Wie PCs und Smartphones kommunizieren können

Wenn du auf einem PC oder Smartphone eine Website öffnest, eine Nachricht sendest oder ein Video ansiehst, laufen im Gerät Verarbeitungsschritte für Kommunikation ab.

Aus menschlicher Sicht wirkt Kommunikation sehr einfach.

Eine URL im Browser öffnen. Suchen. Eine Nachricht senden. Ein Bild hochladen. Ein Video abspielen.

Tatsächlich kommuniziert eine App jedoch nicht allein und eigenmächtig nach außen.

Kommunikation entsteht durch das Zusammenspiel von App, OS, Netzwerkfunktionen des Geräts, Wi-Fi-Router, Basisstationen und ähnlichen Bestandteilen.

Dieser Artikel erklärt, wie Kommunikation in PCs und Smartphones beginnt und wie sie an externe Netzwerke gesendet wird.

Genauere Mechanismen wie IP-Adressen, DNS, HTTP/HTTPS, TCP/UDP und Kommunikationslogs werden in anderen Artikeln behandelt.

Wie beginnen PCs und Smartphones Kommunikation?

Kommunikation beginnt in vielen Fällen mit einer Bedienung in einer App.

Betrachten wir zum Beispiel den Fall, dass eine Website im Browser geöffnet wird.

Wenn du ein Suchergebnis anklickst oder eine URL eingibst, erstellt der Browser den Kommunikationsinhalt "Ich möchte diese Website öffnen".

Beim Senden eines Textes in einer Nachrichten-App ist es genauso.

Wenn du Text eingibst und den Senden-Button drückst, erstellt die App den Kommunikationsinhalt "Ich möchte diese Nachricht senden".

Beim Hochladen eines Bildes wird der Kommunikationsinhalt "Ich möchte diese Bilddaten senden" erstellt.

Beim Ansehen eines Videos in einer Video-App wird der Kommunikationsinhalt "Ich möchte diese Videodaten empfangen" erstellt.

Der erste Auslöser von Kommunikation ist also, dass die App "den Inhalt, den sie mit der Außenwelt austauschen möchte", erstellt.

Allerdings kommuniziert die App nicht unverändert direkt mit Servern auf der ganzen Welt.

Der von der App erstellte Kommunikationsinhalt wird an das OS übergeben.

Apps erstellen den Inhalt, den sie kommunizieren möchten

Apps sind Browser, Nachrichten-Apps, Social-Media-Apps, Video-Apps, Karten-Apps, Spiele-Apps und ähnliche Software.

Diese Apps kommunizieren bei Bedarf mit der Außenwelt.

Browser kommunizieren, um Webseiten abzurufen.

Nachrichten-Apps kommunizieren, um Text, Bilder, Ton, Dateien und ähnliche Daten zu senden und zu empfangen.

Karten-Apps kommunizieren, um Kartendaten und Routeninformationen abzurufen.

Video-Apps kommunizieren, um Videodaten zu empfangen.

Auf diese Weise erstellt eine App den Inhalt der Kommunikation: "was sie senden möchte" oder "was sie empfangen möchte".

Aber durch die App allein ist die Kommunikation nicht abgeschlossen.

Die App bittet das OS: "Bitte sende diese Kommunikation nach außen."

Wichtig ist an diesem Punkt, dass Kommunikation keine Bewegung einer App allein ist, sondern den Mechanismus des gesamten Geräts nutzt.

Das OS hat die Rolle, Kommunikation nach außen zu senden

Das OS ist die Basissoftware, die den gesamten PC oder das gesamte Smartphone verwaltet.

Bei PCs gibt es zum Beispiel Windows, macOS und Linux.

Bei Smartphones gibt es Android und iOS.

Das OS verwaltet den Start von Apps, Dateiverwaltung, Bildschirmanzeige, Tastatur- und Touch-Bedienung, Sicherheit, Netzwerkfunktionen und weitere Bereiche.

Auch Kommunikation ist eine der wichtigen Funktionen, die vom OS verwaltet werden.

Wenn eine App den Inhalt erstellt, den sie kommunizieren möchte, nimmt das OS diese Kommunikationsanforderung entgegen.

Dann verarbeitet es, welche Netzwerkfunktion verwendet wird, um sie nach außen zu senden.

Wenn das Gerät zum Beispiel mit Wi-Fi verbunden ist, sendet das OS die Kommunikation über Wi-Fi nach außen.

Wenn ein Smartphone ein Mobilfunknetz nutzt, verwendet das OS die Funktion für mobile Kommunikation.

Wenn ein PC per LAN-Kabel verbunden ist, verwendet es kabelgebundenes LAN.

Wenn außerdem ein VPN verwendet wird, kann die Kommunikation so verarbeitet werden, dass sie durch das VPN läuft.

Auf diese Weise hat das OS die Rolle, Kommunikationsanforderungen von Apps entgegenzunehmen und sie mithilfe der Netzwerkfunktionen des Geräts nach außen zu senden.

Kommunikation bedeutet nicht, dass "die App von selbst nach außen geht".

Der Ablauf ist: Die App erstellt den Kommunikationsinhalt, das OS nimmt ihn entgegen, und die Netzwerkfunktion sendet ihn nach außen.

Geräte haben Funktionen zum Kommunizieren

PCs und Smartphones enthalten Funktionen, um mit der Außenwelt zu kommunizieren.

Bei PCs gibt es Wi-Fi-Adapter und kabelgebundene LAN-Ports.

Ein Wi-Fi-Adapter ist ein Bauteil, um mit Wi-Fi-Funkwellen zu kommunizieren.

Ein kabelgebundener LAN-Port ist ein Anschluss, um mit einem LAN-Kabel zu kommunizieren.

Bei Smartphones gibt es Wi-Fi-Funktionen und Funktionen für mobile Kommunikation.

Wenn Wi-Fi verwendet wird, kommuniziert das Smartphone mit einem Wi-Fi-Router in der Nähe.

Wenn mobile Kommunikation verwendet wird, kommuniziert das Smartphone mit einer nahegelegenen Mobilfunk-Basisstation.

Durch solche Kommunikationsfunktionen können PCs und Smartphones eine Verbindung zu externen Netzwerken herstellen.

Allerdings sind PCs und Smartphones nicht als einzelne Geräte direkt mit Servern auf der ganzen Welt verbunden.

Das Gerät sendet Kommunikation zuerst an ein nahes Netzwerkgerät.

Bei Wi-Fi zu Hause sendet es die Kommunikation zuerst an den Wi-Fi-Router.

Bei mobiler Smartphone-Kommunikation sendet es die Kommunikation zuerst an eine nahe Basisstation.

Bei kabelgebundenem LAN sendet es die Kommunikation über das LAN-Kabel an einen Router oder ein Netzwerkgerät.

Von dort aus läuft die Kommunikation durch das Netzwerk des Kommunikationsanbieters und über Routen im Internet weiter zum Ziel.

Information wird als Daten aus 0 und 1 behandelt

Hier betrachten wir auch, wie Information im Gerät behandelt wird.

Aus menschlicher Sicht hat Information verschiedene Formen.

Text. Bilder. Ton. Video. Dateien. App-Bedienung.

Computer verstehen diese jedoch nicht in derselben Form wie Menschen.

Computer behandeln Text, Bilder, Ton und Ähnliches als numerische Daten.

Die Grundlage dafür sind 0 und 1.

Zum Beispiel lässt sich der englische Buchstabe "A" in einem typischen Zeichencode als Folge von 0 und 1 wie 01000001 darstellen.

Auch wenn Menschen den Buchstaben "A" sehen, wird er im Computerinneren als Daten in einer festgelegten Zahlenform behandelt.

Bei Bildern ist es genauso.

Ein Bild besteht aus vielen Informationen über Farbe und Helligkeit.

Auch wenn es auf dem Bildschirm wie ein Foto oder eine Illustration aussieht, wird es im Computerinneren als Ansammlung von Zahlen behandelt, die beschreiben, an welcher Position welche Farbe angezeigt wird.

Bei Ton ist es genauso.

Menschen hören Ton als Klang.

Im Computer wird er jedoch als Ansammlung von Zahlen behandelt, die durch feines Messen von Schallwellen entstehen.

Text, Bilder, Ton und Video werden im Gerät also alle als Daten behandelt, und ihre Grundlage ist eine Kombination aus 0 und 1.

0 und 1 werden als Signale gesendet

Allerdings fliegen die Zahlen 0 und 1 nicht unverändert durch die Luft oder durch Kabel.

0 und 1 sind Darstellungen, mit denen Computer Informationen behandeln.

In realer Kommunikation werden Daten aus 0 und 1 als elektrische, optische oder Funk-Signale gesendet.

Bei kabelgebundenem LAN werden Informationen als elektrische Signale über das Kabel gesendet.

Bei Glasfaser werden Informationen als Lichtsignale gesendet.

Bei Wi-Fi und mobiler Kommunikation werden Informationen als Veränderungen von Funkwellen gesendet.

Die im Gerät erstellten Daten werden also beim Senden nach außen in physische Signale umgewandelt.

Dabei werden Informationen, die 0 und 1 entsprechen, durch hohe und niedrige elektrische Zustände, Veränderungen von Licht, Veränderungen von Funkwellen und Ähnliches dargestellt.

Kommunikation besteht nicht nur darin, auf dem Bildschirm einen Button zu drücken.

Sie entsteht dadurch, dass eine App Daten erstellt, das OS sie verarbeitet, die Kommunikationsfunktion des Geräts sie in Signale umwandelt und diese Signale an Netzwerkgeräte gesendet werden.

Warum werden 0 und 1 verwendet?

Ein wichtiger Grund, warum Computer 0 und 1 verwenden, ist, dass Maschinen zwei Zustände stabil beurteilen können.

Für Maschinen ist es vergleichsweise einfach, zwei Zustände zu unterscheiden.

Zum Beispiel, ob eine Spannung niedrig oder hoch ist.

Ob kein Signal vorhanden ist oder ein Signal vorhanden ist.

Ob etwas unterhalb oder oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts liegt.

Bei zwei Stufen wie diesen können Maschinen stabiler urteilen.

Wenn man Informationen mit feinen Zuständen wie 10 Stufen darstellen wollte, müsste die Maschine kleine Unterschiede genau erkennen.

In realer Kommunikation gibt es jedoch Rauschen.

Elektrische Signale können gestört werden.

Funkwellen können von anderen Funkwellen beeinflusst werden.

Wenn die Entfernung größer wird, kann ein Signal schwächer werden.

In solchen Umgebungen ist es stabiler, zwischen zwei Stufen, also 0 oder 1, zu unterscheiden, als feine 10 Stufen zu unterscheiden.

Ein Design, das Informationen in die zwei Zustände 0 und 1 aufteilt, ist für Computer und Kommunikationsgeräte leicht zu handhaben und auch in realen Umgebungen mit Rauschen leichter zu beurteilen.

Deshalb behandeln Computer Informationen als Kombinationen aus 0 und 1.

Das Gerät sendet Kommunikation zuerst an ein nahes Gerät

Wenn PCs oder Smartphones kommunizieren, sendet das Gerät die Kommunikation zuerst an ein nahes Netzwerkgerät.

Wenn zu Hause, in der Schule oder am Arbeitsplatz Wi-Fi verwendet wird, kommuniziert der PC oder das Smartphone zuerst mit einem Wi-Fi-Router.

Danach läuft die Kommunikation vom Wi-Fi-Router in das Netzwerk des Kommunikationsanbieters und weiter über Routen im Internet zum Zielserver.

Wenn auf einem Smartphone mobile Kommunikation verwendet wird, kommuniziert das Smartphone zuerst mit einer nahegelegenen Basisstation.

Danach läuft sie durch das Netzwerk des Mobilfunkanbieters und zum Ziel im Internet.

Wenn kabelgebundenes LAN verwendet wird, wird Kommunikation vom PC über das LAN-Kabel an einen Router oder ein Netzwerkgerät gesendet.

Dieser Ablauf lässt sich kurz so ordnen.

1. Du bedienst eine App
2. Die App erstellt den Inhalt, den sie kommunizieren möchte
3. Das OS nimmt die Kommunikationsanforderung entgegen
4. Das OS verwendet die Netzwerkfunktion des Geräts, um sie nach außen zu senden
5. Signale werden über Wi-Fi, mobile Kommunikation, kabelgebundenes LAN oder Ähnliches gesendet
6. Sie erreichen zuerst ein nahes Gerät wie einen Wi-Fi-Router oder eine Basisstation
7. Von dort gehen sie zu einem externen Netzwerk weiter

So ist Kommunikation nicht allein im Gerät abgeschlossen.

App, OS, Kommunikationsfunktionen des Geräts, Router, Basisstationen, Netzwerke von Kommunikationsanbietern und ähnliche Bestandteile arbeiten zusammen.

Kommunikation wird nicht von einem einzigen Teil entschieden

Wie auf dieser Seite geordnet, wird Kommunikation von PCs und Smartphones nicht von einem einzigen Teil entschieden.

Die App erstellt den Inhalt, den sie kommunizieren möchte.

Das OS nimmt diese Kommunikationsanforderung entgegen und sendet sie mithilfe der Netzwerkfunktionen nach außen.

Die Kommunikationsfunktion des Geräts wandelt Daten in Signale wie Strom, Licht oder Funkwellen um.

Wi-Fi-Router und Basisstationen verbinden diese Signale mit externen Netzwerken.

Auf diese Weise besteht Kommunikation aus mehreren Schichten.

Deshalb reicht es beim Verstehen von Kommunikation nicht aus, nur grob zu sehen: "Der Browser kommuniziert" oder "Das Smartphone kommuniziert".

Tatsächlich haben dahinter App, OS, Kommunikationsfunktionen des Geräts und Netzwerkgeräte in der Umgebung jeweils eigene Rollen.

Mit dieser Perspektive wird es später auch leichter, IP-Adressen, DNS, HTTP/HTTPS, TCP/UDP, VPN, WebRTC und ähnliche Themen zu verstehen.

Wichtige Perspektive beim Lernen von Anonymität

Wenn man über Anonymität nachdenkt, richten viele Menschen den Blick auf den Browser.

Natürlich ist der Browser wichtig.

Beim Ansehen von Websites kommuniziert der Browser mit der Außenwelt.

Je nach Browser-Einstellungen kann sich auch ändern, welche Informationen nach außen sichtbar sind.

Es reicht jedoch nicht aus, nur den Browser zu betrachten.

An realer Kommunikation sind Apps, OS, Netzwerkeinstellungen, Wi-Fi, Mobilfunknetz, DNS-Einstellungen, VPN-Einstellungen und Ähnliches beteiligt.

Zum Beispiel kann eine andere App kommunizieren, auch wenn man im Browser auf Anonymität achtet.

Auch das OS selbst kann Kommunikation für Update-Prüfungen, Zeitsynchronisierung und Ähnliches durchführen.

Durch DNS-Einstellungen ändert sich auch, wohin Anfragen zur Namensauflösung gesendet werden.

Auch wenn man glaubt, ein VPN zu verwenden, kann unbeabsichtigte Kommunikation über die normale Leitung hinausgehen, wenn die Einstellungen unzureichend sind.

Außerdem haben Browser Funktionen wie WebRTC, die je nach Einstellung zu Lecks von Netzwerkinformationen führen können.

Um über Anonymität nachzudenken, muss man daher nicht nur "den Browser", sondern "wie das gesamte Gerät kommuniziert" betrachten.

Um Browser-Einstellungen, DNS-Einstellungen, VPN-Einstellungen, WebRTC-Lecks und Ähnliches zu verstehen, ist es wichtig, zuerst zu erfassen, wo die Kommunikation des Geräts beginnt und wie sie nach außen geht.

Zusammenfassung

Kommunikation von PCs und Smartphones beginnt mit der Bedienung einer App.

Eine Website im Browser öffnen.

Text in einer Nachrichten-App senden.

Ein Bild hochladen.

Ein Video ansehen.

Wenn man solche Handlungen ausführt, erstellt die App den Inhalt, den sie kommunizieren möchte.

Dieser Kommunikationsinhalt wird an das OS übergeben.

Das OS verwendet Netzwerkfunktionen wie Wi-Fi, kabelgebundenes LAN oder mobile Kommunikation, um die Kommunikation nach außen zu senden.

Die Kommunikationsfunktion des Geräts sendet Daten als Signale wie Strom, Licht oder Funkwellen.

Und diese Signale erreichen zuerst nahe Geräte wie Wi-Fi-Router oder Basisstationen und gehen von dort weiter zu externen Netzwerken.

Außerdem werden Informationen wie Text, Bilder, Ton und Video im Gerät als numerische Daten behandelt.

Die Grundlage dafür sind 0 und 1.

0 und 1 werden als Grundlage von Computern und Kommunikation verwendet, weil Maschinen sie stabil beurteilen können und sie vergleichsweise widerstandsfähig gegen Rauschen sind.

Wichtig an diesem Artikel ist, dass Kommunikation nicht bedeutet, dass "die App von selbst nach außen geht".

Erst durch das Zusammenspiel von App, OS, Netzwerkfunktionen des Geräts, Wi-Fi-Router, Basisstationen und ähnlichen Bestandteilen entsteht Kommunikation.

Diese Perspektive ist auch beim Lernen von Anonymität wichtig.

Wenn man über Anonymität nachdenkt, muss man nicht nur den Browser betrachten, sondern auch Apps, OS, Netzwerkeinstellungen, Wi-Fi, Mobilfunknetz, DNS-Einstellungen, VPN-Einstellungen und Ähnliches einbeziehen.

Zu verstehen, wie Kommunikation in PCs und Smartphones beginnt und wie sie nach außen geht, bildet die Grundlage, um Netzwerke und Anonymität zu verstehen.

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