# nw2 - Zusammenfassung ## 1. Grundlagen der Netzwerkkommunikation Ein Netzwerk ist ein Zusammenschluss verschiedener IT-Systeme zum Zweck des Datenaustausches. ### Grundlegende Komponenten * **Endsysteme (Hosts):** Start- und Endpunkte der Datenübertragung (PCs, Server, Smartphones). * **Kopplungselemente:** Verbinden Netzabschnitte oder ganze Netze (Hubs, Switche, Router). * **Übertragungsmedien:** Kabel (Kupfer, Glasfaser) oder Funkwellen (WLAN). ### Kommunikationsarten 1. **Unicast (Punkt-zu-Punkt):** Gezielte Verbindung zwischen einem Sender und einem Empfänger. 2. **Multicast (Punkt-zu-Mehrpunkt):** Nachricht an eine bestimmte Gruppe von Teilnehmern. 3. **Broadcast (Punkt-zu-Mehrpunkt):** Nachricht an alle Teilnehmer in einem Netzsegment. --- ## 2. Netzwerktopologien und Klassifizierung Man unterscheidet zwischen der **physikalischen Topologie** (tatsächliche Verkabelung) und der **logischen Topologie** (tatsächlicher Datenfluss). ### Topologien im Überblick * **Bus-Topologie:** Alle Teilnehmer hängen an einem Hauptkabel. Günstig, aber bei Kabelbruch fällt das gesamte Netz aus. * **Stern-Topologie:** Alle Teilnehmer sind mit einem zentralen Switch verbunden. Höchste Flexibilität; fällt ein Kabel aus, betrifft es nur einen Teilnehmer. * **Ring-Topologie:** Daten wandern von Rechner zu Rechner. Ausfall eines Geräts kann den Ring unterbrechen. * **Vermaschtes Netz (Mesh):** Jeder mit jedem (vollvermascht) oder teils vermascht. Höchste Ausfallsicherheit, aber teuer in der Verkabelung. ### Entfernungsklassen * **PAN (Personal Area Network):** Bluetooth, ca. 1-10 m. * **LAN (Local Area Network):** Gebäude/Campus, 10 m bis ca. 1 km. * **MAN (Metropolitan Area Network):** Stadtnetz, bis 100 km. * **WAN (Wide Area Network):** Länder/Kontinente. * **GAN (Global Area Network):** Weltweit (Internet). --- ## 3. Das OSI-Referenzmodell Das OSI-Modell (Open Systems Interconnection) dient der Standardisierung der Kommunikation über sieben Schichten. ### Visuelle Darstellung | Schicht | Ebene | Funktion | PDU (Einheit) | Hardware / Beispiel | | :------ | :------------- | :----------------------------- | :------------ | :--------------------------- | | **7** | Anwendung | Schnittstelle für Software | Daten | HTTP, FTP, Browser | | **6** | Darstellung | Datenformate, Kompression | Daten | JPEG, ASCII, Verschlüsselung | | **5** | Sitzung | Dialogsteuerung, Checkpoints | Daten | RPC, NetBIOS | | **4** | Transport | End-zu-End Fehlersicherung | Segmente | TCP, UDP | | **3** | Vermittlung | Routing, logische Adressierung | Pakete | Router, IP, ICMP | | **2** | Sicherung | Physische Adressierung (MAC) | Frames | Switch, Ethernet | | **1** | Bitübertragung | Physikalische Signale, Kabel | Bits | Hub, Repeater, Kabel | **Datenkapselung:** Beim Senden wird eine **SDU** (Service Data Unit) von der höheren Schicht übernommen und durch Hinzufügen eines Protokoll-Headers zur **PDU** (Protocol Data Unit) der aktuellen Schicht. Beim Empfänger findet der umgekehrte Prozess statt (**Decapsulation**). --- ## 4. Layer 1 – Übertragungsmedien (Physical Layer) Diese Schicht legt mechanische und elektrische Eigenschaften fest. * **Kupferkabel (Twisted-Pair):** * Nutzt Differenzsignale auf verdrillten Adernpaaren, um elektromagnetische Störungen zu neutralisieren. * Wellenwiderstand in der Netzwerktechnik meist 50 Ohm (im Vergleich zu 75 Ohm bei TV-Kabeln). * **Lichtwellenleiter (LWL):** * **Singlemode (OS1/OS2):** Kern ca. 9 µm. Nutzt Laser. Sehr hohe Reichweite (bis 10 km+) und Bandbreite, da kaum Signalstreuung (Modendispersion). * **Multimode (OM1-OM5):** Kern 50 oder 62,5 µm. Nutzt LED/VCSEL. Günstiger, aber auf kürzere Distanzen begrenzt (bis ca. 550 m), da die Lichtstrahlen unterschiedlich reflektiert werden. --- ## 5. Layer 2 – Sicherungsschicht (Data Link Layer) Hier geht es um den fehlerfreien Transport innerhalb eines Netzsegments. ### Ethernet & Switching * **MAC-Adresse:** 48 Bit lange, eindeutige Hardwareadresse (z. B. `00-80-41-ae-fd-7e`). * **Switching-Methoden:** 1. **Store-and-forward:** Der Frame wird komplett eingelesen, auf Fehler (CRC) geprüft und dann weitergeleitet (Sicher, aber langsamer). 2. **Cut-through:** Weiterleitung beginnt, sobald die Ziel-MAC gelesen wurde (Schnell, leitet aber auch defekte Frames weiter). ### Spanning Tree Protocol (STP - 802.1D) Verhindert redundante Schleifen in Netzen, die zu "Broadcast-Stürmen" führen würden. 1. **Wahl der Root-Bridge:** Switch mit der niedrigsten Bridge ID (Priorität + MAC) wird Chef. 2. **Pfadauswahl:** Redundante Wege werden logisch in den Zustand "Blocking" versetzt. ### VLANs (802.1Q) Ermöglichen die logische Trennung von Netzen auf demselben physikalischen Switch. * **Statische VLANs:** Port-basiert. * **Dynamische VLANs:** Zuordnung basierend auf der MAC-Adresse des Endgeräts. --- ## 6. WLAN (Wireless LAN - 802.11) WLAN ist ein "Shared Medium" – alle Geräte teilen sich die Funkfrequenz. * **Frequenzen:** * 2,4 GHz (Gute Reichweite, aber überlaufen durch Bluetooth/Mikrowellen). * 5 GHz (Höhere Datenraten, weniger Reichweite). * **Prozess beim Verbindungsaufbau:** 1. **Scanning/Probing:** Suchen nach verfügbaren Netzen (SSID). 2. **Authentifizierung:** Prüfung der Zugriffsberechtigung. 3. **Assoziation:** Der Client meldet sich am Access Point an und bekommt eine Port-ID (ähnlich wie beim Switch). --- ## 7. Layer 3 – Vermittlungsschicht (IPv4 Adressierung) Layer 3 verbindet unterschiedliche Netzwerke durch Routing. ### IPv4-Adressstruktur Eine Adresse hat 32 Bit (4 Oktette à 8 Bit). * **Klasse A:** 1 – 126 (Große Netze) * **Klasse B:** 128 – 191 (Mittlere Netze) * **Klasse C:** 192 – 223 (Kleine Netze) * **Klasse D:** 224 – 239 (Multicast) * **Klasse E:** 240 – 255 (Forschung/Reserviert) **Spezialfall:** `127.0.0.1` ist die Loopback-Adresse (Localhost), um die eigene Netzwerkkarte zu testen. ### Binäre Umrechnung (Wichtig!) Computer denken in Binärzahlen. Ein Oktett hat die Wertigkeiten: `128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1` **Beispiel Umrechnung der Zahl 144:** 1. Passt 128 in 144? **JA** (Bit = 1), Rest 16. 2. Passt 64 in 16? **NEIN** (Bit = 0). 3. Passt 32 in 16? **NEIN** (Bit = 0). 4. Passt 16 in 16? **JA** (Bit = 1), Rest 0. 5. Alle weiteren (8, 4, 2, 1) sind **0**. **Binärergebnis: 10010000** --- ## 8. TCP/IP-Referenzmodell Im Gegensatz zum OSI-Modell hat das praxisnahe TCP/IP-Modell meist nur 4 Schichten: 1. **Application:** (OSI 5-7) – HTTP, DNS, SMTP. 2. **Transport:** (OSI 4) – TCP (verbindungsorientiert) und UDP (verbindungslos). 3. **Internet:** (OSI 3) – IPv4, IPv6, ICMP. 4. **Network Access:** (OSI 1-2) – Ethernet, WLAN, ARP. ## 9. Definitionen ### MAC-Adresse (Media Access Control) Die MAC-Adresse ist die **physische Identität** deines Geräts. Sie wird vom Hersteller direkt in den Netzwerkchip (z. B. WLAN-Modul oder Ethernet-Karte) "eingebrannt". - **Eigenschaft:** Weltweit einzigartig und (normalerweise) unveränderlich. - **Vergleich:** Wie die **Fahrgestellnummer** eines Autos. Egal wo das Auto hinfährt, die Nummer bleibt gleich. - **Format:** Besteht meist aus sechs Paaren von Hexadezimalzahlen, z. B. `00:1A:2B:3C:4D:5E`. ### IP-Adresse (Internet Protocol) Die IP-Adresse ist die **logische Anschrift** deines Geräts in einem Netzwerk. Sie wird dir zugewiesen, damit Datenpakete wissen, wohin sie geliefert werden müssen. - **Eigenschaft:** Veränderlich. Sie hängt davon ab, mit welchem Netzwerk du gerade verbunden bist. - **Vergleich:** Wie eine **Postanschrift**. Wenn du umziehst (oder dich in ein anderes WLAN einwählst), ändert sich deine Adresse, damit die Post dich finden kann. - **Formate:** - **IPv4:** Vier Zahlenblöcke (z. B. `192.168.178.1`). - **IPv6:** Ein längeres Format für mehr verfügbare Adressen (z. B. `2001:0db8:85a3...`). #### Der entscheidende Unterschied |**Merkmal**|**MAC-Adresse**|**IP-Adresse**| |---|---|---| |**Was ist es?**|Hardware-Identität|Netzwerk-Standort| |**Wer vergibt sie?**|Der Hersteller|Der Router / Provider| |**Sichtbarkeit**|Lokal im eigenen Netzwerk|Weltweit (bei öffentlichen IPs)|