Networking basis

Internet

1. Besitzer: Keiner (dezentral)

2. Was: Weltweites Netzwerk aus Netzwerken

3. Basis: Gemeinsame Standards & Protokolle

   Größe:

   SOHO: Home Office / kleines Büro

   Medium/Large: Firmen, Schulen

   Internet: Globales "Netzwerk der Netzwerke

   Datentypen

   • Volunteered: Selbst geteilt (Profile, Posts)

   • Observed: Aufgezeichnet (GPS-Daten)

   • Inferred: Abgeleitet (Kreditscore)

   Speed & Latenz

   • Bandbreite: Theoretische max. Geschwindigkeit

   • Durchsatz: Reale, gemessene Geschwindigkeit

   • Latenz: Verzögerung/Reisezeit der Daten

Host, Client & Server

• Host: Jedes Gerät im Netzwerk, das kommuniziert (sendet/empfängt).

• Rolle: Wird durch Software bestimmt.

• Client: FordDert Dienste an.

• Server: Stellt Dienste bereit.

• P2P-Netzwerk

  • Was: Jeder Host ist Client & Server zugleich.

  • Vorteile: Einfach, günstig, unkompliziert.

  • Nachteile: Unsicher, nicht skalierbar, langsam, keine zentrale Verwaltung.

Netzwerkinfrastruktur

• Was: Die Hardware-Plattform des Netzwerks.

• 3 Komponenten:

  1. Endgeräte: PCs, Handys (Deine Geräte).

  2. Zwischengeräte: Router, Switches (Verbinden die Geräte).

  3. Netzwerkmedien: Kabel, Funk (Der Weg der Daten).

Endgeräte

• Funktion: Schnittstelle zwischen Nutzer und Netzwerk.

• Beispiele: Computer, Drucker, Telefone, Kameras, Smartphones.

ISP (Internet Service Provider)

• Job: Verbindet dein Heimnetz mit dem Internet.

• Internet-Backbone: ISPs sind untereinander verbunden und bilden das "Rückgrat" des Internets (meist Glasfaser).

1. Gerät: Meist ein WLAN-Router (Router, Switch & Access Point in einem).

2. Techniken:

   • Häufig: Kabel, DSL.

   • Andere: Mobilfunk (Cellular), Satellit, Einwahl (Dial-up).

• GSM zum Reden

• 3/4/5G für Daten, wobei 4g dominiert

• Dazu auch WLAN zum Verbinden zu LAN’s und Bluethooth für kurze Distanzen und NFC für ganz kurze Strecken

• für WLAN mimimum WPA2

• Bluethooth-Geräte müssen zum verbinden um Entdeckungsmodus sein, oft im Pairing-Prozess wird nach einen PIN gefragt

1. Dein Router ist der Dreh- und Angelpunkt für Internet und alle Geräte (WLAN/Kabel).

2. WLAN (Wi-Fi 802.11) bietet dir flexible, drahtlose Verbindungen über 2.4/5 GHz.

3. Kabel (Ethernet) liefert dir die stabilste und schnellste Verbindung.

4. SSID ist der Name deines WLANs und wichtig für die Verbindung.

5. Sicherheit geht vor: Keine Gerätenamen als SSID nutzen, Zugriff kontrollieren (z.B. Gast-WLAN).

1. Ein Gerät erkennt seine Umgebung nur durch seine eigene Adresse und nutzt Protokolle zur Kommunikation.

2. Standards sind fest definierte Regeln, die eine problemlose Kommunikation zwischen Geräten verschiedener Hersteller ermöglichen.

3. Protokolle arbeiten in Schichten-Modellen (Stacks) wie TCP/IP zusammen, wobei jede Schicht eine spezifische Aufgabe hat.

4. Ein Referenzmodell beschreibt die theoretischen Funktionen der Schichten, um das Netzwerkverständnis zu erleichtern.

5. Alle Priester saufen Tequila nach der Predigt.

   • Alle – Application (Anwendungsschicht)

   • Priester – Presentation (Darstellungsschicht)

   • saufen – Session (Sitzungsschicht)

   • Tequila – Transport (Transportschicht)

   • nach – Network (Netzwerkschicht)

   • der – Data Link (Sicherungsschicht)

   • Predigt – Physical (Bitübertragungsschicht)

1. Netzwerkmedien wie Kupferkabel (Strom), Glasfaser (Licht) und Funk (Wellen) stellen den Kanal zur Datenübertragung bereit.

2. Die gängigsten Kabel sind Twisted-Pair (Ethernet), Koaxialkabel und Glasfaser, welche hohe, störungsfreie Geschwindigkeiten ermöglichen.

3. Die Wahl des Mediums hängt von vier Kriterien ab: Distanz, Umgebung, benötigte Geschwindigkeit und Kosten.

1. Encapsulation verpackt Nachrichten für den Versand in ein anderes Format, was der Empfänger beim Entpacken (De-Encapsulation) umkehrt.

2. Das Ethernet-Protokoll definiert den Aufbau von Datenpaketen (Frames) inklusive der MAC-Adressen für die Kommunikation.

3. Hubs sind veraltet, da sie Datenkollisionen verursachen, und wurden durch intelligente Layer-2-Ethernet-Switches ersetzt.

4. Ein Switch nutzt eine MAC-Adresstabelle, um eine direkte Verbindung nur zum Empfänger aufzubauen und so Kollisionen zu vermeiden.

5. Der Switch baut seine MAC-Adresstabelle dynamisch auf, indem er die Absender-MAC-Adresse jedes eingehenden Pakets lernt.

1. Die IPv4-Adresse ist eine logische und einzigartige Adresse, die einen Host für die lokale und globale Kommunikation identifiziert.

2. Eine hierarchische IPv4-Adresse besteht aus einem Netzwerkteil (wo?) und einem Host-Teil (wer?), die durch die Subnetzmaske getrennt werden.

3. Jedes Datenpaket enthält eine Quell- und Ziel-IPv4-Adresse, damit es korrekt zugestellt und eine Antwort zurückgeschickt werden kann.

4. Router müssen dank der hierarchischen Adressierung nur den Weg zum jeweiligen Netzwerk kennen, nicht den Standort jedes einzelnen Hosts.

1. Adress-Typen: IPv4 nutzt Adressen für Unicast (1:1), Broadcast (1:alle) oder Multicast (1:Gruppe) und hat spezielle Bereiche für private Netze oder Selbst-Tests (Loopback).

2. Verwaltung & Klassen: Während Adressen früher in Klassen (A,B,C) eingeteilt wurden, werden öffentliche IPs heute global von der IANA und regionalen Stellen verwaltet.

3. LAN-Kommunikation: Im lokalen Netz finden sich Geräte per ARP (fragt MAC-Adresse ab) und erhalten ihre IP-Konfiguration meistens per DHCP.

4. Subnetting: Große Netzwerke werden durch Subnetting in kleinere Subnetze unterteilt, um die Performance zu verbessern und Broadcast-Verkehr zu reduzieren.

1. Warum IPv6: IPv6 löst die Adressknappheit von IPv4 mit einem riesigen 128-Bit-Adressraum und wird durch Techniken wie Dual Stack oder Tunneling eingeführt.

2. Adressformat: Die langen Hexadezimal-Adressen werden gekürzt, indem man führende Nullen weglässt und eine Kette aus Null-Blöcken einmalig durch :: ersetzt.

3. Migration: Der Umstieg von IPv4 zu IPv6 wird durch Techniken wie Dual Stack (parallel), Tunneling (verpackt) oder Translation (übersetzt) ermöglicht.

1. Statisch: IP-Adressen, Subnetzmaske und Standard-Gateway werden manuell konfiguriert – mega Kontrolle, aber auch mega aufwendig.

2. Dynamisch (DHCP): Ein DHCP-Server weist IP-Adressen automatisch zu, was den Admin entlastet und Fehler fast eliminiert.

3. DHCP-Flow: Dein Gerät fragt per Broadcast nach einer IP, der Server bietet eine an, du bestätigst, und die Adresse wird zugewiesen.

4. Router-Job: Im Heimnetz ist oft dein WLAN-Router der DHCP-Server, der automatisch IPs an alle deine Geräte verteilt.

1. Standard-Gateway: Jeder Host im Netzwerk braucht die IP-Adresse des Routers als "Default Gateway", um mit anderen Netzwerken zu kommunizieren – entweder fest eingestellt oder per DHCP erhalten.

2. Router-Rolle: Dein WLAN-Router ist DHCP-Server für dein lokales Netzwerk (intern) und DHCP-Client für deinen Internetanbieter (extern), um eine öffentliche IP zu bekommen.

3. Netzwerk-Grenze: Der Router bildet die Grenze zwischen deinem privaten Heimnetz und dem öffentlichen Internet, mit einer öffentlichen IP für sich und privaten IPs für deine Geräte.

4. NAT-Magie: Network Address Translation (NAT) wandelt private IP-Adressen deiner lokalen Geräte in die eine öffentliche IP des Routers um, damit sie ins Internet können.

Ein Gerät im Netzwerk benötigt für die direkte Kommunikation im selben LAN die MAC-Adresse des Ziels und nutzt dafür die bereits bekannte IP-Adresse.

* Ist das Ziel im selben Netzwerk, wird die MAC-Adresse direkt ermittelt; liegt es in einem fremden Netz, wird stattdessen die MAC-Adresse des zuständigen Routers (Default Gateway) verwendet.

* Um eine unbekannte MAC-Adresse im lokalen Netz zu finden, sendet der Host eine allgemeine Broadcast-Anfrage per Address Resolution Protocol (ARP), die alle Geräte im Netzwerk empfangen.

* Das Gerät, dessen IP-Adresse mit der in der Anfrage übereinstimmt, antwortet mit seiner MAC-Adresse, die der Absender dann für zukünftige Nachrichten in einer ARP-Tabelle speichert.

* Router sind die entscheidenden Geräte, die diese getrennten IP-Netzwerke verbinden und im Gegensatz zu Switches ihre Weiterleitungsentscheidungen anhand der logischen IP-Adresse (Layer 3) treffen.

* Ein Router schaut in seine Routing-Tabelle, um den besten Weg für ein Datenpaket zum Zielnetz zu finden, verpackt es in einen neuen Frame und sendet es an das nächste Gerät auf dem Pfad.

* Obwohl die Aufteilung eines Netzwerks die Leistung verbessert, erhöht sie die Komplexität und kann zu Verzögerungen (Latenz) führen, da die Kommunikation zwischen den getrennten Netzen nun immer einen Router benötigt.

1. UDP ist ein schnelles "Best-Effort"-Protokoll ohne Empfangsbestätigung, ideal für Streaming, während TCP durch nummerierte Segmente und Bestätigungen eine zuverlässige, aber langsamere Datenübertragung sicherstellt.

2. Beide Protokolle nutzen Portnummern (1-65.535), damit ein Server weiß, welcher Dienst (z.B. Web, FTP) angefragt wird und um mehrere parallele Gespräche zwischen Geräten auseinanderzuhalten.

3. Ports sind in drei Bereiche unterteilt: Well-Known Ports (bis 1023) für feste Dienste, Registered Ports (bis 49151) für spezielle Apps und Private Ports (ab 49152) als dynamisch vergebene Absender-Ports.

4. Um offene Verbindungen zu überwachen, was besonders im Bereich Cybersecurity mega wichtig ist, kannst du das Kommandozeilen-Tool netstat verwenden, das dir alle aktiven Verbindungen mit ihren Ports und Adressen anzeigt.

1. Grundprinzip & Adressfindung: Im Client-Server-Modell fragt ein Client (z. B. dein Browser) einen Dienst bei einem Server an. Damit dein PC den Server überhaupt findet, übersetzt der DNS-Dienst den Namen (z.B. www.google.de) in die technische IP-Adresse.

2. Web & Sicherer Fernzugriff: Fürs Surfen im Web wird HTTP (Port 80) oder dessen sichere, verschlüsselte Variante HTTPS (Port 443) genutzt. Für den Fernzugriff auf Geräte solltest du immer das sichere SSH verwenden und das veraltete, unsichere Telnet (Port 23) meiden.

3. Datei- & E-Mail-Verkehr: FTP (Port 21 für Steuerung, 20 für Daten) dient zur reinen Dateiübertragung. E-Mails werden mit SMTP (Port 25) versendet und mit POP3 (Port 110, lädt Mails herunter) oder IMAP (Port 143, synchronisiert Mails mit dem Server) empfangen.

4. Echtzeit-Kommunikation: Dienste wie Internettelefonie (VoIP) oder Instant Messaging wandeln Sprache oder Text in digitale Datenpakete um und ermöglichen so eine direkte Kommunikation in Echtzeit, oft über Peer-to-Peer-Verbindungen.

1. ipconfig: Zeigt dir deine komplette IP-Konfiguration an; mit dem Zusatz /all siehst du auch Details wie die MAC-Adresse. Mit /release und /renew kannst du deine IP-Adresse vom DHCP-Server erneuern lassen, was oft schon Verbindungsprobleme löst.

2. ping: Das ist dein Standard-Werkzeug, um die Erreichbarkeit eines anderen Geräts im Netzwerk zu testen. Du schickst eine "Echo-Anfrage" los und wenn eine "Echo-Antwort" zurückkommt, weißt du, dass die Verbindung prinzipiell steht.