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Realschule 10 · Informatik
Informatiksysteme, Daten und Verschlüsselung · Informatiksysteme, Internet und Gesellschaft

Leistungsmerkmale und Dienste im Internet

Ben will ein neues Spiel mit 60 GB herunterladen. Seine Schwester Mia streamt nebenan eine Serie. Auf der Verpackung des Routers steht „bis zu 100 Mbit/s“. Wie lange dauert der Download wirklich, und was passiert eigentlich im Internet, wenn du eine Adresse in den Browser tippst? Dafür brauchst du die Kennzahlen von Informatiksystemen und die wichtigsten Dienste im Netz.

Leistungsmerkmale und Einheiten

Jede Hardwarekomponente hat eine Aufgabe, und dazu passt eine Kenngröße mit einer eigenen Einheit:

Komponente Leistungsmerkmal Typische Einheit
Prozessor (CPU) Taktfrequenz: Schritte pro Sekunde Hz, MHz, GHz
Arbeitsspeicher (RAM) Kapazität: Platz für laufende Programme und Daten GB
SSD / Festplatte Speicherkapazität: dauerhafter Speicher GB, TB
Netzwerk / Internet Datenübertragungsrate: Daten pro Sekunde Mbit/s

Der Arbeitsspeicher ist das „Kurzzeitgedächtnis“: Er enthält, was gerade gebraucht wird, und ist beim Ausschalten leer. Die SSD speichert dauerhaft, auch ohne Strom.

Die Taktfrequenz gibt an, wie viele Takte der Prozessor pro Sekunde schafft: $1\,\mathrm{GHz} = 1.000\,\mathrm{MHz}$, also eine Milliarde Takte pro Sekunde.

Vier Hardwarekomponenten mit ihren Leistungsmerkmalen und Einheiten Prozessor Takt in GHz Arbeitsspeicher Kapazität in GB SSD Kapazität in GB/TB Netzwerk Rate in Mbit/s Jede Kenngröße hat ihre eigene Einheit.
Üben★☆☆
Ordne den Leistungsmerkmalen die richtige Einheit zu: Taktfrequenz (z. B. 3,5 …), Arbeitsspeicher (z. B. 16 …), Speicherkapazität einer SSD (z. B. 2 …),…

Ordne den Leistungsmerkmalen die richtige Einheit zu: Taktfrequenz (z. B. 3,5 …), Arbeitsspeicher (z. B. 16 …), Speicherkapazität einer SSD (z. B. 2 …), Datenübertragungsrate im Netzwerk (z. B. 100 …). Zur Auswahl: GHz, GB, Mbit/s, TB. Jede Einheit wird genau einmal verwendet.

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Üben★☆☆
Rechne um: a) $2{,}5\ \text{GB}$ in MB (1 GB = 1.000 MB). b) $500\ \text{GB}$ in TB (1 TB = 1.000 GB). c) $3{,}2\ \text{GHz}$ in MHz.

Rechne um:

  1. a) $2{,}5\ \text{GB}$ in MB (1 GB = 1.000 MB).
  2. b) $500\ \text{GB}$ in TB (1 TB = 1.000 GB).
  3. c) $3{,}2\ \text{GHz}$ in MHz.
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Üben★★☆
Ein Laptop hat 8 GB Arbeitsspeicher, 512 GB SSD und einen Prozessor mit 2,8 GHz. a) Erkläre, was Arbeitsspeicher und SSD unterscheidet. b) Wie viele Fotos zu je 4 MB…

Ein Laptop hat 8 GB Arbeitsspeicher, 512 GB SSD und einen Prozessor mit 2,8 GHz.

  1. a) Erkläre, was Arbeitsspeicher und SSD unterscheidet.
  2. b) Wie viele Fotos zu je 4 MB passen ungefähr auf die SSD (1 GB = 1.000 MB)?
  3. c) Was gibt die Taktfrequenz an, und warum sagt sie allein nicht alles über die Leistung?
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Datenrate und Downloadzeit

Die Datenrate gibt an, wie viele Daten pro Sekunde übertragen werden, meist in Mbit/s (Megabit pro Sekunde). Dateien misst man dagegen in Byte. Deshalb musst du umrechnen: $1\,\mathrm{Byte} = 8\,\mathrm{Bit}$.

Merke: Ein Byte besteht aus 8 Bit, deshalb kommen bei $100\,\mathrm{Mbit/s}$ nur $100 : 8 = 12{,}5\,\mathrm{MB/s}$ an.

In der Praxis dauert es länger: Die Rate ist ein Höchstwert („bis zu“), das Netz wird mit anderen Nutzern geteilt, der Server liefert eventuell langsamer, und zusätzliche Daten für die Übertragung (Header) brauchen auch Platz.

Üben★★☆
Eine Datei ist 1,2 GB groß. Die Internetverbindung hat eine Downloadrate von 100 Mbit/s (1 Byte = 8 Bit, 1 GB = 1.000 MB). a) Berechne, wie viele Sekunden der Download…

Eine Datei ist 1,2 GB groß. Die Internetverbindung hat eine Downloadrate von 100 Mbit/s (1 Byte = 8 Bit, 1 GB = 1.000 MB).

  1. a) Berechne, wie viele Sekunden der Download mindestens dauert.
  2. b) Wie lange dauert er bei 16 Mbit/s?
  3. c) Warum ist die tatsächliche Dauer meist länger?
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Üben★★★
Familie Schneider vergleicht zwei Angebote: Tarif A bietet 50 Mbit/s für 29,90 € monatlich, Tarif B 250 Mbit/s für 39,90 €. Die Familie lädt monatlich etwa 400 GB…

Familie Schneider vergleicht zwei Angebote: Tarif A bietet 50 Mbit/s für 29,90 € monatlich, Tarif B 250 Mbit/s für 39,90 €. Die Familie lädt monatlich etwa 400 GB herunter und streamt gleichzeitig auf zwei Geräten, jeweils mit 15 Mbit/s.

  1. a) Prüfe, ob Tarif A für das gleichzeitige Streaming ausreicht.
  2. b) Berechne, wie lange ein Download von 50 GB bei jedem Tarif mindestens dauert. Gehe dabei von der vollen Bandbreite ohne gleichzeitiges Streaming aus und rechne mit 1 Byte = 8 Bit und 1 GB = 1000 MB.
  3. c) Gib eine begründete Empfehlung ab.
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Aussagekraft von Kennzahlen

Eine hohe Taktfrequenz allein macht einen Rechner nicht automatisch schneller. Die Leistung hängt auch ab von:

  • der Anzahl der Prozessorkerne (mehrere Aufgaben gleichzeitig),

  • der Architektur des Prozessors (wie viel Arbeit pro Takt erledigt wird),

  • der Größe und Geschwindigkeit des Arbeitsspeichers,

  • der Art des Speichers (SSD ist viel schneller als eine Festplatte),

  • der Grafikeinheit und der Kühlung.

Üben★★★
Ein Smartphone-Hersteller wirbt: „Neuer Prozessor mit 3,0 GHz, doppelt so schnell wie das Vorgängermodell mit 2,0 GHz.“ a) Beurteile die Werbeaussage. b) Nenne weitere…

Ein Smartphone-Hersteller wirbt: „Neuer Prozessor mit 3,0 GHz, doppelt so schnell wie das Vorgängermodell mit 2,0 GHz.“

  1. a) Beurteile die Werbeaussage.
  2. b) Nenne weitere Leistungsmerkmale, die die Geschwindigkeit beeinflussen.
  3. c) Erkläre an einem Beispiel aus dem Alltag, wie vernetzte Informatiksysteme (z. B. Smart Home oder Logistik) mehrere Dienste kombinieren.
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Dienste im Internet

Im Internet arbeiten Rechner nach dem Client-Server-Prinzip: Dein Gerät (Client) stellt eine Anfrage, ein Server antwortet. Die wichtigsten Dienste:

  • WWW (World Wide Web): Webseiten, die per Browser über das Protokoll HTTP/HTTPS abgerufen werden. Das Web ist nur ein Dienst des Internets, nicht das Internet selbst.

  • DNS (Domain Name System): Das „Telefonbuch des Internets“. Es übersetzt einen Namen wie www.beispiel.de in die IP-Adresse des Servers.

  • E-Mail: Nachrichten werden über Mailserver verschickt (Senden) und abgeholt (Empfangen).

  • Cloud-Speicher: Daten liegen auf Servern im Internet und sind von jedem Gerät abrufbar.

  • Messenger: Nachrichten in Echtzeit über Server eines Anbieters.

Ablauf beim Aufruf einer Webseite: Browser, DNS-Server und Webserver Browser DNS-Server Webserver 1 Name? 2 IP-Adresse 3 Anfrage an die IP-Adresse 4 Antwort mit der Webseite

Cloud: Vorteile und Risiken

Vorteile Risiken
Zugriff von überall und mit jedem Gerät Abhängigkeit von Internet und Anbieter
Einfache Datensicherung, Teilen von Dateien Datenschutz: Wer hat Zugriff? Wo stehen die Server?
Kein eigener Speicherplatz nötig Ausfall oder Verlust beim Anbieter, Angriffe

Je sensibler die Daten, desto genauer musst du den Anbieter prüfen: Standort der Server (DSGVO), Verschlüsselung, Verfügbarkeit.

Üben★☆☆
Erkläre kurz die Aufgabe folgender Dienste im Internet: WWW, E-Mail, DNS, Cloud-Speicher.

Erkläre kurz die Aufgabe folgender Dienste im Internet: WWW, E-Mail, DNS, Cloud-Speicher.

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Üben★★☆
Du gibst „www.beispiel.de“ in den Browser ein. a) Beschreibe in Schritten, welche Rolle der DNS-Server dabei spielt. b) Wie läuft anschließend die Anfrage an den…

Du gibst „www.beispiel.de“ in den Browser ein.

  1. a) Beschreibe in Schritten, welche Rolle der DNS-Server dabei spielt.
  2. b) Wie läuft anschließend die Anfrage an den Webserver ab (Anfrage und Antwort)?
  3. c) Nenne ein Beispiel, wie sich der Ablauf beim Versenden einer E-Mail unterscheidet.
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Üben★★★
Ein Krankenhaus in Düsseldorf speichert Patientendaten in einer Cloud, ein Kunstverein dagegen nur Veranstaltungsfotos. a) Nenne Vorteile und Risiken der Cloud-Nutzung.…

Ein Krankenhaus in Düsseldorf speichert Patientendaten in einer Cloud, ein Kunstverein dagegen nur Veranstaltungsfotos.

  1. a) Nenne Vorteile und Risiken der Cloud-Nutzung.
  2. b) Welche zusätzlichen Anforderungen gelten für Patientendaten (Datenschutz, Verfügbarkeit)?
  3. c) Beurteile, welche der beiden Einrichtungen vorsichtiger bei der Wahl des Cloud-Anbieters sein sollte, und begründe.
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Zurück zum Anfang: Bens Download dauert bei $100\,\mathrm{Mbit/s}$ mindestens 80 Minuten. In der Praxis meist länger, weil sich Ben und Mia die Leitung teilen. Und beim Aufruf einer Adresse fragt der Browser zuerst den DNS-Server nach der IP-Adresse und schickt dann seine Anfrage an den Webserver.

Los geht's! 9 Aufgaben in diesem Abschnitt
★☆☆ Ordne den Leistungsmerkmalen die richtige Einheit zu: Taktfrequenz (z. B. 3,5 …),…★☆☆ Rechne um: a) $2{,}5\ \text{GB}$ in MB (1 GB = 1.000 MB). b) $500\ \text{GB}$ in TB (1 TB…★☆☆ Erkläre kurz die Aufgabe folgender Dienste im Internet: WWW, E-Mail, DNS, Cloud-Speicher.

Auf einen Blick

  • Jede Komponente hat ihre Kenngröße: Takt (GHz), Arbeitsspeicher (GB), Speicher (GB, TB), Datenrate (Mbit/s).

  • Umrechnung: $1\,\mathrm{GB} = 1.000\,\mathrm{MB}$, $1\,\mathrm{TB} = 1.000\,\mathrm{GB}$, $1\,\mathrm{Byte} = 8\,\mathrm{Bit}$.

  • Downloadzeit: $t = \text{Datenmenge} : \text{Datenrate}$, beides in gleicher Einheit. Real dauert es länger.

  • Der Takt allein sagt wenig über die Leistung: Kerne, Architektur, Arbeitsspeicher und SSD zählen mit.

  • DNS übersetzt Namen in IP-Adressen. Beim WWW fragt der Client, der Webserver antwortet. E-Mail läuft über Mailserver.

  • Cloud bringt Komfort, aber Risiken für Datenschutz und Verfügbarkeit, besonders bei sensiblen Daten.

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