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# IT2222 – Netzwerktechnik
**Dozentin:** Gabriele Schrenk | HWR Berlin | 17. & 19.02.2026

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## 1. Netzwerkgrundlagen

Ein **Netzwerk** ist ein Verbund zur Datenkommunikation, der den Datenaustausch zwischen Knoten (Stationen) ermöglicht.

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## 2. Netzwerk-Komponenten

| 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

- **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

### Physikalische vs. Logische Topologie
- **Physikalisch:** Wie Geräte physisch über ein Medium verbunden sind
- **Logisch:** Wie Komponenten miteinander kommunizieren

### 4.1 Bus-Topologie
- Einsatz: industrielles Umfeld (z. B. Automotive)
- Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung; Abschlusswiderstand an Kabelenden erforderlich

**Vorteile:** Knotenausfall beeinflusst das Netz nicht · geringe Kosten · einfache Verkabelung · keine aktiven Netzkomponenten

**Nachteile:** Leicht abhörbar (Verschlüsselung nötig) · defektes Kabel blockiert den gesamten Netzstrang · Datenstau möglich

### 4.2 Stern-Topologie
- Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit zentralem Knoten (Switch/Hub)

**Vorteile:** Knotenausfall beeinflusst das Netz nicht · hohe Übertragungsraten (mit Switch) · leicht erweiterbar · leicht verständlich

**Nachteile:** Ausfall des zentralen Verteilers legt das gesamte Netz lahm · niedrige Übertragungsraten wenn Hub statt Switch verwendet wird

### 4.3 Baum-Topologie
- Punkt-zu-Punkt-Verbindung, hierarchisch gegliedert (Wurzel → Äste → Blätter)

**Vorteile:** Knotenausfall beeinflusst das Netz nicht · strukturell erweiterbar · große Entfernungen realisierbar

**Nachteile:** Ausfall eines Verteilers legt den gesamten „Ast" lahm · Engpässe an der Wurzel · Latenzprobleme

### 4.4 Leaf-Spine-Architektur (Data Center)
- Modernes Rechenzentrum-Design mit zwei Ebenen: Spine-Switches (Kern) und Leaf-Switches (Zugang)

**Vorteile:** Sehr leistungsfähig · hohe Skalierbarkeit · komplett redundant

**Nachteile:** Hoher Verkabelungsaufwand · hohe Anzahl an Switches · komplexe Auslastungsberechnung bei mehreren Herstellern

### 4.5 Maschen-Topologie (Mesh)
- Jeder Knoten hat mindestens einen Link zu anderen Knoten; vollvermaschtes Netz ermöglicht Umleitung bei Knotenausfall

**Vorteile:** Sehr sicher · sehr leistungsfähig · keine Streckenführung nötig (vollvermascht)

**Nachteile:** Hoher Verkabelungsaufwand · hoher Energieverbrauch · komplexe Streckenführung (teilvermascht)

### 4.6 Zell-Topologie (z. B. WLAN)
- Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung; drahtloses Netz

**Vorteile:** Knotenausfall beeinflusst das Netz nicht · kabellos

**Nachteile:** Unsicher (Verschlüsselung erforderlich) · störanfällig · begrenzte Reichweite

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## 5. Layer 2 – Data Link Layer (Sicherungsschicht)

### 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.

### 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

### 5.3 Ethernet-Rahmenformat
Ein Ethernet-Frame besteht aus folgenden Feldern:

| 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 |

### 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)

- 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)

**Beispiel:**
```
Binär:  10000011 01101100 01111010 11001100
Dezimal:  131   .  108   .  122   .  204
```

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## 7. ARP – Address Resolution Protocol

- 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!

### 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

- **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**

### Beispiele für ICMP-Einsatz
- Datagramm erreicht sein Ziel nicht
- Router kann ein Paket nicht weiterleiten
- Router kennt einen kürzeren Weg (Redirect)

### ICMPv4 (RFC 792)
- Layer-3-Protokoll; verbindungslos
- Verwendet IP für die Kommunikation

**ICMP-Header (32 Bit):**
| Feld | Größe |
|---|---|
| Typ-Feld | 8 Bit |
| Code-Feld | 8 Bit |
| Checksumme | 16 Bit |

### 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

### 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

| 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 |