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Netzwerke/zusammenfassungen/nw1 - zusammenfassung.md

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+# IT2222 – Netzwerktechnik
+**Dozentin:** Gabriele Schrenk | HWR Berlin | 17. & 19.02.2026
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+## 1. Netzwerkgrundlagen
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+Ein **Netzwerk** ist ein Verbund zur Datenkommunikation, der den Datenaustausch zwischen Knoten (Stationen) ermöglicht.
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+## 2. Netzwerk-Komponenten
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+| Komponente | Funktion |
+|---|---|
+| **Repeater** | Verstärkt und überträgt Signale zwischen zwei Netzsegmenten |
+| **Hub** | Verbindet mehrere Geräte (physikalischer Ring, virtueller Bus) – **veraltet** |
+| **Bridge** | Verbindet zwei Netzwerke – **veraltet** |
+| **Switch** | Verbindet mehrere Netzsegmente kollisionsfrei |
+| **Router** | Verbindet mehrere Netze miteinander |
+| **Gateway** | Wandelt Protokolle um |
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+## 3. Adressierungsarten
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+- **Unicast** – Adressierung an genau einen Empfänger; bidirektionale Kommunikation; Punkt-zu-Punkt
+- **Broadcast** – Sendet an alle Systeme eines Netzabschnitts; Punkt-zu-Mehrpunkt
+- **Multicast** – Sendet an eine definierte Gruppe mit verschiedenen Adressen; unidirektional, Punkt-zu-Mehrpunkt
+- **Anycast** – Eine einzelne IP-Adresse wird von mehreren Servern geteilt; unidirektional, Punkt-zu-Punkt (nächster verfügbarer Server antwortet)
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+## 4. Netzwerk-Topologien
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+### Physikalische vs. Logische Topologie
+- **Physikalisch:** Wie Geräte physisch über ein Medium verbunden sind
+- **Logisch:** Wie Komponenten miteinander kommunizieren
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+### 4.1 Bus-Topologie
+- Einsatz: industrielles Umfeld (z. B. Automotive)
+- Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung; Abschlusswiderstand an Kabelenden erforderlich
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+**Vorteile:** Knotenausfall beeinflusst das Netz nicht · geringe Kosten · einfache Verkabelung · keine aktiven Netzkomponenten
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+**Nachteile:** Leicht abhörbar (Verschlüsselung nötig) · defektes Kabel blockiert den gesamten Netzstrang · Datenstau möglich
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+### 4.2 Stern-Topologie
+- Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit zentralem Knoten (Switch/Hub)
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+**Vorteile:** Knotenausfall beeinflusst das Netz nicht · hohe Übertragungsraten (mit Switch) · leicht erweiterbar · leicht verständlich
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+**Nachteile:** Ausfall des zentralen Verteilers legt das gesamte Netz lahm · niedrige Übertragungsraten wenn Hub statt Switch verwendet wird
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+### 4.3 Baum-Topologie
+- Punkt-zu-Punkt-Verbindung, hierarchisch gegliedert (Wurzel → Äste → Blätter)
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+**Vorteile:** Knotenausfall beeinflusst das Netz nicht · strukturell erweiterbar · große Entfernungen realisierbar
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+**Nachteile:** Ausfall eines Verteilers legt den gesamten „Ast" lahm · Engpässe an der Wurzel · Latenzprobleme
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+### 4.4 Leaf-Spine-Architektur (Data Center)
+- Modernes Rechenzentrum-Design mit zwei Ebenen: Spine-Switches (Kern) und Leaf-Switches (Zugang)
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+**Vorteile:** Sehr leistungsfähig · hohe Skalierbarkeit · komplett redundant
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+**Nachteile:** Hoher Verkabelungsaufwand · hohe Anzahl an Switches · komplexe Auslastungsberechnung bei mehreren Herstellern
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+### 4.5 Maschen-Topologie (Mesh)
+- Jeder Knoten hat mindestens einen Link zu anderen Knoten; vollvermaschtes Netz ermöglicht Umleitung bei Knotenausfall
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+**Vorteile:** Sehr sicher · sehr leistungsfähig · keine Streckenführung nötig (vollvermascht)
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+**Nachteile:** Hoher Verkabelungsaufwand · hoher Energieverbrauch · komplexe Streckenführung (teilvermascht)
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+### 4.6 Zell-Topologie (z. B. WLAN)
+- Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung; drahtloses Netz
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+**Vorteile:** Knotenausfall beeinflusst das Netz nicht · kabellos
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+**Nachteile:** Unsicher (Verschlüsselung erforderlich) · störanfällig · begrenzte Reichweite
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+## 5. Layer 2 – Data Link Layer (Sicherungsschicht)
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+### 5.1 Funktionsweise eines Switches
+Ein Switch nutzt einen internen Speicher (Memory/CAM-Tabelle), um Datenpakete gezielt weiterzuleiten – ähnlich einem Kreisverkehr, der Fahrzeuge in die richtige Richtung schickt.
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+### 5.2 Switch-Funktionalität
+- **Lernen:** Pflegt eine Adresstabelle pro Interface; merkt sich MAC-Quelladressen
+- **Unicast:** Weiterleitung an das Interface, dessen Zieladresse in der Tabelle steht
+- **Broadcast:** Weiterleitung an alle Interfaces
+- **Flooding:** Weiterleitung an alle Interfaces, wenn die Zieladresse noch nicht in der Tabelle ist
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+### 5.3 Ethernet-Rahmenformat
+Ein Ethernet-Frame besteht aus folgenden Feldern:
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+| Feld | Größe | Bedeutung |
+|---|---|---|
+| Preamble | 8 Byte | Bitmaske (010101...) zur Synchronisierung |
+| Destination Address | 6 Byte | Ziel-MAC-Adresse |
+| Source Address | 6 Byte | Quell-MAC-Adresse |
+| Type/Length | 2 Byte | DIX Typfeld oder IEEE 802.2 Länge |
+| DATA | 46–1500 Byte | Nutzdaten |
+| CRC | 4 Byte | 32-Bit-Prüfsumme über Header und Daten |
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+### 5.4 Ethernet-Adressierung (MAC-Adresse)
+- Jedes Ethernet-Interface hat eine **eindeutige 48-Bit-Adresse** (MAC-Adresse)
+- Darstellung: hexadezimal, z. B. `00:80:48:E8:71:47`
+- Aufbau: **OUI** (Organizationally Unique Identifier, 24 Bit, vom Hersteller) + **OUI-owner assigned number** (24 Bit, Gerätenummer)
+- **Broadcast-Adresse:** `FF:FF:FF:FF:FF:FF` → jedes Interface verarbeitet diesen Frame
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+## 6. IP-Adressierung (Layer 3)
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+- IP-Adressen sind **32 Bit** lang (4 Byte)
+- Darstellung: punktgetrennte Dezimalzahlen (z. B. `131.108.122.204`)
+- Bestehen aus **Netzanteil** und **Hostanteil**
+- Ergänzt durch symbolische Namen (DNS)
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+**Beispiel:**
+```
+Binär:  10000011 01101100 01111010 11001100
+Dezimal:  131   .  108   .  122   .  204
+```
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+## 7. ARP – Address Resolution Protocol
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+- Verbindet **Layer-2-Adressen (MAC)** mit **Layer-3-Adressen (IP)**
+- Wird für IP-Adressen im **gleichen Subnetz** per Broadcast verwendet
+- Für IP-Adressen in **anderen Subnetzen** wird die MAC-Adresse des Gateways verwendet
+
+### ARP-Ablauf
+1. **ARP-Request** (Broadcast): „Welche MAC-Adresse hat IP 172.16.3.2?"
+2. Zielhost erkennt seine IP-Adresse und antwortet
+3. **ARP-Reply** (Unicast): „Meine MAC-Adresse ist 0800.0020.1111"
+4. Sender trägt die Zuordnung in seine **ARP-Tabelle** ein
+
+### Sicherheitshinweis
+- ARP-Antworten werden **nicht überprüft** → Angriff durch **ARP-Spoofing** möglich!
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+### Vollständiges Paket benötigt 4 Adressen:
+- Quell-MAC-Adresse
+- Ziel-MAC-Adresse
+- Quell-IP-Adresse
+- Ziel-IP-Adresse
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+## 8. ICMP – Internet Control Message Protocol
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+- **Zweck:** Informiert über Fehlerzustände im Netz und liefert rudimentäre Statusinformationen
+- ICMP ist ein **Kontrollprotokoll**, nicht für Datentransport gedacht
+- Bei Verlust von ICMP-Paketen erfolgt **kein automatischer Neuversand**
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+### Beispiele für ICMP-Einsatz
+- Datagramm erreicht sein Ziel nicht
+- Router kann ein Paket nicht weiterleiten
+- Router kennt einen kürzeren Weg (Redirect)
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+### ICMPv4 (RFC 792)
+- Layer-3-Protokoll; verbindungslos
+- Verwendet IP für die Kommunikation
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+**ICMP-Header (32 Bit):**
+| Feld | Größe |
+|---|---|
+| Typ-Feld | 8 Bit |
+| Code-Feld | 8 Bit |
+| Checksumme | 16 Bit |
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+### ICMP Echo Request / Reply (Ping)
+- **Sender** schickt einen ICMP Echo-Request
+- **Empfänger** sendet die Daten identisch zurück (Echo-Reply)
+- Einfachste Methode zur **Verbindungsprüfung**
+- Im Fehlerfall werden ICMP-Fehlerpakete gesendet
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+### ICMP Timestamp
+- Dient der **Laufzeitprüfung** zwischen zwei Systemen
+- Sender überträgt die Absendezeit in Millisekunden nach Mitternacht
+- Empfänger trägt Empfangszeit und Absendezeit für den Rückweg ein (eliminiert interne Verarbeitungsverzögerung)
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+## Schnellreferenz: Schlüsselbegriffe
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+| Begriff | Bedeutung |
+|---|---|
+| MAC-Adresse | Eindeutige 48-Bit-Hardware-Adresse (Layer 2) |
+| IP-Adresse | 32-Bit-logische Adresse (Layer 3) |
+| ARP | Auflösung von IP → MAC im lokalen Netz |
+| ICMP | Kontrollprotokoll für Fehler und Diagnosemeldungen |
+| Switch | Layer-2-Gerät zur kollisionsfreien Segmentierung |
+| Router | Layer-3-Gerät zur Verbindung verschiedener Netze |
+| Broadcast | Nachricht an alle Teilnehmer im Netzabschnitt |
+| Flooding | Switch leitet weiter, wenn Ziel-MAC unbekannt |
+| OUI | Herstellerkennung in der MAC-Adresse |
+| CRC | Prüfsumme zur Fehlererkennung im Ethernet-Frame |
+| TTL | Time to Live – begrenzt Lebensdauer von IP-Paketen |