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IT2221 – Netzwerktechnik: Vorlesung 4

Dozentin: Gabriele Schrenk | Datum: 13.03.2026 | Hochschule: HWR Berlin (EANTC)

Inhaltsübersicht

  1. OSPF Areas & Route Summarization
  2. Zusammenfassen von Routen (IPv4)
  3. IPv6 – Grundlagen & Motivation
  4. IPv6-Header
  5. IPv6-Adressierung
  6. IPv6-Adresstypen
  7. ICMPv6 & Neighbor Discovery
  8. Migration von IPv4 zu IPv6
  9. Layer 7 – DHCP
  10. Weitverkehrsnetze (WAN)
  11. PPPoE & DSL

1. OSPF Areas & Route Summarization

OSPF Areas

OSPF (Open Shortest Path First) nutzt Areas, um große Netzwerke hierarchisch zu strukturieren.

  • Areas verbergen Topologien vor anderen Areas → reduziert Overhead
  • Kleinere LSDBs (Link-State Databases) → weniger Belastung auf den Routern
  • Jede Area hat eine eigene Topologie-Datenbank; nur zusammengefasste Routen werden über Area-Grenzen hinweg ausgetauscht

Wichtige Router-Rollen:

Router-Typ Abkürzung Funktion
Area Border Router ABR Vermittelt zwischen verschiedenen OSPF Areas. Gehört zu mindestens zwei Areas (eine davon ist immer Area 0 / Backbone).
Autonomous System Border Router ASBR Empfängt Routing-Informationen aus anderen Routing-Protokollen (z. B. BGP, RIP) und leitet sie ins OSPF-Netz ein.

Die Backbone Area (Area 0, 0.0.0.0) ist das Zentrum: Alle anderen Areas müssen direkt oder über virtuelle Links mit ihr verbunden sein.

ABR/ASBR Route Summarization

ABR und ASBR können Netzwerkadressen und deren Kosten zusammenfassen (Route Summarization / Route Aggregation).

Vorteile der Zusammenfassung:

  • Möglichst wenige Routen in der Routing-Tabelle
  • Spart Ressourcen (CPU, RAM) auf Routern ein
  • Schnellere Konvergenz – Änderungen in einem Subnetz führen nicht zu Updates in der gesamten Routing-Tabelle
  • Verbergen von Netzdetails – interne Topologie bleibt hinter der Zusammenfassung versteckt
  • Unempfindlichkeit gegen Zustandsänderungen einzelner Routen

Zwei Arten der Zusammenfassung:

  1. Inter-area route summarization – Zusammenlegen von Netzwerkadressen, die innerhalb eines Autonomous Systems (AS) liegen. Wird auf ABRs konfiguriert.
  2. External route summarization – Netzwerkadressen, die von außen in ein AS integriert wurden (z. B. über Redistribution), werden zusammengelegt. Wird auf ASBRs konfiguriert.

2. Zusammenfassen von Routen (IPv4)

Algorithmus

  1. Netze in Binärdarstellung umwandeln
  2. Anzahl der identischen Bits (von links nach rechts) bestimmen → das wird die neue Präfixlänge
  3. Prüfen, ob nur die gewünschten Netze in der Zusammenfassung enthalten sind
  4. Falls ungewünschte Netze mit eingeschlossen würden → weitere Bits hinzufügen, bis nur die gewünschten Netze abgedeckt sind
  5. Restliche Netze separat behandeln und den Prozess von vorne beginnen

Wichtig: Die zusammengefassten Netze müssen logisch zum gleichen Next Hop / gleichen Interface führen!

Beispiel 1: Einfache Zusammenfassung

Gegeben: 172.16.0.0/24 bis 172.16.3.0/24

172.16.0.0:  1010 1100.0001 0000.0000 00|00.0000 0000
172.16.1.0:  1010 1100.0001 0000.0000 00|01.0000 0000
172.16.2.0:  1010 1100.0001 0000.0000 00|10.0000 0000
172.16.3.0:  1010 1100.0001 0000.0000 00|11.0000 0000
                                        ↑
                              Erste 22 Bits identisch

Ergebnis: 172.16.0.0/22 – Die ersten 22 Bits sind bei allen vier Netzen gleich, die letzten 2 Bits im dritten Oktett variieren (00, 01, 10, 11 = genau 4 Netze).

Beispiel 2: Nicht-triviale Zusammenfassung

Gegeben: 192.168.0.0/24 bis 192.168.9.0/24

Hier ist eine einzelne Zusammenfassung nicht möglich, ohne ungewünschte Netze (192.168.10.0 bis 192.168.15.0) einzuschließen.

192.168.0.0:  ...0000 0|000.0000 0000   ─┐
  ...                                      ├─ Erste 21 Bits identisch
192.168.7.0:  ...0000 0|111.0000 0000   ─┘
  → Zusammenfassung: 192.168.0.0/21

192.168.8.0:  ...0000 100|0.0000 0000   ─┐
192.168.9.0:  ...0000 100|1.0000 0000   ─┘ Erste 23 Bits identisch
  → Zusammenfassung: 192.168.8.0/23

Ergebnis: Zwei Zusammenfassungen nötig:

  • 192.168.0.0/21 (deckt .0 bis .7 ab)
  • 192.168.8.0/23 (deckt .8 und .9 ab)

Beispielaufgabe aus der Vorlesung

Gegeben:

  • 192.168.160.0/24
  • 192.168.161.0/24
  • 192.168.162.0/23
  • 192.168.164.0/22

Lösung:

192.168.160.0:  ...1010 0|000.0000 0000
192.168.161.0:  ...1010 0|001.0000 0000
192.168.162.0:  ...1010 0|010.0000 0000
192.168.164.0:  ...1010 0|100.0000 0000

Alle Netze liegen im Bereich 160–167 (drittes Oktett Bits: 1010 0xxx). Die ersten 21 Bits sind identisch.

Ergebnis: 192.168.160.0/21

Gruppenaufgabe

Gegeben:

  • 172.30.31.0/24
  • 172.30.32.0/24
  • 172.30.33.0/24
  • 172.30.34.0/23
  • 172.30.36.0/23
  • 172.30.38.0/24

Lösung (Schritt für Schritt):

172.30.31.0 hat das dritte Oktett 0001 1111 – das passt nicht in eine Gruppe mit den anderen (die alle 0010 xxxx haben), weil eine Zusammenfassung zu viele ungewünschte Netze einschließen würde.

172.30.31.0:  ...0001 1111.0000 0000  → Einzeln: 172.30.31.0/24

172.30.32.0:  ...0010 00|00.0000 0000 ─┐
172.30.33.0:  ...0010 00|01.0000 0000  ├─ 22 Bits identisch
172.30.34.0:  ...0010 00|10.0000 0000 ─┘
  → Zusammenfassung: 172.30.32.0/22

172.30.36.0:  ...0010 01|00.0000 0000 → 172.30.36.0/23
172.30.38.0:  ...0010 01|10.0000 0000 → 172.30.38.0/24

Ergebnis: 4 Zusammenfassungen:

  • 172.30.31.0/24
  • 172.30.32.0/22
  • 172.30.36.0/23
  • 172.30.38.0/24

Hilfstabelle: Bit-Wertigkeiten im Oktett

2⁷ 2⁶ 2⁵ 2⁴ 2³ 2² 2¹ 2⁰
128 64 32 16 8 4 2 1

3. IPv6 – Grundlagen & Motivation

Warum IPv6?

  • IPv4-Adressraum zu klein: 2³² = ca. 4,3 Milliarden Adressen – bei über 8 Milliarden Menschen und einem Vielfachen an Geräten nicht ausreichend
  • IPv4-Adressen ungleich verteilt auf der Welt (historisch bedingte Vergabe)
  • IPv6-Adressraum: 2¹²⁸ = ca. 3,4 × 10³⁸ Adressen – praktisch unerschöpflich

Merkmale von IPv6

  • Spezifiziert im Dezember 1995 von der IETF in RFC 1883 (aktuell RFC 8200)
  • Weiterentwicklung von IPv4 mit folgenden Verbesserungen:
    • Vereinfachtes Protokollformat (keine Header-Checksumme mehr)
    • Dienstgüte (QoS) – Flow Label im Header
    • Sicherheitsmechanismen – IPSec war ursprünglich verpflichtend
    • Erweitertes Routing – Extension Headers statt fester Felder
  • Koexistenz: IPv6 existiert parallel mit IPv4 (Dual Stack)
  • 128-Bit-Adressen ermöglichen:
    • Größeren Adressraum
    • Bildung mehrerer Hierarchiestufen
    • Verschiedene Adresstypen (Unicast, Multicast, Anycast)
    • Neue Diensteadressierung
  • DNS bleibt gültig (AAAA-Records für IPv6)
  • Autokonfiguration der Endgeräte (SLAAC)

Eigenschaften des IPv6-Headers

  • Stark vereinfachter Protokollkopf – keine Checksumme mehr (Prüfung wird von Layer 2 und 4 übernommen)
  • Enthält nur grundlegende Informationen zur Weiterleitung
  • Feste Headerlänge von 40 Byte (nicht 48 wie auf der Folie angegeben – die 48 Byte schließen möglicherweise Padding ein) ermöglicht schnelles Routing
  • Trotz vierfacher Adresslänge (16 Byte statt 4 Byte) nur doppelte Headerlänge gegenüber IPv4 (20 Byte)
  • Verschlüsselung möglich (IPSec)
  • Quality of Service über Traffic Class und Flow Label
  • Aktuell (2024): ca. 30–60% der Netze weltweit auf IPv6 migriert

4. IPv6-Header

Aufbau des Basis-Headers (40 Byte fest)

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version| Traffic Class |           Flow Label                  |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|         Payload Length        |  Next Header  |   Hop Limit   |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                                                               |
+                         Source Address (128 Bit)              +
|                                                               |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                                                               |
+                      Destination Address (128 Bit)            +
|                                                               |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Feld Bits Beschreibung
Version 4 Immer 6 für IPv6
Traffic Class 8 Enthält DSCP (Differentiated Services Code Point) und ECN (Explicit Congestion Notification) für QoS
Flow Label 20 Identifiziert einen Datenfluss (z. B. eine TCP-Verbindung oder einen Stream). Ermöglicht Routing-Entscheidungen nur anhand des Flow Labels.
Payload Length 16 Länge des Rests des Pakets nach dem Header in Byte
Next Header 8 Gibt an, welches Protokoll bzw. welcher Extension Header als nächstes folgt (z. B. 6 = TCP, 17 = UDP, 43 = Routing Header)
Hop Limit 8 Entspricht der TTL aus IPv4 – wird bei jedem Router um 1 heruntergezählt, Paket wird bei Wert 0 verworfen
Source Address 128 Quelladresse
Destination Address 128 Zieladresse

Extension Headers (Erweiterungsköpfe)

IPv6 verwendet eine verkettete Liste von Headern statt fester Felder. Jeder Extension Header enthält ein „Next Header"-Feld, das auf den nächsten Header zeigt.

Extension Header Next Header Wert Beschreibung
Hop-by-Hop Options 0 Optionen, die von jedem Gerät auf dem Pfad geprüft werden
Routing 43 Routenvorgabe (z. B. SRv6 Segment Routing Header, Typ 4)
Fragment 44 Parameter für Fragmentierung (nur beim Sender, nicht auf dem Pfad!)
Authentication Header (AH) 51 Authentizität und Integrität des Pakets
ESP (Encapsulating Security Payload) 50 Verschlüsselte Datenübertragung
Destination Options 60 Optionen, die nur vom Ziel geprüft werden
Mobility 135 Mobile IPv6
Host Identity Protocol 139 HIPv2
Shim6 Protocol 140 Multihoming

Beispiel der Verkettung:

  • IPv6 Header (Next Header = 43) → Routing Header (Next Header = 60) → Destination Options (Next Header = 6) → TCP Header → Payload

IPv6 im Ethernet-Frame

  • IPv6 nutzt den Ethernet Protocol ID (EtherType): 0x86DD
  • IPv4 nutzt den Ethernet Protocol ID (EtherType): 0x0800
| Dest MAC | Source MAC | 0x86DD | IPv6 Header and Payload |
| Dest MAC | Source MAC | 0x0800 | IPv4 Header and Payload |

5. IPv6-Adressierung

Darstellungsregeln

IPv6-Adressen sind 128 Bit lang und werden in hexadezimaler Notation dargestellt:

  • 8 Blöcke à 4 Hex-Zeichen (= 16 Bit pro Block)
  • Blöcke getrennt durch Doppelpunkt :
  • Führende Nullen innerhalb eines Blocks dürfen weggelassen werden
  • Aufeinanderfolgende Nullblöcke können durch :: zusammengefasst werden (maximal 1× pro Adresse!)

Beispiel:

Vollständig:  2001:0000:0001:0002:0000:0000:0000:ABCD
Gekürzt:      2001:0:1:2:0:0:0:ABCD
Maximal:      2001:0:1:2::ABCD       (3 Nullblöcke durch :: ersetzt)

Adressstruktur

Eine IPv6-Adresse besteht aus zwei Hälften:

|←────────── 64 Bit ──────────→|←────────── 64 Bit ──────────→|
|           Netz-Präfix          |        Interface ID          |

IPv6 Subnetting

  • Funktioniert wie bei IPv4, nur mit 128 Bit Adresslänge und Hex-Schreibweise
  • CIDR-Notation wird verwendet: z. B. 2001:0db8:85a3::/64
  • Subnetting bleibt auch bei IPv6 relevant

Routenzusammenfassung bei IPv6

Beispiel: Zusammenfassung von drei /64-Netzen:

2001:0db8:85a3:0001::/64   → ...0000 0000 0001 (Hex: 0001)
2001:0db8:85a3:0002::/64   → ...0000 0000 0010 (Hex: 0002)
2001:0db8:85a3:0003::/64   → ...0000 0000 0011 (Hex: 0003)

Die ersten 62 Bits sind identisch (die letzten 2 Bits des 4. Blocks variieren: 01, 10, 11).

Ergebnis: 2001:0db8:85a3:0000::/62

Vorteile:

  • Effizientere Nutzung des Adressraums
  • Weniger Routing-Tabellen-Einträge
  • Bessere Routing-Effizienz
  • Vereinfachtes Netzwerkmanagement

Adressierungsschema

  • IPv6-Adresse mit allen Bits auf 1: FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF:FFFF
  • IPv4-Adresse mit allen Bits auf 1: 255.255.255.255 = FFFF:FFFF (nur 32 Bit)

6. IPv6-Adresstypen

Spezielle Adressen

Adresse Beschreibung
::1 (= 0:0:0:0:0:0:0:1) Loopback – Entspricht 127.0.0.1 bei IPv4
:: (= 0:0:0:0:0:0:0:0) Unspecified – Wird vor der Adresszuweisung verwendet, darf nicht als Zieladresse genutzt werden
::/0 Default Route – Entspricht 0.0.0.0/0 bei IPv4

Interface Identifiers (EUI-64)

Der Host-Teil einer IPv6-Adresse (die letzten 64 Bit) kann automatisch aus der MAC-Adresse generiert werden:

  1. MAC-Adresse (48 Bit) wird in zwei 3-Byte-Blöcke geteilt
  2. Zwischen beiden Blöcken wird FFFE eingeschoben (→ 64 Bit)
  3. Das Universal/Local Bit (2. Bit des ersten Bytes) wird invertiert

Beispiel:

MAC:     00:90:27:17:FC:0F
Teilen:  00:90:27 | 17:FC:0F
FFFE:    00:90:27:FF:FE:17:FC:0F
U/L-Bit: 02:90:27:FF:FE:17:FC:0F  (Bit 2 von 00 → 02)

Privacy Extension: Zufällig generierte Interface IDs statt EUI-64 zum Schutz der Privatsphäre (verhindert Tracking über die MAC-Adresse).

Unicast-Adresstypen

Global Aggregatable Unicast Adressen (2000::/3)

Für die weltweite Kommunikation im Internet. Über verschiedene Netzwerke hinweg routbar.

|←── 48 Bit ──→|←16 Bit→|←────────── 64 Bit ──────────→|
| Global Prefix | Subnet  |        Interface ID          |
|   (vom ISP)   |   ID    |                               |
  • Global Prefix (48 Bit): Von der IANA → RIR → ISP zugewiesen
  • Subnet ID (16 Bit): Vom Netzwerkadministrator vergeben → bis zu 65.536 Subnetze
  • Interface ID (64 Bit): Identifiziert das Interface (EUI-64 oder zufällig)

Link-Local Unicast Adressen (FE80::/10)

Für die lokale Kommunikation innerhalb eines Netzwerksegments.

|←────────── 64 Bit ──────────→|←────────── 64 Bit ──────────→|
| FE80:0000:0000:0000           |        Interface ID          |
  • Prefix ist immer FE80::/64
  • Werden nicht geroutet – bleiben im lokalen Netz
  • Werden für die Autokonfiguration und das Neighbor Discovery Protocol verwendet
  • Jedes IPv6-fähige Interface hat automatisch eine Link-Local-Adresse

Vergleichstabelle

Merkmal Global Aggregatable Unicast Link-Local Unicast
Präfix 2000::/3 fe80::/10
Verwendung Kommunikation im Internet Kommunikation im LAN
Routing Ja, weltweit routbar Nein, nicht routbar
Zuweisung Von ISPs zugewiesen Automatisch, lokal
Beispiel 2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334 fe80::1a2b:3c4d:5e6f

IPv6-Adressen werden von der IANA (Internet Assigned Numbers Authority) oder regionalen Stellen (RIPE NCC für Europa) zugewiesen.

Anycast Adressen

  • Syntaktisch eine globale Unicast-Adresse, die aber mehrfach vergeben wird
  • Router leitet Verkehr zur nächstgelegenen Instanz (nach Routing-Metrik)
  • Anwendung: z. B. DNS-Root-Server, CDN-Knoten

Multicast Adressen (FF00::/8)

Ersetzt IPv4-Broadcast (den es in IPv6 nicht mehr gibt).

|←8 Bit→|←4 Bit→|←4 Bit→|←────── 112 Bit ──────→|
|  FF    | Flags  | Scope |       Group ID         |

Flags:

  • R = 0/1: Kein/Eingebetteter Rendezvous Point
  • P = 0/1: Nicht/Basierend auf Unicast-Präfix
  • T = 0/1: Permanent (IANA-zugewiesen) / Temporär (lokal zugewiesen)

Scope:

Wert Scope
1 Node
2 Link
3 Subnet
4 Admin
5 Site
8 Organization
E Global

Nicht mehr gebräuchliche Adresstypen

  • IPv4-kompatible IPv6-Adresse (0:::/96) – veraltet
  • Site-local Adressen (FC00::/7) – durch Unique Local Addresses (ULA) ersetzt

7. ICMPv6 & Neighbor Discovery

ICMPv4 vs. ICMPv6

ICMPv6 (RFC 4443) übernimmt deutlich mehr Aufgaben als ICMPv4 (RFC 792):

Funktion ICMPv4 ICMPv6
Connectivity Checks (Ping) ✓ ✓
Informational/Error Messaging ✓ ✓
Fragmentation Needed Notification ✓ ✓
Address Assignment (SLAAC) ✗ ✓
Address Resolution (ersetzt ARP) ✗ ✓
Router Discovery ✗ ✓
Multicast Group Management ✗ ✓
Mobile IPv6 Support ✗ ✓

Neighbor Discovery Protocol (NDP) – Neue ICMPv6-Nachrichten

Nachricht ICMP Code Sender Ziel Zweck
Router Solicitation (RS) 133 Nodes Alle Router (ff02::2) Router auffordern, ein RA zu senden
Router Advertisement (RA) 134 Router Sender des RS oder alle Hosts (ff02::1) Default Router, Präfixe, Konfigurationsparameter bekanntgeben
Neighbor Solicitation (NS) 135 Node Solicited Node Multicast / Target Node Link-Layer-Adresse des Ziels erfragen (= ARP-Ersatz)
Neighbor Advertisement (NA) 136 Node Anfragender Node Antwort auf NS mit eigener Link-Layer-Adresse
Redirect 137 Router – Host über besseren First Hop informieren

Automatische Adressvergabe (SLAAC)

Stateless Address Autoconfiguration – Hosts konfigurieren sich selbst ohne DHCP-Server.

Router Discovery Prozess:

  1. Host sendet RS (Router Solicitation, Typ 133) an Multicast-Adresse ff02::2 (alle Router)
  2. Router antwortet mit RA (Router Advertisement, Typ 134) an ff02::1 (alle Hosts) mit:
    • Netzwerkpräfix (z. B. 2001:0db8:abcd::/64)
    • Präfix-Lebensdauer (z. B. 3600 Sekunden)
    • Flags für DHCPv6-Nutzung
    • Informationen ob SLAAC oder DHCPv6 verwendet werden soll
  3. Host generiert seine Adresse aus Netzwerkpräfix + Interface ID (EUI-64 oder zufällig)

Flags im Router Advertisement:

  • A-Flag (Autonomous): ON = Host darf SLAAC verwenden
  • M-Flag (Managed): OFF = Kein DHCPv6 für Adressen nötig

Router senden regelmäßig RA-Nachrichten; Hosts können jederzeit RS senden, um aktuelle Informationen zu erhalten.

Duplicate Address Detection (DAD)

Bevor ein Host seine neu generierte Adresse verwendet, prüft er per DAD (RFC 4862), ob die Adresse bereits im Netz existiert:

  1. Host empfängt RA mit Präfix
  2. Host generiert vorläufige Adresse (Präfix + Interface ID)
  3. Host sendet NS an die Solicited-Node-Multicast-Adresse der vorläufigen Adresse
  4. Wenn keine Antwort kommt → Adresse ist eindeutig → wird übernommen
  5. Wenn NA empfangen wird → Adresse ist bereits vergeben → neue Interface ID generieren

ARP-Ersatz in IPv6

IPv6 hat kein ARP mehr. Stattdessen wird Neighbor Solicitation / Neighbor Advertisement verwendet:

  1. Host A will die MAC-Adresse von Host B wissen
  2. Host A sendet NS (Typ 135) an die Solicited-Node-Multicast-Adresse von Host B
    • Enthält: eigene Link-Local-Adresse, Frage nach Host Bs Link-Layer-Adresse
  3. Host B antwortet mit NA (Typ 136) per Unicast an Host A
    • Enthält: eigene Link-Local-Adresse und MAC-Adresse

8. Migration von IPv4 zu IPv6

Dual Stack

  • Server, Router und Hosts betreiben unabhängige Stacks für IPv4 und IPv6
  • Falls die Gegenseite IPv6 unterstützt → Kommunikation über IPv6
  • Anwendungen müssen IPv6 unterstützen
  • Bevorzugte Methode – natives IPv6

Tunneling-Verfahren

Verbindung von IPv6-Inseln über ein IPv4-Transportnetz.

Verfahren Beschreibung Status
Manueller Tunnel (6in4) IPv6-Pakete werden in IPv4-Pakete gekapselt. Manuell konfiguriert. Empfohlen wenn Tunnel nötig
6-to-4 IPv6-Prefix 2002::/16 + IPv4-Adresse des Edge-Routers. Automatisch. Übergangslösung
6rd Weiterentwicklung von 6-to-4, kontrolliert vom ISP. Teile der Kunden-IPv4-Adresse werden in den IPv6-Präfix eingebaut. Übergangslösung, Ziel: natives IPv6
Teredo IPv6-Pakete werden in IPv4-UDP-Pakete verpackt. Funktioniert auch hinter NAT. Wird abgelöst
ISATAP Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol Veraltet

Empfehlung: Besser natives IPv6 (Dual Stack). Wenn Tunnel nötig, dann manuell mit 6in4 oder 6rd.

9. Layer 7 – DHCP

DHCP (IPv4) – Dynamic Host Configuration Protocol

Automatische Vergabe von IP-Adressen und Netzwerkparametern.

DORA-Prozess (Discover → Offer → Request → Acknowledge)

Schritt Nachricht Richtung Typ Beschreibung
1 DHCP Discover Client → Broadcast 0.0.0.0 → 255.255.255.255 Client sucht DHCP-Server. Enthält MAC-Adresse des Clients.
2 DHCP Offer Server → Broadcast Server → 255.255.255.255 Server bietet eine IP-Adresse an.
3 DHCP Request Client → Broadcast 0.0.0.0 → 255.255.255.255 Client akzeptiert das Angebot. Enthält Server Identifier in den DHCP-Optionen.
4 DHCP ACK Server → Unicast Server bestätigt die zugewiesene IP-Adresse.

Fehlersituationen

Nachricht Beschreibung
DHCP-Decline Client macht ARP-Request für angebotene Adresse → wird beantwortet → Adresse bereits in Benutzung → Client lehnt ab
DHCP-NACK Server hat die angefragte IP bereits vergeben, angefragte Optionen nicht verfügbar, oder Server nicht für die Adresse zuständig
DHCP-Release Client benötigt die IP-Adresse nicht mehr (z. B. ipconfig /release unter Windows)
DHCP-Inform Client hat bereits eine IP, fragt aber zusätzliche Parameter ab

DHCP Lease-Erneuerung

Zeitpunkt Verhalten
Nach 50% der Leasezeit Client sendet DHCP Request per Unicast an den bekannten Server. Server antwortet mit DHCP ACK (= neue Lease) oder antwortet nicht (Lease kann bis zum Ende genutzt werden).
Nach 7/8 der Leasezeit Client sendet DHCP Request per Broadcast an alle Server. Verhalten wie bei 50%.
Nach Ablauf der Leasezeit IP-Adresse wird freigegeben. Client sendet erneut DHCP Discover.

DHCP-Optionen (mögliche Parameter)

  • IP-Adresse, Netzmaske, Default-Gateway
  • Name-Server (DNS), Time-Server
  • WINS, Proxy-Server
  • Bootimages, Bootserver
  • u. v. m.

DHCP Relay

  • DHCP arbeitet über Broadcast → funktioniert nur im lokalen Subnetz
  • Ohne Relay bräuchte man pro Subnetz einen DHCP-Server
  • Ein Router als DHCP Relay Agent kann DHCP-Pakete in andere Subnetze weiterleiten
  • DHCP-Pakete bekommen zusätzliche Optionen:
    • DHCP Relay-Agent Information
    • Option 82 (Switchport-Information)

Ablauf mit Relay:

Client (Port 68) ──→ Relay (Port 67 & 68) ──→ Server (Port 67)
                      DHCP Discover →              DHCP Discover →
                  ← DHCP Offer                 ← DHCP Offer
                      DHCP Request →               DHCP Request →
                  ← DHCP Acknowledge           ← DHCP Acknowledge

10. Weitverkehrsnetze (WAN)

Überblick

  • WANs verbinden LANs über große Entfernungen
  • Die Bereitstellung hängt von den Benutzeranforderungen ab
  • WANs werden auf den drei unteren OSI-Schichten (Layer 1–3) betrieben

WAN-Übergangspunkt (Kunde ↔ Service Provider)

Komponente Beschreibung
CPE (Customer Premises Equipment) Geräte beim Kunden (Router, Modem)
Hausanschluss Physische Verbindung ins Gebäude
Teilnehmeranschluss Letzte Meile zum Provider
Netzabschluss SP Übergabepunkt zum Provider-Netz
Trunk-Leitungen und Switches Backbone des Providers

WAN-Verbindungsarten

                         WAN
                        /   \
                 Dediziert   Switching
                    |        /       \
              Mietleitungen  Leitungs-  Paketvermittelt
              (Synchron E1,  vermittelt
              über Ethernet) (ISDN/DSL)   (Ethernet, IP)

Layer-1-Zugangstechnologien

Heutige Technologien (IP-basiert, paketvermittelt):

  • Glasfaseranschlüsse (FTTH, FTTB)
  • Kupferkabel (ehemaliges Telefonnetz, aktuell DSL)
  • Kabel-Internet über DOCSIS (Coaxialkabel, ursprünglich für TV)
  • Satelliten
  • LTE/5G Mobilfunk

Frühere Technologien:

  • Plesiochrone Digitale Hierarchie (PDH)
  • Synchrone Digitale Hierarchie (SDH)
  • Frame Relay
  • Asynchronous Transfer Mode (ATM)

WAN-Protokolle (Paketvermittelt)

Protokoll Beschreibung
MPLS (Multiprotocol Label Switching) Label-basiertes Forwarding für Unternehmen und SPs. Ermöglicht effiziente Datenübertragung und QoS.
Segment Routing (SR-MPLS und SRv6) Vereinfachte Netzwerkverwaltung – intermediate Router brauchen keine Pfadinfos. Ingress Router legt den Weg als Liste von Segmenten fest (im IPv6 als Routing Extension Header / SRH, bei MPLS als Label Stack). Form von Source Routing.
Carrier Ethernet Ethernet-Protokolle für Hochgeschwindigkeitsverbindungen zwischen Standorten. Von Carriern/SPs bereitgestellt.
SD-WAN Software-Defined WAN – dynamische Verwaltung von Netzwerkverbindungen über verschiedene Transportmittel (MPLS, LTE, Internet).
PPPoE Point-to-Point Protocol over Ethernet – nutzt DSL als Zugangstechnologie zum WAN des SPs.

11. PPPoE & DSL

PPPoE (Point-to-Point Protocol over Ethernet)

PPPoE ermöglicht die Übertragung unterschiedlicher Protokolle (z. B. IP) über eine Leitung (Modem/xDSL). Es ist standardisiert in RFC 2516 und bietet:

  • Kontrollierten Verbindungsaufbau über LCP (Link Control Protocol)
  • Authentifizierung (für Abrechnung beim Provider)
  • Autokonfiguration

PPPoE-Verbindungsphasen

        ┌─────────────────────────────────────────────────┐
        │                                                 │
        ▼                                                 │
     ┌──────┐  Physik. Verbindung   ┌──────┐              │
     │ Down │ ───────────────────→  │ Auth │              │
     └──────┘                       └──┬───┘              │
        ▲                              │                  │
        │ Anmeldung gescheitert        │ Anmeldung        │
        │                              │ erfolgreich      │
        │                              ▼                  │
        │                        ┌──────────┐             │
        │                        │ Network  │             │
        │                        │  Config  │             │
        │                        └────┬─────┘             │
        │                             │ Austausch         │
        │                             │ erfolgreich       │
        │                             ▼                   │
        │   Abbauwunsch/Fehler  ┌─────────────┐          │
        └────────────────────── │ Operational  │ ─────────┘
                                └─────────────┘

Phase 1: Discovery & Verbindungsaufbau

  1. PADI (PPPoE Active Discovery Initiation) – Client sendet Broadcast, sucht PPPoE-Server
  2. PADO (PPPoE Active Discovery Offer) – Server antwortet mit Angebot und Infos über sich
  3. PADR (PPPoE Active Discovery Request) – Client wählt einen Server und sendet Anfrage
  4. PADS (PPPoE Active Discovery Session Confirm) – Server bestätigt und weist Session-ID zu

Phase 2: Authentifizierung

Nach erfolgreichem Verbindungsaufbau wird ein PPPoE-Sitzungstunnel aufgebaut. Alle Daten werden in PPP-Pakete eingekapselt.

PAP (Password Authentication Protocol):

  • Einfaches, unverschlüsseltes Verfahren (unsicher!)
  • 2-Way Handshake: Client sendet LoginID + Passwort → Server akzeptiert oder verwirft
  • Passwort wird im Klartext übertragen
  • Nicht mehr verwendet für Anschlüsse zum SP

CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol):

  • Verschlüsseltes, sichereres Verfahren
  • 3-Way Handshake:
    1. Server sendet eine zufällige Challenge an den Client
    2. Client kombiniert Challenge mit seinem Passwort und sendet einen Hash-Wert zurück (SHA-1, SHA-256 oder SHA-384)
    3. Server führt dieselbe Berechnung durch und vergleicht die Ergebnisse
  • Keine Übertragung von Passwörtern über die Leitung
  • Authentifizierung durch lokalen Router oder externen Authentifizierungsserver

Phase 3: Netzkonfiguration

Nach erfolgreicher Authentifizierung werden Netzwerkparameter ausgetauscht:

  • IP-Adresse, Subnetzmaske, Standard-Gateway
  • DNS-Server-Adressen
  • MTU (Maximum Transmission Unit für Ethernet)
  • Session-ID
  • QoS-Parameter

Phase 4: Operational (Betrieb)

  • Session Timer / Idle Timer zur Verwaltung der Sitzung
  • Keepalive-Nachrichten – bei Ausbleiben wird Session ungültig markiert
  • Timeouts – Session-ID wird nach Timer-Ablauf für ungültig erklärt (Ressourcen freigeben)
  • Fehlerüberprüfung – Server kann erneute Authentifizierung anfordern

DSL (Digital Subscriber Line)

Bereitstellung von Internet über herkömmliche Telefonleitungen (Kupfer).

Aufbau:

Kunde/Teilnehmer          │          Vermittlungsstelle
                           │
Telefon ─── NTBA ──┐      │     ┌── Digitale Vermittlung ── Telefonnetz
                    ├─ TAL ┤     │
PC ─── DSL-Router ──┘      │     ├── DSLAM ── BRAS ── Internet
                           │     │
                    Splitter│     Splitter
  • TAL = Teilnehmeranschlussleitung (letzte Meile, Kupfer)
  • DSLAM = Digital Subscriber Line Access Multiplexer – sammelt und aggregiert Daten der Teilnehmer
  • BRAS/BNG = Broadband Remote Access Server / Broadband Network Gateway – terminiert PPPoE

DSL-Varianten

Variante Typ Max. Datenrate Besonderheit
ADSL Asymmetrisch Bis 8 Mbit/s Download > Upload
ADSL2+ Asymmetrisch Bis 24 Mbit/s Zusätzliche Frequenzbänder
SDSL Symmetrisch 2,36 Mbit/s Upload = Download
VDSL Asymmetrisch Bis 100 Mbit/s Optimiert für kurze Entfernungen
VDSL2-Vectoring Hybrid Bis 250 Mbit/s Kupfer letzte Meile + Glasfaser zum ISP. Crosstalk-Kompensation.

Höhere Raten als VDSL2-Vectoring sind nur über FTTH (Fiber to the Home) oder Kabelinternet (DOCSIS) möglich.

Abschaltung von DSL in Deutschland

  • Ziel: Glasfaserausbau komplett bis 2030
  • DSL-Abschaltung bei einzelnen Service Providern kann ab 2026 beginnen
  • Bundesnetzagentur reguliert den Telekommunikationsmarkt
  • Stand Juni 2025: 42,9% aller Haushalte verfügen über einen Glasfaseranschluss (FTTB/FTTH)
  • Gigabitversorgung (1000 Mbit/s) über alle Technologien hinweg: knapp 79%

Zusammenfassung der Kernthemen

Thema Kernaussage
OSPF Areas Hierarchische Strukturierung reduziert Routing-Overhead. ABR/ASBR fassen Routen zusammen.
Route Summarization Binärvergleich der Netzadressen → gemeinsame Bits = neues Präfix. Spart Ressourcen, beschleunigt Konvergenz.
IPv6 Motivation 128-Bit-Adressen, vereinfachter Header, Autokonfiguration, integrierte Sicherheit.
IPv6 Header 40 Byte fest, Extension Headers für Erweiterungen. Next Header verkettet die Header.
IPv6 Adresstypen Global Unicast (2000::/3), Link-Local (fe80::/10), Multicast (ff00::/8), Anycast. Kein Broadcast!
NDP/ICMPv6 Ersetzt ARP (NS/NA), ermöglicht Router Discovery (RS/RA), SLAAC und DAD.
IPv4→IPv6 Migration Dual Stack bevorzugt. Tunnel (6in4, 6rd) als Übergangslösung.
DHCP DORA-Prozess, Lease-Erneuerung bei 50% und 7/8, Relay für subnetzübergreifende Vergabe.
WAN Dediziert vs. Switching (leitungs-/paketvermittelt). MPLS, Segment Routing, Carrier Ethernet, SD-WAN.
PPPoE Discovery → Auth (PAP/CHAP) → Network Config → Operational. Verbindungsprotokoll für DSL.
DSL ADSL, VDSL, Vectoring. DSLAM aggregiert Teilnehmer. Ablösung durch Glasfaser bis 2030.