Grundstruktur des Internets
Hintergrund für den Lehrer: 02_run_hintergrund_netzwerke.odt
Das Hintergrunddokument geht deutlich über den Inhalt der Informatik in Klasse 7 hinaus und soll dem Lehrer ein fundiertes Grundwissen vermitteln und zeigen, welche weiteren Inhalte im weiteren Verlauf des Informatikunterrichts auf die Schüler zukommen werden.
Als Aufhänger ist in den hier vorliegenden Unterrichtsmaterialien der Messengerdienst „WhatsApp“ gewählt, da dieser bei den SchülerInnen weit verbreitet ist. Andere Messengerdienste funktionieren nach dem gleichen Prinzip.
Bei den Schülern herrscht manchmal die Idee vor, dass ihr Handy die Nachrichten in Messengerdiensten direkt auf das Handy des Empfängers schicken würde. Dies ist nicht der Fall. Die Nachrichten werden zunächst zum Server des Anbieters übermittelt. Auf dem Weg dorthin werden sie zunächst per Funk (z.B. UMTS / LTE) an eine Basisstation gesendet und vom Netzbetreiber dann in das Internet eingespeist. Dort werden sie über eine ganze Reihe von Routern weitergegeben und an den Server des Messengerdienst-Betreibers übermittelt.
Als Einstieg in den Unterricht kann der Anfang der Präsentation 01_run_kommunikation_client-server.odp (bis Schritt 2: Übertragung über das Internet zum Server) verwendet werden. Diese thematisiert die Frage, wie Nachrichten eines Messagerdienstes von Sender zum Empfänger übertragen werden. Da die Arbeitsweise des Internets deutlich werden soll, wird die Präsentation an dieser Stelle unterbrochen und durch ein Rollenspiel ergänzt. Die Beschreibung findet sich in der Datei 03_run_rollenspiel_netzwerk.odt. Dieses Rollenspiel veranschaulicht die folgenden Aspekte:
Ein grundlegendes Prinzip des Internets ist es, dass es viele Wege zu einem Ziel gibt. Es ist nicht vorhersagbar, welchen Weg die Daten nehmen, um zum Server zu gelangen. Dies variiert von Stunde zu Stunde je nach Auslastung der Datenverbindungen. Auch der Ausfall einer Verbindung führt zu einer Veränderung der Route. Der Weg führt aber immer über viele Router. Jeder Betreiber eines Routers auf dem Weg hat eine Zugriffsmöglichkeit auf die Daten. Dies ist wichtig, um beispielsweise zu verstehen, wie die NSA große Teile des Datenverkehrs im Internet abgreifen konnte (sie brauchten nur den Zugriff auf die Router, die große Knotenpunkte des Internets darstellen).
Bildquelle: NetworkTopologies.png von Foobaz [PD] via Wikimedia Commons (abgerufen: 4.1.2017)
Es sollte als Sicherung ein schematisches Bild des Aufbau des Internets festgehalten werden, das deutlich macht, dass es sich um ein vermaschtes Netz / ungerichteten Graph handelt, dessen Knoten die Router bilden und dass an jedem Router die am Internet teilnehmenden Geräte angeschlossen sind (eigentlich hängen dort jeweils lokale Netze).
Nachdem die Schüler die Struktur des Internets verstanden haben, kann man nun mit der Präsentation fortfahren. Sie zeigt zunächst noch ein Bild eines grafischen Traceroute-Befehls, mit dem die Position der Router/Verbindungsstellen veranschaulicht werden können. Danach wird der weitere Weg der Nachricht zum Empfänger gezeigt:
Über das Internet wird die Nachricht aber nicht direkt zum Empfänger übertragen, sondern zum Server des Messengerdienstes. Der Server des Messengerdienstes ist ein Computer, der permanent läuft und auf dem ein Programm darauf wartet, dass ein Handy eine Anfrage sendet. Dies kann eine neue Nachricht sein, die versendet werden soll, es kann sein, dass es sich meldet, weil es wieder online ist, oder dass es nachfragt, ob neue Nachrichten bereitstehen. Dieses Programm zur Beantwortung von Anfragen nennt man Server (oft wird auch der Computer selbst Server bezeichnet, was aber zur Verwirrung der Schüler beiträgt. Es sollte daher nur das Programm als Server-Programm betitelt werden). Die App agiert als Client1, der Anfragen stellt. Dies wird als Client-Server Prinzip bezeichnet. Die meisten der verteilten Anwendungen (z.B. WWW => Webserver – Webbrowser) arbeiten nach diesem Prinzip.
Vielen ist unklar, dass selbst wenn Sender und Empfänger in Deutschland sitzen, die Daten durchaus auf einem Server im Ausland (zwischen-)gespeichert werden können und damit nicht mehr dem europäischen Recht unterliegen. Die Nutzung dieser Daten ist die Geschäftsgrundlage der Anbieter von „kostenlosen“ Apps. Das muss den Schülern klar sein. Wir sind nicht die Kunden der Firmen, unsere Daten sind die Waren dieser Firmen. Die Werbetreibenden sind die Kunden der Firmen. Das muss nicht bedeuten, dass man diese Dienste deswegen nicht nutzen darf/sollte. Aber im Rahmen der informationellen Selbstbestimmung sollten die SchülerInnen diese Entscheidung selbst treffen und sich der Konsequenzen bewusst sein.
Wenn noch Zeit ist, kann noch auf die Problematik der Erstellung von Nutzerprofilen hingewiesen werden. Den Schülern muss klargemacht werden, dass sie im Internet nicht so anonym und unbeobachtet sind, wie sie vielleicht denken. Zum einen ist immer nachvollziehbar, welcher Nutzer welche Webseiten besucht und was er dort tut. Im Fall einer Strafanzeige oder Schadensersatzklage werden diese Informationen verwendet. Zum anderen gibt es eine Vielzahl von Firmen wie z.B. die Google-Tochterfirma DoubleClick, die das Surfverhalten von Nutzern beobachten und auswerten („Tracker“), um daraus Profile für die Werbewirtschaft zu erstellen.
Um die Verbindungen zwischen Webseiten und Trackern zu visualisieren, kann z.B. die Firefox-Erweiterung „Lightbeam“ verwendet werden. Als alltagstaugliche Hilfe sollte den Schülern gezeigt werden, wie man den eigenen Browser so einstellt, dass Cookies automatisch beim Schließen gelöscht werden.
Manche Smartphone-Apps sind zudem sehr neugierig und erfordern einen Zugriff auf die Standortdaten (GPS) des Geräts. Bei solchen Apps sollte man vorsichtig sein, da diese Positionsdaten oft an den Server des Betreibers übermittelt werden. Wenn Standortdaten für die Funktion der App nötig sind (z.B. Routenplaner), kann der Zugriff erlaubt werden, andernfalls sollte man sich gut überlegen, ob die App unbedingt nötig ist. Aus den Bewegungsdaten eines Nutzers können mehr Schlussfolgerungen gezogen werden, als man denkt.
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Die Zustellung der Nachricht vom Server an die App funktioniert nicht so, dass die App streng nach dem Client-Server-Prinzip in regelmäßigen Abständen beim Server nachfragt, ob dort neue Nachrichten vorhanden sind. Tatsächlich sind dies sogenannte Push-Nachrichten, die vom Server zunächst mal an den Push-Dienst von Google, Apple oder Microsoft weitergegeben werden. Diese haben eine ständige Verbindung zum Handy (die vom Handy aufgebaut wird, sobald es online ist). Über diese Verbindung sendet der Push Dienst die Nachricht an das Handy. Dieses kann dann beim Server des Messenger-Dienstes nach weiteren Inhalten (z.B. hoch aufgelösten Bildern) nachfragen. Das läuft dann wieder nach dem Client-Server Prinzip ab. Diese Details müssen den Schülern aber nicht vermittelt werden.
Smokesignal-Blog: Wie funktionieren Push Nachrichten? (2015)
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