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