Netwerktechnik

Netzwerkarten & Reichweite

• LAN (Local Area Network): Bis zu einigen Kilometern, meist auf ein Betriebsgelände begrenzt.

• MAN (Metropolitan Area Network): Stadtweites bis regionenweites Netzwerk.

• WAN (Wide Area Network): Deckt riesige Bereiche ab, teilweise über mehrere Länder. Wird meist von ISPs (z. B. Telekom, Vodafone) betrieben.

• GAN (Global Area Network): Das Internet.

• Ein Repeater hebt die Längenbeschränkung eines Ethernet-Segments auf.

• Ein lokaler Repeater verbindet zwei Segmente mit max. 100 m Abstand.

• Ein Remote-Repeater nutzt ein Lichtwellenleiter-Kabel (bis 1000 m) und kann max. 4 Repeater pro Netzwerk haben (Gesamtlänge bis 2500 m).

• An Lichtwellenleitern können keine Ethernet-Stationen angeschlossen werden.

• Ein Multiport-Repeater verbindet mehrere Cheapernet-Segmente (bis zu 8).

• Er nutzt einen Transceiveranschluss, um mit Standard-Ethernet zu kommunizieren.

• Kostengünstiger als Standard-Repeater bei mehreren Segmenten.

• Stackable Multiport-Repeater können über spezielle Ports verbunden werden.

• Verbindung über ThinWire-Kabel oder 10Base2-Anschluss.

• Ein Hub verbindet mehrere Twisted-Pair-Kabelsegmente zu einem Ethernet-Netzwerk.

• Ermöglicht eine sternförmige Vernetzung von Geräten.

• Verstärkt das Signal, aber leitet es an alle angeschlossenen Geräte weiter (kein intelligentes Routing).

• Uplink-Port erlaubt die Verkettung (Kaskadierung) mehrerer Hubs.

• Typische Hubs haben 4, 8, 12, 16, 24 oder 32 Ports.

• Ein Router verbindet verschiedene Netzwerke und leitet Daten zwischen ihnen weiter.

• Arbeitet auf OSI-Schicht 3 (Netzwerkschicht) und kann Netze mit unterschiedlichen Topologien verbinden.

• Wichtige Aufgabe: Bestimmt den besten Weg für Datenpakete anhand einer Routingtabelle.

• Unterschied zu Bridges & Switches:

  • Router verwenden IP-Adressen (nicht MAC-Adressen).

  • Können verschiedene Netzwerktypen und Protokolle verarbeiten.

• Routing erfolgt mit Protokollen wie:

  • ARP (Address Resolution Protocol)

  • RIP (Routing Information Protocol)

  • OSPF (Open Shortest Path First)

  • BGP (Border Gateway Protocol) für das Internet

• Next-Hop-Prinzip:

  • Der Router kennt nicht den gesamten Weg, sondern nur die nächste Zwischenstation zum Ziel.

1. 🖥️ CPU (Prozessor) → Steuert die Datenweiterleitung und verarbeitet Routing-Entscheidungen.

2. 💾 Speicher (RAM, ROM, Flash, NVRAM) → Speichert die Routingtabelle, Konfigurationsdaten und das Betriebssystem.

3. 🔌 Netzwerkadapter (Schnittstellen) → Verbinden den Router mit verschiedenen Netzwerken (z. B. Ethernet, Glasfaser, DSL).

4. 🔗 Systembus → Verbindet CPU, Speicher und Netzwerkadapter für schnellen Datenaustausch.

1. In einem Peer-to-Peer-Netz (P2P) sind alle Computer gleichberechtigt.

2. Jeder Computer kann Dienste nutzen und gleichzeitig bereitstellen (z. B. Dateien teilen, Drucker freigeben).

3. Es gibt keine zentrale Steuerung, jeder Computer ist ein Peer.

4. Gegenteil von P2P ist das Client-Server-Prinzip, bei dem ein Server die Dienste anbietet und Clients diese nutzen.

5. Vorteil von P2P: Flexibilität, keine zentrale Abhängigkeit.

6. Nachteil: Weniger Kontrolle, Sicherheitsrisiken.

• Ein Client-Server-System besteht aus einem Client, der eine Verbindung zum Server aufbaut.

• Der Server stellt einen Dienst bereit, z. B. Dateien, Datenbanken oder Anwendungen.

• Der Client bietet die Benutzeroberfläche und leitet Anfragen an den Server weiter.

• Beispiel: Ein zentraler Datenbankserver speichert Daten, und Clients greifen darauf zu.

1. Ein Server ist ein Programm, das auf die Kontaktaufnahme eines Clients wartet.

2. Nach der Kontaktaufnahme tauscht der Server Nachrichten mit dem Client aus.

1. File-Server → Stellt Dateidienste bereit.

2. Print-Server → Verarbeitet Druckaufträge im Netzwerk.

3. Mail-Server → Ermöglicht den E-Mail-Dienst.

4. DNS-Server → Verwaltet Domain-Namen (z. B. www.example.com) und übersetzt sie in IP-Adressen.

5. Web-Server → Stellt Web-Dienste bereit (z. B. Webseiten für Browser).

6. Update-Server → Verteilt Software-Updates an Geräte im Netzwerk.

7. Anwendungsserver → Erlaubt die Nutzung von Anwendungen über das Netzwerk.

8. Network Attached Storage (NAS) → Bietet Netzwerkspeicher für Dateien und Backups.

1. Repeater

2. Hub

3. Bridge

4. Switch

5. Gateway

6. Router

7. Access Point

1. Verbindet Netzwerke und ermöglicht die Kommunikation zwischen ihnen.

2. Analysiert IP-Adressen, die aus Netzteil (Netzwerkadresse) und Hostteil (Geräteadresse) bestehen.

3. Leitet Pakete anhand der Ziel-IP-Adresse an das richtige Netzwerk weiter.

4. Ermöglicht die Kommunikation zwischen Netzwerken mit unterschiedlichen Topologien und Protokollen.

🔹 Netzwerkverbindung:

LAN 1 - Router A - LAN 2 - Router B - LAN 3 - Router C - LAN 4

🔹 Ablauf des Routings:

• Router erfragen Nachbar-IP-Adressen und speichern sie in Routing-Tabellen.

• Alle 30 Sekunden tauschen Router ihre Tabellen aus, um entfernte Netzwerke zu erreichen.

• Anfangszustand:

  • Router A: Kennt LAN 1 & LAN 2 direkt, lernt LAN 3 über B, LAN 4 über C.

  • Router B: Kennt LAN 2 & LAN 3 direkt, lernt LAN 4 über C, LAN 1 über A.

  • Router C: Kennt LAN 3 & LAN 4 direkt, lernt LAN 2 über B, LAN 1 über A.

• Routing-Protokolle (RIP, OSPF, BGP) berechnen den kürzesten Pfad.

• Unbekannte Ziele werden über die Default Route geschickt.

• TTL (Time To Live) verringert sich bei jedem Router, bei 0 wird das Paket gelöscht.

1. Übersetzt die IP-Adressen aller internen Geräte im LAN auf die öffentliche IP des Routers.

2. Verbirgt interne Geräte, sodass sie nach außen nur mit der Router-IP sichtbar sind.

3. Kein echtes Sicherheitsfeature, da Pakete trotzdem an interne Geräte weitergeleitet werden, wenn die Firewall nichts blockiert.

🔹 Netzwerkverbindung:

LAN 1 - Router A - LAN 2 - Router B - LAN 3 - Router C - LAN 4

🔹 Ablauf des Count-to-Infinity-Problems:

• Router C fällt aus → B merkt, dass es keinen direkten Weg zu LAN 4 gibt.

• Router A glaubt jedoch, dass LAN 4 über Router B erreichbar ist und berechnet 2 Hops.

• Router B erhält diese Info von A und denkt, dass es über A zu LAN 4 kann → Setzt die Kosten auf 3 Hops.

• B meldet die Route zurück an A, der sie auf 4 Hops erhöht.

• Dieser Zyklus wiederholt sich, wodurch die Kosten immer weiter steigen.

🔹 Lösung: Route Poisoning

• Wenn eine Route mehr als 16 Hops benötigt, wird sie als „UNERREICHBAR“ markiert und aus der Routing-Tabelle entfernt.

• Verbindet verschiedene Netzwerke, z. B. Faxgerät mit Internet.

• Übersetzt Protokolle und passt Übertragungen an (z. B. zwischen Kabel & Funk).

• Regelt unterschiedliche Paketgrößen zwischen Netzwerken.

• Verkleinert zu große Pakete, bevor sie weitergeleitet werden.

• Besitzt Speicher für Pufferung von Daten während der Anpassung.

🔹 IPv4 ist 32 Bit lang und wird als vier durch Punkte getrennte Zahlen geschrieben (z. B. 192.168.2.1).

🔹 Binäre Darstellung einer IPv4-Adresse besteht aus vier 8-Bit-Blöcken.

| Klasse | Netzwerkadresse | Host-Bits | Netzwerke | Hosts pro Netzwerk |

|--------|--------------------------|-----------|------------|--------------------|

| A | 0.0.0.0 – 127.255.255.255 | 24 Bit | 128 | 16.777.214 |

| B | 128.0.0.0 – 191.255.255.255 | 16 Bit | 16.384 | 65.534 |

| C | 192.0.0.0 – 223.255.255.255 | 8 Bit | 2.097.152 | 254 |

| D | 224.0.0.0 – 239.255.255.255 | - | Multicast | - |

Private IPv4-Adressen (Nicht für das Internet routbar)

🔹 Reservierte private Adressbereiche:

• 10.0.0.0 – 10.255.255.255

• 172.16.0.0 – 172.31.255.255

• 192.168.0.0 – 192.168.255.255

🔹 Einsatz:

• Werden in LANs genutzt, nicht im Internet.

• 192.168.0.0 ist oft das Standard-LAN, 192.168.255.255 die Broadcast-Adresse.

• Maximal 254 Geräte pro Klasse-C-Netzwerk ohne Subnetting.

• Private Netzwerke brauchen einen Router zur Verbindung mit andere

IPv6 Grundlagen

• 128 Bit lang, bestehend aus 8 Hexadezimalzahlen mit je 4 Stellen.

• Beispiel: 2001:0123:0000:0000:0000:AB87:8782:0001.

• „::“ kann 0er-Blöcke ersetzen, aber nur einmal pro Adresse.

  • Beispiel: 2001:0123::AB87:8782:0001.

Besondere IPv6-Adressen

• Link-Local (FE80::/10) → Nur innerhalb eines einzelnen Netzwerks, keine Router-Kommunikation, wird automatisch erzeugt.

• Unique Local Addresses (ULA) (FCXX::/7 oder FDXX::/8) → Vergleichbar mit privaten IPv4-Adressen.

• Loopback-Adresse (::1/128) → Dient zur Kommunikation mit dem eigenen Rechner.

• Multicast (FF00::/8) → Für Gruppenkommunikation (statt Broadcast).

Sicherheit & Dual Stack

• IPsec ist in IPv6 standardmäßig aktiviert, aber bei IPv4 optional.

• DUAL STACK: Geräte nutzen oft IPv4 & IPv6 gleichzeitig, da viele Netzwerke beides unterstützen.

Subnetzmaske in IPv6 (Präfix & Interface-Identifier)

• IPv6 nutzt Netzwerk-Präfix + Interface-Identifier, anstelle von Netzwerkteil & Hostteil.

• Standard: 64 Bit Netzwerk-Präfix + 64 Bit Interface-Identifier.

• Netzwerk-Präfix → Vom ISP oder Router zugewiesen.

• Interface-Identifier → Wird oft automatisch aus der MAC-Adresse generiert.

🚀 IPv6 ist skalierbarer, sicherer und effizienter als IPv4!

1. Unterste Stufe: Heimnetzwerke (LAN) oder kleine Büros, die über ISPs auf das Internet zugreifen.

2. 2. Stufe: Regionale Netzwerke und ISPs, die kleinere Netzwerke mit dem globalen Internet verbinden.

3. 3. Stufe: Tier-1-Netzwerke, die größten Netzwerke mit globaler Reichweite, sie bilden das Rückgrat des Internets.

4. Letzte Stufe: Rechenzentren und Content Delivery Networks (CDN), die Inhalte lokal speichern, um die Internetbelastung zu verringern.

Ein autonomes System (AS) ist eine Sammlung von IP-Routing-Pfaden, die von einem Anbieter kontrolliert wird.

• Jedes AS hat eine eigene Routing-Policy und eine eindeutige ASN (Autonomous System Number) für BGP.

• Dadurch wird der Speicherplatz und Verwaltungsaufwand verringert.

• Anstatt eine Tabelle mit allen Verbindungen zwischen einzelnen Routern zu haben, gibt es eine optimierte Tabelle, die nur die Verbindungen zwischen AS zeigt.

Das Border Gateway Protocol (BGP) regelt den Datenaustausch zwischen autonomen Systemen (AS) und bestimmt den besten Weg für den Internetverkehr.

BGP-Peering

• ISPs tauschen Routing-Informationen aus, um optimale Routen zu finden.

Kriterien für die Routenwahl:

1. Pfadlänge (AS-Path) → Kürzere Wege werden bevorzugt.

2. Lokale Präferenz (Local Pref) → Höhere Werte haben Vorrang.

3. Ursprung der Route → Interne Routen sind oft bevorzugt.

4. Multi-Exit Discriminator (MED) → Gibt an, welche Verbindung zu einem AS genutzt wird.

5. Router-ID → Bei Gleichstand wird die Route mit der kleineren ID gewählt.

Arten von BGP:

• eBGP → Routing zwischen verschiedenen ISPs oder AS.

• iBGP → Routing innerhalb eines einzelnen ISP oder AS.

Das Internet-Backbone ist das Hauptnetzwerk des Internets, bestehend aus Tier-1-Netzwerken und IXPs. Es verbindet große Netzwerke weltweit und transportiert riesige Datenmengen.

• Es besteht aus tausenden Kilometern Glasfaserkabeln an Land und unter Wasser.

• Übertragungsraten von mehreren Terabit pro Verbindung.

• Redundanzen (alternative Routen) erhöhen die Sicherheit.

IXP (Internet Exchange Point) / NAP (Network Access Point)

• Netzwerk-Knotenpunkte, an denen viele ISPs und Anbieter Daten austauschen.

• Ermöglichen einen schnellen Datentransfer zwischen Tier-1-Netzwerken.

• Weltweit ca. 340 IXPs, davon 160+ in Europa und 80 in Amerika