IT-Handbuch für Fachinformatiker*innen

Der Ausbildungsbegleiter
 
 
Rheinwerk (Verlag)
  • 10. Auflage
  • |
  • erschienen am 30. Juni 2021
  • |
  • 1388 Seiten
 
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978-3-8362-8133-1 (ISBN)
 

Dieses Handbuch vermittelt alle Grundlagen der Informationstechnik, die angehende Fachinformatiker in ihrer Ausbildung benötigen: Computerhardware, Betriebssysteme, Netzwerktechnik, -protokolle und -anwendungen sowie Grundlagen der Programmierung, Datenbanken und Multimedia. Mit vielen Prüfungsfragen und Praxisübungen. Für die achte Auflage wurden die Themen Webentwicklung, JavaScript und Ajax vollständig neu bearbeitet.

Aus dem Inhalt:

  • Überblick IT-Ausbildung
  • Grundbegriffe der Informationstechnik
  • Mathematische und technische Grundlagen
  • Hardware und Betriebssysteme
  • Windows, Linux, macOS - Grundlagen und Praxis
  • Netzwerktechnik und -praxis
  • Programmierung in C, Java, Python
  • Datenbanken
  • Software-Engineering
  • Internet- und Webtechnologien
  • Daten- und Prozessanalyse
  • IT-Sicherheit
  • Aktuelle Themen: z.B. PHP 8 HTML5, CSS3, Node.js, React, Scrum, Cloud Computing, Python 3.10, Jenkins

Die Fachpresse zur Vorauflage: lauter.campus - Lausitzer Hochschulmagazin : »Wer sich für eine Ausbildung im zukunftsträchtigen Bereich der Informationstechnik oder Informatik entscheidet, kommt an diesem Werk nicht vorbei.«

weitere Ausgaben werden ermittelt
Sascha Kersken arbeitet seit vielen Jahren als Trainer für EDV-Schulungen in den Themengebieten Netzwerke und Internet, interaktive Medien und Programmierung. Er hat zahlreiche Bücher für O'Reilly übersetzt.


Materialien zum Buch ... 16


Vorwort ... 17


1. Einführung ... 25


1.1 ... Informationstechnik, Informatik und EDV ... 25

1.2 ... Die Geschichte der Rechenmaschinen und Computer ... 35

1.3 ... Digitale Speicherung und Verarbeitung von Informationen ... 55

1.4 ... Übungsaufgaben ... 59



2. Mathematische Grundlagen ... 63


2.1 ... Einführung in die Logik ... 63

2.2 ... Weitere mathematische Verfahren ... 83

2.3 ... Informationsspeicherung im Computer ... 105

2.4 ... Übungsaufgaben ... 115



3. Elektronische und technische Grundlagen ... 121


3.1 ... Elektronische Grundlagen ... 121

3.2 ... Automatentheorien und -simulationen ... 129

3.3 ... Übungsaufgaben ... 146



4. Hardware ... 149


4.1 ... Grundlagen ... 149

4.2 ... Die Zentraleinheit ... 153

4.3 ... Die Peripherie ... 181

4.4 ... Übungsaufgaben ... 206



5. Netzwerkgrundlagen ... 213


5.1 ... Einführung ... 213

5.2 ... Funktionsebenen von Netzwerken ... 220

5.3 ... Klassifizierung von Netzwerken ... 230

5.4 ... Netzwerkkarten, Netzwerkkabel und Netzzugangsverfahren ... 239

5.5 ... Datenfernübertragung ... 251

5.6 ... Die TCP/IP-Protokollfamilie ... 254

5.7 ... Übungsaufgaben ... 306



6. Betriebssysteme ... 319


6.1 ... Entwicklung der Betriebssysteme ... 320

6.2 ... Aufgaben und Konzepte ... 328

6.3 ... Windows ... 349

6.4 ... Linux und Unix ... 372

6.5 ... Übungsaufgaben ... 409



7. Grundlagen der Programmierung ... 419


7.1 ... Python ... 421

7.2 ... Java ... 508

7.3 ... Übungsaufgaben ... 554



8. Algorithmen und Datenstrukturen ... 557


8.1 ... Algorithmen erarbeiten und implementieren ... 557

8.2 ... Datensammlungen sortieren ... 564

8.3 ... Nach Daten suchen ... 571

8.4 ... Bäume und Graphen ... 593

8.5 ... Bedingungserfüllungsprobleme ... 616

8.6 ... Übungsaufgaben ... 626



9. Weitere Konzepte der Programmierung ... 629


9.1 ... Reguläre Ausdrücke ... 629

9.2 ... Systemnahe Programmierung ... 647

9.3 ... Einführung in die Netzwerkprogrammierung ... 654

9.4 ... Externe Module und Abhängigkeiten ... 664

9.5 ... Übungsaufgaben ... 674



10. Datenanalyse, Machine Learning, künstliche Intelligenz ... 675


10.1 ... Einführung ... 676

10.2 ... Daten auswählen und aufbereiten ... 681

10.3 ... Konkrete Machine-Learning-Verfahren ... 699

10.4 ... Übungsaufgaben ... 713



11. Software-Engineering ... 715


11.1 ... Überblick ... 716

11.2 ... Werkzeuge ... 731

11.3 ... Übungsaufgaben ... 765



12. Geschäftsprozessanalyse ... 769


12.1 ... Überblick ... 769

12.2 ... Prozesse modellieren mit BPMN ... 774

12.3 ... Übungsaufgaben ... 784



13. Datenbanken ... 785


13.1 ... Die verschiedenen Datenbanktypen ... 786

13.2 ... MySQL -- ein konkretes RDBMS ... 800

13.3 ... SQL-Abfragen ... 805

13.4 ... MySQL-Administration ... 816

13.5 ... Grundlagen der Datenbankprogrammierung ... 830

13.6 ... CouchDB im Überblick ... 835

13.7 ... Übungsaufgaben ... 839



14. Server für Webanwendungen ... 843


14.1 ... HTTP im Überblick ... 843

14.2 ... Der Webserver Apache ... 857

14.3 ... PHP installieren und einrichten ... 876

14.4 ... Virtualisierung und Container ... 883

14.5 ... Übungsaufgaben ... 893



15. Weitere Internet-Serverdienste ... 899


15.1 ... Namens- und Verzeichnisdienste ... 899

15.2 ... Die »Meta-Server« inetd und xinetd ... 915

15.3 ... Übungsaufgaben ... 919



16. XML ... 923


16.1 ... Der Aufbau von XML-Dokumenten ... 925

16.2 ... DTDs und XML Schema ... 936

16.3 ... XSLT ... 952

16.4 ... Grundlagen der XML-Programmierung ... 959

16.5 ... Übungsaufgaben ... 965



17. Weitere Datei- und Datenformate ... 971


17.1 ... Textdateien und Zeichensätze ... 971

17.2 ... Binäre Dateiformate ... 993

17.3 ... Übungsaufgaben ... 1005



18. Webseitenerstellung mit HTML und CSS ... 1009


18.1 ... HTML und XHTML ... 1010

18.2 ... Cascading Style Sheets (CSS) ... 1052

18.3 ... Übungsaufgaben ... 1072



19. Webserveranwendungen ... 1081


19.1 ... PHP ... 1081

19.2 ... Eine REST-API implementieren ... 1148

19.3 ... Übungsaufgaben ... 1172



20. JavaScript und Ajax ... 1175


20.1 ... Grundlagen ... 1176

20.2 ... Das Document Object Model (DOM) ... 1216

20.3 ... Ajax ... 1229

20.4 ... Die JavaScript-Bibliothek React.js ... 1237

20.5 ... Übungsaufgaben ... 1265



21. Computer- und Netzwerksicherheit ... 1267


21.1 ... PC-Gefahren ... 1268

21.2 ... Netzwerk- und Serversicherheit ... 1280

21.3 ... Übungsaufgaben ... 1292



A. Glossar ... 1295


B. Zweisprachige Wortliste ... 1309


C. Kommentiertes Literatur- und Linkverzeichnis ... 1317


Index ... 1331

Vorwort


Zum zehnten Mal wiederholt, wird es gefallen.
- Horaz

Herzlich willkommen zur 10. Auflage des IT-Handbuchs, also einer Jubiläumsauflage. In dieser Auflage trägt das Buch seinen nunmehr vierten Titel. Die erste Auflage (2003) hieß »Kompendium der Informationstechnik« und war weniger ausbildungsspezifisch orientiert. Die zweite (2005) hieß »Handbuch für Fachinformatiker«; der Ausbildungsbezug wurde also recht bald intensiviert. Die Auflagen 3 bis 9 (2007-2019) hießen »IT-Handbuch für Fachinformatiker«; der Zusatz »IT« sollte klarmachen, dass sich das Buch auf die Fachkunde konzentriert. In der neuen Auflage wurde der Titel noch einmal leicht geändert: »IT-Handbuch für Fachinformatiker*innen« heißt es nun in gendergerechter Sprache. Diese Anpassung zieht sich durch das gesamte Buch, wenn ich nichts übersehen habe. Die IT ist bisher noch immer allzu männlich dominiert; eine inklusivere Sprache kann nach Meinung vieler Fachleute dazu beitragen, eine Branche attraktiver für diversere Bewerber*innen zu machen.

Diese aktualisierte Neuauflage ist vor allem von der im August 2020 in Kraft getretenen Neuordnung der IT-Berufe geprägt: Statt bisher zwei Fachinformatiker*innen-Ausbildungsgängen gibt es nun vier. Zu den seit fast 25 Jahren bewährten Fachrichtungen Anwendungsentwicklung und Systemintegration treten nun die beiden neuen Ausbildungsgänge Daten- und Prozessanalyse sowie Digitale Vernetzung. Auch die elektronisch und kaufmännisch orientierten Ausbildungen wurden leicht verändert; Details dazu erfahren Sie in Kapitel 1, »Einführung«.

Es ist erfreulich, dass Sie sich für eine Ausbildung im IT-Bereich entschieden haben oder sich zumindest für dieses Thema interessieren. Denn mehr Menschen, die sich in dieser Branche auskennen, sorgen vielleicht dafür, dass Deutschland seinen Status als »Entwicklungsland« in den Bereichen Digitalisierung und Vernetzung verliert. Dieses eigentlich wohlhabende Land hat oft langsame oder instabile Internetverbindungen, und viel zu viele Prozesse in Firmen, Institutionen und Behörden gehen noch immer den langen Dienstweg über Papierdokumente und -briefe.

Nicht zuletzt die COVID-19-Pandemie hat diese Probleme noch einmal besonders stark in den Fokus gerückt. Gerade in den Schulen, die aus Sicherheitsgründen viel häufiger Distanzunterricht hätten anbieten sollen, als das in der Praxis der Fall war, verfügen über zu wenig und stark veraltete Hardware, untaugliche Software und ebenfalls unzureichende Internetverbindungen. Ein weiteres aufschlussreiches Fallbeispiel: Bis einschließlich Januar 2021 haben die Gesundheitsämter der Kommunen die täglichen Corona-Fallzahlmeldungen per Fax ans Robert-Koch-Institut gesendet.

Kurz gesagt: Das alles sollte sich in den nächsten Jahren ändern, und Sie können vielleicht an einer spannenden Stelle daran mitarbeiten. Doch bei aller Fortschrittseuphorie sollten Sie auch stets bedenken, dass die IT-Branche große Verantwortung trägt. Datenschutz, Abwehr von Cyberangriffen, der Kampf gegen Fake News (ein Problem, das sich durch die Pandemie ebenfalls weiter verschlimmert hat) und Ähnliches bleiben wichtige Aufgaben. Zudem sollte eine Verbesserung der Digitalisierung und Vernetzung nicht ins Gegenteil umschlagen: Digitalisierung, wo sie sinnvoll ist, weil sie das Leben erleichtert, ist zu begrüßen. Die Neigung millionenschwerer Silicon-Valley-Start-ups dagegen, gesellschaftliche Probleme lösen zu wollen, indem man immer noch eine weitere Schicht Technik aufstapelt, ist kontraproduktiv.

Um meiner eigenen gesellschaftlichen Verantwortung wenigstens zum Teil gerecht zu werden, gehen wie schon bei der Vorauflage je 1 % meiner Nettoeinnahmen aus diesem Buch als Spenden an die Seenotrettung bei Mission Lifeline e. V. und die entschlossen gegen die Klimakatastrophe protestierenden Jugendlichen von Fridays for Future - oder vergleichbare Organisationen, falls die genannten nicht mehr aktiv sein sollten.

Worum geht es in diesem Buch?


Dieses Buch beschreibt die wesentlichen Ausbildungsinhalte im Fachkunde-Unterricht für Fachinformatiker*innen der vier Fachbereiche Anwendungsentwicklung, Systemintegration, Digitale Vernetzung sowie Daten- und Prozessanalyse. Für die kaufmännischen und elektronisch orientierten Ausbildungsgänge ist das Buch ebenfalls geeignet, muss dort jedoch stärker als bei der Fachinformatik um speziellere Lektüre ergänzt werden. Anders als in herkömmlichen Büchern handelt es sich bei dem vorliegenden Band nicht um eine Tabellensammlung zum Auswendiglernen, sondern um praxisorientierte Anleitungen, die Sie weit über Ihre Ausbildung hinaus bei Ihrer alltäglichen Arbeit mit Computersystemen einsetzen können.

Sie lernen in den folgenden Kapiteln zahlreiche Geräte, Betriebssysteme, Programmiersprachen und Anwendungsprogramme kennen und erfahren viel Wissenswertes über Netzwerke und das Internet. Bei allen Themen habe ich versucht, die Balance zwischen Theorie und Praxis zu wahren: Es werden weder die technischen und theoretischen Details verschwiegen, wie in zahlreichen Büchern für absolute Einsteiger*innen, noch kommen die praktischen Anwendungsbeispiele zu kurz, was in manchen akademischen Lehrwerken der Fall ist.

Soweit es möglich ist, habe ich versucht, konkrete Software aus dem Open-Source-Bereich auszuwählen. Zum einen, weil ich selbst seit vielen Jahren Open-Source-Software einsetze und entwickle, vor allem aber auch, weil Sie auf diese Weise fast jedes in diesem Buch behandelte Programm kostenlos und ohne jegliche Einschränkungen herunterladen, installieren und benutzen können.

Der Ausbildungsberuf Fachinformatiker*in sowie viele weitere IT-Berufe enthalten neben den fachspezifischen Inhalten auch Aspekte wie Wirtschafts- und Sozialwissenschaften, Rechtskunde oder Betriebsorganisation. Solche Themen können in diesem Buch nicht berücksichtigt werden. Für das Fach »Technisches Englisch« finden Sie in Anhang B, »Zweisprachige Wortliste«, immerhin eine Stichwortliste in beide Richtungen.

Jedes Kapitel enthält am Ende eine Reihe von Übungsaufgaben und/oder Multiple-Choice-Fragen. Die Lösungen dazu finden Sie auf der Webseite des Verlags unter https://www.rheinwerk-verlag.de/5274/. Dort können Sie auch alle Codebeispiele aus dem Buch herunterladen. Jeweils aktualisierte Fassungen der Listings und Lösungen finden Sie auch in meinen GitHub-Repository zum Buch unter https://github.com/SaschaKersken/ITHandbuch10/.

Neu in dieser Auflage

Vieles Bewährte aus früheren Auflagen ist natürlich auch in dieser erhalten geblieben, aber einige Dinge haben sich - zum Besseren, wie ich hoffe - geändert oder sind hinzugekommen. In der vorliegenden Auflage ist dies insbesondere der Neuordnung der IT-Berufe und ihren neuen Inhalten geschuldet. Neue Themen sind insbesondere:

  • Aufteilung des ehemaligen zweiten Kapitels in die beiden Kapitel 2, »Mathematische Grundlagen«, und 3, »Elektronische und technische Grundlagen«, weil in der aktuellen Auflage viel mehr Mathematik besprochen wird als früher. Der neu hinzugekommene Bereich Datenanalyse und Machine Learning basiert auf Aspekten der Stochastik, der linearen Algebra und der Analysis, die erstmals in möglichst kurzer und praktischer Form in diesem Buch behandelt werden.

  • Ausführliches neues Kapitel zu Algorithmen und Datenstrukturen. Diese Auflage enthält mehr und interessantere Beispiele für Algorithmen, zum Beispiel werden mit verschiedenen Methoden Wege durch ein Labyrinth gesucht, und ein Sudoku wird als Bedingungserfüllungsproblem gelöst.

  • Ein völlig neues Kapitel zu Datenanalyse, Machine Learning und KI. Diese Themen gehören seit einigen Jahren zu den wichtigsten der Softwareentwicklung. Da auch die Neuordnung der IT-Ausbildung sie in Form des neuen Ausbildungsgangs Fachinformatiker*in Daten- und Prozessanalyse berücksichtigt, wurde es Zeit, sie ins Buch aufzunehmen.

  • Außerdem neu ist ein vornehmlich für denselben Ausbildungsgang geeignetes kurzes Kapitel zum Thema Geschäftsprozessanalyse.

  • Für den ebenfalls neuen Ausbildungsgang Digitale Vernetzung wurden Themen wie Virtualisierung, Container-Orchestrierung und Cloud Computing ausgeweitet.

Kapitelübersicht


Die einzelnen Kapitel dieses Buchs widmen sich den folgenden Themen:

  • Kapitel 1, »Einführung«, behandelt die Geschichte und die grundlegende Funktionsweise des Computers. Außerdem werden einige wichtige Grundlagen der Informationstechnik erläutert; sie bilden die Voraussetzung für das Verständnis späterer Kapitel. Abgerundet wird das Kapitel durch einen Überblick über die verschiedenen IT-Ausbildungsgänge und die Relevanz der verschiedenen Teile dieses Buchs für jeden von ihnen.

  • In Kapitel 2, »Mathematische Grundlagen«, erhalten Sie eine solide Einführung in verschiedene Aspekte der Mathematik, die...

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