben wir viele Systeme gebaut
die tatsächlich binäre Informationen über verschiedene physikalische Medien versenden können.
Heute versenden wir Bits über Elektrizität, Licht oder Radiowellen. Um Bits über Strom zu versenden,
hast du zwei Lampen, die über ein Kupferkabel verbunden sind. Wenn einer den Strom anschaltet,
leuchtet die Lampe. Kein Strom, dann auch kein Licht. Wenn die
Operatoren sich einigen, dass "Licht an" 1 und "Licht aus" 0 bedeutet, dann haben wir
ein System, um Bits elektronisch von einer Person an eine andere zu verschicken. Aber
wir haben ein Problem. Wie kannst du eine "0" fünf mal hintereinander senden musst, sodass
die Person die Anzahl an Nullen zählen kann?
Nun, die Lösung ist die Einführung einer Uhr oder eines Timers. Der Operator kann zustimmen, dass der
Sender einen Bit pro Sekunde sendet. Der Empfänger setzt sich, nimmt
jede Sekunde auf und schaut, was auf der Linie steht. Um fünf Nullen hintereinander zu schicken, schaltest du das Licht aus,
wartest fünf Sekunden und die Person am anderen Ende der Zeile schreibt alle fünf Sekunden auf.
Für fünf "1er" hintereinander, schalte es an, warte fünf Sekunden und schreibe jede Sekunde auf. Natürlich möchten wir
Sachen schneller als einen Bit pro Sekunde verschicken, also müssen wir unsere
Bandbreite erhöhen - die maximale Übertragungsgeschwindigkeit eines Gerätes. Die Bandbreite wird anhand der Bitrate gemessen.
Das ist die Anzahl von Bits, die wir tatsächlich über einen Zeitraum senden können,
ist in Sekunden gemessen. Ein anderes Maß für die Geschwindigkeit ist die Verzögerung oder die Zeit, die es braucht
für ein Bit, um von einem Ort zum anderen zu reisen, von der Quelle bis zum anfordernden Gerät.
In unserer menschlichen Analogie war ein Bit pro Sekunde ziemlich schnell aber für einen Menschen irgendwie schwer
mitzuhalten. Sagen wir, du willst ein 3 MB großes Lied in 3 Sekunden herunterladen -
bei 8 Millionen Bits pro Megabyte bedeutet dies eine Bitrate von 8 Millionen Bits pro Sekunde.
Natürlich können Menschen keine 8 Millionen Bits senden oder empfangen, aber eine Maschine könnte
das gut tun. Aber jetzt gibt es auch die Frage, über welche Art von Kabel diese
Nachrichten gesendet werden sollen und wie weit die Signale übertragen werden können. Mit einem Ethernet-Kabel, wie du es
in deinem Zuhause, Büro oder in der Schule findest, siehst du messbaren Signalverlust oder Störung
über nur wenige hundert Fuß. Damit das Internet auf der ganzen Welt funktioniert, brauchen wir
eine Alternative, um Bits über sehr lange Wege zu übertragen. Ich meine z. B über
Ozeane hinweg. Was können wir sonst noch verwenden? Was kennen wir, was sich sehr viel schneller durch eine
Leitung bewegt als Elektrizität? Licht. Wir können Bits als Lichtstrahlen von einem zum anderen Ort
in Glasfaserkabel senden. Ein Glasfaserkabel ist ein Glasfaden, der Licht reflektiert.
Wenn du einen Lichtstrahl im Kabel sendest, springt das Licht die Länge des Kabels
hoch und runter, bis es das andere Ende erreicht hat. Abhängig vom Sprungwinkel, können wir
tatsächlich mehrere Bits gleichzeitig senden - alle reisen mit Lichtgeschwindigkeit.
Glasfaser ist also wirklich sehr schnell. Aber viel wichtiger ist, dass das Signal nicht über größere Entfernung
abnimmt. So kannst du ohne Signalverlust hunderte von Meilen überwinden. Deswegen
verwenden wir Glasfaserkabel am Meeresgrund, um einen Kontinent mit dem anderen zu verbinden.
Im Jahr 2008 gab es in der Nähe von Alexandria, Ägypten ein Kabel, das zerschnitten wurde, was die Internetverbindung
für den größten Teil des nahen Ostens und Indien unterbrach. Wir halten also das Internet-Ding für
selbstverständlich, aber dennoch ist es ein ziemlich zerbrechliches, physisches System. Glasfaser ist wundervoll,
aber auch sehr teuer und schwer zu verarbeiten. Für die meisten Zwecke wirst du
Kupfer-Kabel verwenden. Doch wie bewegen wir Dinge ohne Leitungen? Wie senden wir drahtlos Sachen? Radio.
Drahtlose Bit-Sendemaschinen benutzen typischerweise Radiosignale, um Bits von einem Ort zum
anderen zu senden. Die Maschinen müssen eigentlich die "1er" und "0er" in Radiowellen von
unterschiedlichen Frequenzen übersetzen. Die Empfänger-Maschinen kehren den Prozess um und konvertieren ihn ins
Binäre auf deinem Computer um. Also hat das WLAN unser Internet mobil gemacht. Aber ein Radiosignal
wandert nicht weit, ohne völlig verzerrt zu werden. So kannst du keinen
Los Angeles-Radiosender in Chicago empfangen. So gut wie WLAN auch sein mag, verlässt es sich
auf das kabel-basierte Internet. Wenn du in einem Café WLAN benutzt, werden die Bits
zum WLAN-Router gesendet und dann durch den physischen Draht übertragen, um die
wirklich langen Wege des Internets zu durchlaufen. Die physische Methode zum Versenden von Bits kann sich
in Zukunft ändern, ob seine Laserstrahlen zwischen Satelliten gesendet werden, Radiowellen von Ballons oder Drohnen,
aber die zugrunde liegende binäre Darstellung von Informationen und die Protokolle zum Senden dieser Informationen
und das Empfangen dieser Informationen sind ziemlich gleich geblieben. Alles im Internet,
ob es Worte, Emails, Bilder, Katzen-Videos oder Hunde-Videos sind, läuft letztlich auf 1er und 0er hinaus,
die über elektrische Impulse, Lichtstrahlen, Radiowellen und eine große Menge Liebe übertragen werden.
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