De techniek van het internet: verleden, heden en toekomst (1)

Jan Everink, 2010

Voor veel mensen, maar nog lang niet voor iedereen, is het internet een bijna onmisbare dagelijkse realiteit. Dit artikel biedt een beknopte inleiding tot de techniek van het internet, waarbij ook waarschijnlijke toekomstige ontwikkelingen aandacht krijgen.
Het internet is een wereldomspannende elektronische informatie- en communicatie-infrastructuur. Dit planetaire netwerk van digitale netwerken kan gelden als een van de meest opmerkelijke technische en organisatorische prestaties van onze tijd. Het heeft in een relatief korte periode de wereld sterk veranderd.
In de komende jaren zal het internet zonder twijfel nog aanzienlijk verder worden ontwikkeld en uitgebreid.

Basis-technologieën niet veranderd

De voorloper van het internet, ARPANET, werd in 1969 gecreëerd door ARPA (Advanced Research Projects Agency), een door president Eisenhower ingesteld bureau om de ontwikkeling van geavanceerde techniek te bevorderen. ARPANET verbond de computers van ARPA met die van de bedrijven, universiteiten en andere organisaties waarmee ARPA samenwerkte. Het was een netwerk om wetenschappelijk onderzoek te bevorderen. In 1972 werd op ARPANET een belangrijke nieuwe toepassing gelanceerd: e-mail. Het was onder meer dankzij deze toepassing dat ARPANET een groot succes werd en later uitgroeide tot het internet.

De snelle opkomst en groei van het internet was technisch mogelijk dankzij 2 al langer bestaande technologieën: pakketschakeling en gelaagde netwerk-architectuur. Dit zijn nog steeds de basis-technologieën waardoor het internet kan functioneren en verder kan uitbreiden.

Pakketschakeling en lagenmodel

Pakketschakeling is mogelijk omdat computers werken met digitale gegevens. Het digitaal ofwel binair coderen van gegevens is het omzetten van deze gegevens in elektronisch of optisch vastgelegde reeksen nullen en enen. Het bij digitalisering toegepaste binaire talstelsel kent slechts twee cijfers ofwel bits: 0 en 1. Het woord bit is een afkorting van "binary digit". Met een combinatie van 8 bits kunnen 256 verschillende mogelijkheden worden gecodeerd. Met grotere bitreeksen zijn nog veel meer variaties mogelijk. In principe kan elke soort informatie, zoals tekst, fotomateriaal, geluid of bewegend beeld, worden gedigitaliseerd.

Als gegevens eenmaal gedigitaliseerd zijn kunnen er allerlei geautomatiseerde bewerkingen mee uitgevoerd worden. Daartoe behoort pakketschakeling ofwel packet switching, een techniek die in de jaren 1960 werd bedacht om bij het transport van gegevens zo efficiënt mogelijk gebruik te maken van de toegepaste fysieke kanalen.
Bij de traditionele circuitschakeling, het systeem dat voor gewone telefoonverbindingen wordt gebruikt, wordt een fysiek kanaal, zoals bijvoorbeeld een koperdraad, gedurende de tijd dat de verbinding bestaat volledig voor deze verbinding in beslag genomen. Daarbij wordt meestal een groot deel van de beschikbare fysieke capaciteit niet gebruikt.

Bij pakketschakeling worden de digitaal gecodeerde gegevens van meerdere kanaalgebruikers op efficiënte wijze tezamen verstuurd. Dat is mogelijk doordat de te verzenden boodschappen worden verdeeld in vele kleine pakketjes die gemakkelijk tezamen met de pakketjes van andere boodschappen over het netwerk getransporteerd kunnen worden. Elk pakketje wordt voorzien van een aantal extra gegevens, zoals het adres van de eindbestemming. De pakketjes van verschillende afzenders worden samengevoegd tot bitstromen en zo over de fysieke netwerkstructuur getransporteerd.

Gelaagde netwerk-architectuur werd midden jaren 1970 geïntroduceerd als een systeem om verschillende soorten computers en toepassingen via diverse verbindingen met elkaar gegevens te laten uitwisselen. Door middel van dit systeem, het OSI (Open Systems Interconnection)- model, wordt de complexe problematiek van het aan elkaar koppelen van verschillende soorten computers, softwareproducten en fysieke kanalen verdeeld in een aantal deelgebieden, lagen genoemd.

De bovenste laag betreft de toepassingssoftware, het verwerken van informatie voor menselijk gebruik zoals tekst, fotomateriaal, audio en video. In de onderste laag gaat het om de transmissie van bitstromen over fysieke kanalen, zoals koperdraden, glasvezelkabels en radioverbindingen. Daar tussenin bevinden zich lagen die te maken hebben met onder meer pakketvorming, routing en foutcontrole.
De overdracht van gegevens tussen de lagen is aan nauwkeurig voorgeschreven regels gebonden maar wat binnenin de lagen gebeurt is voor het netwerk niet van belang. Dankzij het lagenmodel kunnen zeer uiteenlopende software-applicaties, hardware-voorzieningen en fysieke transportkanalen met elkaar samenwerken.

In het oorspronkelijke OSI-model voor gelaagde netwerk-architectuur worden 7 lagen toegepast. Voor het internet wordt een aangepast model van 4 lagen gebruikt. De bovenste laag betreft de toepassing. In de tweede laag wordt de communicatie tussen de applicatie-software en het netwerk geregeld op basis van TCP (Transmission Control Protocol). De te versturen berichten worden met TCP verdeeld in IP-pakketjes en bij ontvangst zorgt TCP dat deze pakketjes weer worden samengevoegd. In laag drie is IP (Internet Protocol) verantwoordelijk voor de routing van de pakketjes over het netwerk. De onderste laag betreft het transport over de fysieke kanalen.

Zogenoemde IP-routers zorgen bij knooppunten in het netwerk, rekening houdend met de verkeersdrukte, dat de packets via een zo efficiënt mogelijke route verder worden gestuurd. De weg van een bepaald pakketje door het netwerk kan dus verschillen van de weg die door andere packets van dezelfde boodschap wordt afgelegd.

DNS (Domain Name System)

Pakketschakeling en gelaagde netwerk-architectuur zijn niet de enige geavanceerde technieken die het internet mogelijk maken. Het internet is een voortgaande technologische ontwikkeling die gecoödineerd wordt door de IETF (Internet Engineering Task Force) en het W3C (World Wide Web Consortium). Als gevolg van het toenemende en veranderende gebruik van het net zijn regelmatig uitbreidingen en aanpassingen nodig.

Een belangrijke aanpassing naar meer doelmatigheid was de introductie in 1983 van het DNS (Domain Name System). Daarmee is het veel gemakkelijker dan met het eerdere systeem mogelijk om unieke domeinnamen te bedenken. Omdat dankzij het DNS een naam alleen uniek moet zijn binnen een top-level domein, zoals com, org, net, info, gov, be en nl, is er geen sprake meer van schaarste wat betreft mogelijke domeinnamen.

Domeinen zijn niet vast aan IP-adressen gekoppeld en kunnen in principe op elke met het internet verbonden computer worden geplaatst. Voor de connectie van domeinnamen met IP-adressen worden nameservers toegepast. Dat zijn met het internet verbonden databases die door de online applicaties geraadpleegd worden om de bij domeinnamen horende IP-adressen op te zoeken. Dit systeem maakt het mogelijk dat een geregistreerd domein gemakkelijk van de ene computer naar een andere kan worden verhuisd.

Terwijl er dankzij het DNS geen schaarste aan mogelijke domeinnamen bestaat is er wel een probleem wat betreft de toekenning van IP-adressen. Met de tegenwoordige code kunnen maximaal ongeveer 4,3 miljard adressen worden uitgegeven. Dat leek in de begintijd van het net ruim voldoende maar het aantal domeinhouders blijkt meer en sneller toe te nemen dan men had verwacht. Met IPv4, de huidige IP-versie, zal mogelijk rond 2012 het maximale aantal IP-adressen zijn uitgegeven.
Er wordt momenteel gewerkt aan de overstap naar een nieuwe versie van het Internet Protocol, namelijk IPv6, waardoor het aantal mogelijke internet-aansluitingen tot vrijwel oneindig wordt uitgebreid.
De implementatie van het experimentele protocol IPv5 werd overgeslagen ten gunste van IPv6.

lees verder >>