Netzwerk on FISI Lernzettel

DNS-Server & Zonenverwaltung

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

DNS-Server & Zonenverwaltung#

Während dns dhcp arp die clientseitige Namensauflösung erklärt, geht es hier um die Serveradministration: Wie eine DNS-Zone aufgebaut ist, wie sie zwischen Servern synchronisiert wird und welche Anfragearten dabei zum Einsatz kommen.

Primärer vs. sekundärer Nameserver#

Für eine Zone gibt es genau einen primären (Master-)Nameserver, auf dem die Zonendaten gepflegt werden, sowie optional mehrere sekundäre (Slave-)Nameserver, die eine Kopie der Zone halten.

IoT-Protokolle: MQTT & CoAP

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

IoT-Protokolle: MQTT & CoAP#

Das Internet of Things (IoT) vernetzt Sensoren, Aktoren und eingebettete Geräte über das Netzwerk. Weil diese Geräte oft nur wenig Rechenleistung, Speicher und Akkukapazität haben, kommen dafür speziell leichtgewichtige Protokolle wie MQTT und CoAP zum Einsatz statt klassischer, overhead-lastiger Protokolle wie HTTP.

Typische IoT-Architektur#

Ein IoT-System besteht meist aus drei Ebenen: Endgeräte erfassen oder steuern die physische Welt, ein Gateway bündelt und übersetzt die Kommunikation, und im Backend werden Daten verarbeitet und gespeichert.

Server-Rollen im Netzwerk

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Server-Rollen im Netzwerk#

Eine Serverrolle beschreibt die Hauptfunktion, die ein Server im Netzwerk übernimmt — etwa das Bereitstellen von Dateien, Webseiten oder E-Mails. Ein Server kann eine einzelne Rolle oder mehrere Rollen gleichzeitig übernehmen; welche Verteilung sinnvoll ist, hängt von Lastanforderungen, Ausfallsicherheit und Wartungsaufwand ab.

Überblick gängiger Serverrollen#

flowchart TD
 N["Firmennetzwerk"] --> FS["Dateiserver\n(Freigaben, Netzlaufwerke)"]
 N --> PS["Druckserver\n(zentrale Druckerwarteschlangen)"]
 N --> WS["Webserver\n(Intranet, Webanwendungen)"]
 N --> MS["Mailserver\n(E-Mail-Zustellung)"]
 N --> DS["Verzeichnisdienst-Server\n(zentrale Anmeldung, z.B. AD)"]
 N --> DNS["DNS-Server\n(Namensauflösung)"]

Rolle	Aufgabe
Dateiserver	Stellt zentrale Netzlaufwerke/Freigaben bereit, oft mit Berechtigungs- und Quota-Verwaltung
Druckserver	Verwaltet Druckaufträge und -warteschlangen zentral, statt Drucker einzeln pro Client einzurichten
Webserver	Liefert Webinhalte aus (Intranet, öffentliche Website, Webanwendungen) über HTTP/HTTPS
Mailserver	Nimmt E-Mails an, leitet sie zu und stellt sie Postfächern zu (SMTP für Versand, IMAP/POP3 für Abruf)
Verzeichnisdienst-Server	Zentrale Verwaltung von Benutzern und Ressourcen (z.B. Active Directory)
DNS-Server	Löst Namen im internen und/oder externen Netz auf

Dedizierte vs. konsolidierte Server#

Bei der dedizierten Aufstellung erhält jede Rolle einen eigenen physischen oder virtuellen Server; bei der konsolidierten Aufstellung teilen sich mehrere Rollen einen Server.

Verzeichnisdienste & Active Directory

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Verzeichnisdienste & Active Directory#

Ein Verzeichnisdienst verwaltet zentral Informationen über Benutzer, Computer, Gruppen und andere Ressourcen eines Netzwerks — statt jeden Server einzeln zu pflegen, meldet sich ein Nutzer einmal an und erhält netzwerkweit Zugriff gemäß seiner Berechtigungen. Active Directory (AD) ist der bekannteste Verzeichnisdienst im Windows-Umfeld.

Grundidee: Zentrale Verwaltung#

Ohne Verzeichnisdienst müsste jeder Server sein eigenes Benutzerkonto für jeden Mitarbeiter führen. Ein Verzeichnisdienst löst das, indem er Identitäten und Ressourcen an einer Stelle verwaltet:

DNS, DHCP & ARP

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

DNS, DHCP & ARP#

DNS, DHCP und ARP lösen im Netzwerkalltag unterschiedliche Aufgaben: DNS übersetzt Domainnamen in IP-Adressen, DHCP vergibt automatisch IP-Konfigurationen, und ARP löst IP- in MAC-Adressen auf.

DNS — Domain Name System#

DNS übersetzt Domainnamen in IP-Adressen (und umgekehrt).

Ohne DNS müsstest du 216.58.213.46 eingeben statt google.com.

IPv4, IPv6 & Subnetting

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

IPv4, IPv6 & Subnetting#

IPv4 und IPv6 sind die beiden Adressierungsschemata des Internets; Subnetting teilt ein Netz mittels CIDR-Präfix in kleinere Teilnetze auf, um Adressraum effizient zu nutzen.

IPv4 Grundlagen#

Eine IPv4-Adresse besteht aus 32 Bit, geschrieben als 4 Oktette in Dezimalschreibweise.

$$\underbrace{192}_{8\,Bit}.\underbrace{168}_{8\,Bit}.\underbrace{10}_{8\,Bit}.\underbrace{5}_{8\,Bit}$$

Adressklassen (historisch, heute CIDR):

Klasse	Bereich	Standardmaske	Hosts
A	1.0.0.0 – 126.255.255.255	/8 (255.0.0.0)	~16 Mio.
B	128.0.0.0 – 191.255.255.255	/16 (255.255.0.0)	~65.000
C	192.0.0.0 – 223.255.255.255	/24 (255.255.255.0)	254

Private IP-Bereiche (nicht im Internet routbar):

ISO/OSI-Modell

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

ISO/OSI Modell#

Das ISO/OSI-Modell gliedert die Netzwerkkommunikation in sieben aufeinander aufbauende Schichten, denen jeweils bestimmte Protokolle und Kopplungselemente zugeordnet sind.

Nr.	Layer	Encapsulation (Verkapselung der Daten)	Erklärung
7	Application Layer	[Data]	- Bietet Netzwerkdienste für Anwendungen wie E-Mail oder Dateitransfer.- Eher abstrakt, fließende Grenze zu Layer 6 und 5. Protokolle: HTTP, HTTPS, SMTP, DNS, DHCP. Kopplungselemente: Proxy, Gateway, Content-Switch.
6	Presentation Layer	[Header][Data]	- Übersetzt Datenformate zwischen Netzwerk und Anwendung, z.B. Datenkompression oder Verschlüsselung. - Wandelt Daten in geeignete Formate (z.B. ASCII) um. - Übersetzt zwischen Datenformaten.
5	Session Layer	[Session][Header][Data]	- Verwaltet und synchronisiert den Dialog zwischen zwei Anwendungen. - Sicherung der Verbindung gegen Abbrüche. - Speichert Daten, um nach einem Verbindungsverlust die Sitzung wieder aufzubauen.
4	Transport Layer	[Transport][Session][Header][Data]	- Gewährleistet zuverlässige Datenübertragung. - Segmentierung des Datenstroms, Routingentscheidungen, Datenkapselung. - Protokolle: TCP (verbindungsorientiert: HTTP, SMTP), UDP (verbindungslos: Streaming, VPN, DNS).
3	Network Layer	[Network][Transport][Session][Header][Data]	- Verantwortlich für Routing und Weiterleitung von Datenpaketen. - Logische Adressierung (IPv4, IPv6). Protokolle: ICNP, IGMP, IP, Ipsec, IPX. Kopplungselemente: Layer-3-Switch, Router.
2	Data Link Layer	[Data Link][Network][Transport][Session][Header][Data]	- Sicherstellung fehlerfreier Datenübertragung zwischen direkt verbundenen Geräten. -Physikalische Adressierung durch MAC-Adressen. Protokolle: IEEE 802.3 (Ethernet), IEEE 802.11 (WLAN), Token Ring. Kopplungselemente: Bridge, Wireless Access Point, Switch (arbeitet mit MAC-Adressen, ermöglicht VLANs).
1	Physical Layer	[BITs]	- Überträgt Rohdaten über physische Medien wie Kabel oder Funk. - Bits werden in Signale umgewandelt (elektrisch, optisch, elektromagnetisch).Kopplungselemente: Hub (reine Verteilfunktion, broadcastet).

Der Schichten-Stack visualisiert#

flowchart TB
 L7["7 · Application (HTTP, DNS)"]
 L6["6 · Presentation"]
 L5["5 · Session"]
 L4["4 · Transport (TCP/UDP)"]
 L3["3 · Network (IP)"]
 L2["2 · Data Link (MAC)"]
 L1["1 · Physical (Bits)"]
 L7 --> L6 --> L5 --> L4 --> L3 --> L2 --> L1

Encapsulation — das wachsende Datenpaket#

Auf dem Weg von Schicht 7 nach Schicht 1 packt jede Schicht ihren eigenen Header (Kapselung) um die Daten der Schicht darüber — wie Matroschka-Puppen:

Netzwerkdokumentation

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Netzwerkdokumentation & Netzwerkplan#

Eine vollständige Netzwerkdokumentation ist Grundlage für Betrieb, Fehlersuche, Erweiterung und Sicherheitskonzept eines Netzwerks.

Physischer vs. Logischer Netzwerkplan#

	Physischer Netzwerkplan	Logischer Netzwerkplan
Zeigt	Reale Hardware und Verkabelung	IP-Adressen, Netzwerke, VLANs, Protokolle
Inhalt	Gerätestandorte, Kabeltypen, Patchpanels, Switchports	IP-Adressen, Subnetze, Routing, VLANs, Dienste
Zweck	Wo steht was? Wie ist es verkabelt?	Wie kommunizieren die Geräte?
Erstellt von	Netzwerktechniker	Netzwerkarchitekt
Format	Grundriss / Rack-Diagramm	Topologie-Diagramm

Physischer Netzwerkplan#

Zeigt die reale physische Infrastruktur:

Netzwerktopologien

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Netzwerktopologien#

Eine Topologie beschreibt die Anordnung und Verbindungsstruktur der Geräte in einem Netzwerk. Man unterscheidet physische Topologie (tatsächliche Verkabelung) und logische Topologie (wie Daten fließen).

Übersicht der Topologien#

Topologie	Struktur	Typisches Einsatzgebiet
Bus	Alle Geräte an einem gemeinsamen Kabel	Historisch (Koaxial), veraltet
Stern	Alle Geräte an einem zentralen Switch/Hub	Modernes LAN – Standard heute
Ring	Jedes Gerät mit genau zwei Nachbarn verbunden	Token Ring (veraltet), SONET/SDH
Masche (Mesh)	Jedes Gerät mit mehreren/allen anderen verbunden	WAN, Internet, WLAN-Mesh
Baum	Hierarchische Stern-in-Stern-Struktur	Große Unternehmensnetze

Bus-Topologie#

Alle Geräte sind an ein gemeinsames Übertragungsmedium (Bus) angeschlossen.

Netzzugriffsverfahren

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Netzzugriffsverfahren#

Collision Domain - Gruppe von vernetzten Geräten, die gleichzeitig eine Spannungsspitze erkennen

Ein Netzzugriffsverfahren dient der Steuerung des Zugriffs auf ein Medium.

Verfahren	Erklärung	Funktionsweise	Vorteile	Nachteile
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)	Wird in kabelgebundenen Ethernet-Netzwerken verwendet, um Kollisionen zu erkennen und zu beheben.	- Geräte hören den Kanal ab (Carrier Sense). - Mehrere Geräte können auf denselben Kanal zugreifen (Multiple Access). - Kollisionen werden erkannt und behoben (Collision Detection).	- Effiziente Nutzung des Kanals bei geringer Auslastung. - Einfache Implementierung.	- Leistungseinbußen bei hoher Netzwerkauslastung. - Nicht geeignet für drahtlose Netzwerke.
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)	Wird in drahtlosen Netzwerken wie WLAN verwendet, um Kollisionen zu vermeiden.	- Geräte hören den Kanal ab (Carrier Sense). - Kollisionen werden vermieden, indem ein Signal gesendet wird, bevor Daten übertragen werden (Collision Avoidance).	- Reduziert die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen. - Besser geeignet für drahtlose Netzwerke.	- Höherer Overhead durch zusätzliche Signale. - Kann bei hoher Netzwerkauslastung ineffizient sein.
Token Passing	Ein spezielles Datenpaket (Token) wird im Netzwerk zirkuliert, und nur das Gerät mit dem Token darf senden.	- Das Token wird im Netzwerk weitergegeben. - Ein Gerät muss auf das Token warten, um Daten zu senden. - Nach dem Senden wird das Token weitergegeben.	- Keine Kollisionen, da immer nur ein Gerät senden darf. - Deterministische Leistung, gut für zeitkritische Anwendungen.	- Höhere Latenz bei geringer Netzwerkauslastung. - Komplexere Implementierung und Verwaltung.

CSMA/CD – Ablauf bei einer Kollision#

flowchart TD
 A[Gerät will senden] --> B{Kanal frei?<br/>Carrier Sense}
 B -- Nein, belegt --> C[Warten]
 C --> B
 B -- Ja --> D[Senden]
 D --> E{Kollision erkannt?}
 E -- Nein --> F[Übertragung erfolgreich]
 E -- Ja --> G[Jam-Signal senden]
 G --> H[Zufällige Wartezeit<br/>Backoff]
 H --> B

CSMA/CA – Vermeidung statt Erkennung#

Da sich Kollisionen im Funkmedium (WLAN) schlecht erkennen lassen, versucht CSMA/CA sie von vornherein zu vermeiden:

Protokolle & Ports

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Protokolle#

Diese Tabelle listet die wichtigsten Netzwerkprotokolle mit ihren Standard-Ports, der zugehörigen OSI-Schicht und ihrem Einsatzzweck auf.

Protokoll	Port(s)	Layer (OSI)	Funktion	Eigenschaften	Beispielanwendung	Nachrichten Format
ARP	-	2/3	MAC-Adressauflösung	- Broadcast-basiert - Kein Port (direkt über Ethernet) - Lokales Netzwerk	- IP zu MAC Mapping - ARP-Cache - Gratuitous ARP	ARP Request/Reply
ICMP	-	3	Netzwerkdiagnose	- Keine Ports - Teil des IP-Protokolls - Kontrollnachrichten	- Ping - Traceroute - Path MTU Discovery	Echo Request/Reply, Destination Unreachable
IGMP	-	3	Multicast-Gruppenmanagement	- Keine Ports - Teil des IP-Protokolls - Gruppenbeitritt/-austritt	- Streaming - IPTV - Multicast-Routing	Membership Reports, Queries
IPsec	-	3/4	VPN-Verschlüsselung	- Sicherheit auf IP-Ebene - Authentifizierung - Verschlüsselung	- Site-to-Site VPN - Remote Access VPN - Tunneling	AH (Authentication Header), ESP (Encapsulating Security Payload)
IPX	-	3	Netzwerkprotokoll (Novell)	- Alternatives Routing-Protokoll - Proprietär - Veraltet	- Novell NetWare - Alte Netzwerke - Legacy Systeme	Routing Informationen, Datenpakete
DHCP	67/68	7	IP-Konfiguration	- UDP-basiert - Client/Server - DORA-Prozess	- IP-Vergabe - Netzwerkkonfiguration - DNS-Server-Zuweisung	Discover, Offer, Request, Acknowledge
DNS	53	7	Namensauflösung	- UDP (Anfragen) - TCP (Zonentransfer) - Hierarchisch	- Domain zu IP - MX-Records - Service Discovery	DNS Query, DNS Response
HTTP	80	7	Webtransfer	- TCP-basiert - Request/Response - Zustandslos	- Webseiten - REST APIs - Web Services	GET, POST, PUT, DELETE Requests
HTTPS	443	7	Sicherer Webtransfer	- SSL/TLS - Verschlüsselt - Zertifikate	- E-Banking - Webshops - Sichere APIs	Verschlüsselte HTTP-Requests
FTP	20/21	7	Dateitransfer	- Separate Kontroll-/Datenkanäle - TCP-basiert - Authentifizierung	- Dateiupload - Downloads - Webhosting	FTP Commands, Data Transfer
SMTP	25	7	E-Mail-Versand	- TCP-basiert - Store and Forward - Mailserver-Kommunikation	- E-Mail-Versand - Mail Relay - Newsletter	MAIL, RCPT, DATA Commands
POP3	110	7	E-Mail-Abruf	- TCP-basiert - Download und Löschen - Einfach	- Mail-Clients - Offline-Mail-Zugriff	LIST, RETR, DELE Commands
IMAP	143	7	E-Mail-Verwaltung	- TCP-basiert - Serverseitige Verwaltung - Komplexer als POP3	- Webmail - Mobile Mail-Clients	SELECT, FETCH, STORE Commands
NTP	123	7	Zeitsynchronisation	- UDP-basiert - Hierarchisch - Stratum-Levels	- Serveruhrzeiten - Logging - Zertifikate	Timestamp Synchronization
SNMP	161/162	7	Netzwerkmanagement	- UDP-basiert - Manager/Agent - MIB-Struktur	- Monitoring - Inventory - Alerting	GET, SET, TRAP Nachrichten
SSH	22	7	Secure Shell	- TCP-basiert - Verschlüsselt - Authentifizierung	- Remote Access - SFTP - Tunneling	Verschlüsselte Kommandos, Key Exchange
Telnet	23	7	Terminal Emulation	- TCP-basiert - Unverschlüsselt - Veraltet	- Legacy Systeme - Debugging	ASCII-basierte Terminal-Kommunikation
TFTP	69	7	Einfacher Dateitransfer	- UDP-basiert - Keine Authentifizierung - Minimal	- Router Config - Boot Images	Read, Write Requests
RDP	3389	7	Remote Desktop	- TCP-basiert - Grafikübertragung - Windows-spezifisch	- Remote Support - Virtual Desktops	Grafik- und Eingabeübertragung
SMB	445	7	Datei/Druckerfreigabe	- TCP-basiert - Windows-Netzwerke - Authentifizierung	- Netzlaufwerke - Drucker sharing	File/Printer Sharing Protokolle
LDAP	389	7	Verzeichnisdienst	- TCP-basiert - Hierarchisch - Authentifizierung	- Active Directory - User Management	Verzeichnis-Abfragen und Änderungen
Syslog	514	7	Logging	- UDP-basiert - Prioritätslevels - Facility-Codes	- System Logs - Network Logs - Security Logs	Log-Nachrichten mit Priorität
TCP	0-65535	4	Zuverlässige Datenübertragung	- Verbindungsorientiert - Fehlerkorrektur - Fluss- und Staukontrolle	- Web-Kommunikation - E-Mail - Dateitransfer	Segments mit Sequenznummern
UDP	0-65535	4	Schnelle, unzuverlässige Datenübertragung	- Verbindungslos - Kein Overhead - Keine Garantien	- DNS - Streaming - Online-Gaming	Datagramme ohne Verbindungsaufbau
Kerberos	88	6/7	Authentifizierung	- Ticketbasiert - Verschlüsselt - Single Sign-On	- Windows Domains - Enterprise Authentication - Netze mit hohen Sicherheitsanforderungen	Authentication Tickets
BGP	179	3	Routing zwischen autonomen Systemen	- Externes Routing - Path Vector Protokoll - Internet-Backbone	- Internet-Routing - Service Provider - Globale Netzwerkverbindungen	Route Advertisements
SCTP	0-65535	4	Multi-Streaming Transportprotokoll	- Mehrere Datenströme - Fehlertoleranz - Multihoming	- Telekomm. Signalisierung - VoIP - Hochverfügbare Systeme	Chunks mit Sequenznummern
RADIUS	1812/1813	7	Authentifizierung und Accounting	- AAA-Protokoll - Zentralisierte Authentifizierung - Accounting-Funktionen	- ISP-Authentifizierung - WLAN-Zugang - VPN-Management	Access-Request/Accept/Reject
RTSP	554	7	Medien-Streaming-Steuerung	- Echtzeit-Medien - Kontrollprotokoll - Zustandsbehaftet	- Video on Demand - Live-Streaming - IP-Kameras	DESCRIBE, SETUP, PLAY Commands
SIP	5060/5061	7	Kommunikationssitzungen	- VoIP-Signalisierung - Sessionaufbau - Verschlüsselung möglich	- IP-Telefonie - Video-Conferencing - Instant Messaging	INVITE, BYE, REGISTER Messages
MQTT	1883/8883	7	Leichtgewichtiges Messaging	- Publish/Subscribe - IoT-optimiert - Minimaler Overhead	- Smart Home - Sensornetzwerke - Fahrzeug-Kommunikation	CONNECT, PUBLISH, SUBSCRIBE
WebSocket	80/443	7	Bidirektionale Echtzeitkommunikation	- Persistent Connection - Vollduplex - Geringer Overhead	- Chat-Anwendungen - Echtzeit-Dashboards - Multiplayer-Spiele	CONNECT, MESSAGE, CLOSE
XMPP	5222	7	Instant Messaging	- Dezentral - Erweiterbar - XML-basiert	- Chat-Systeme - Social Media - Kollaboration	Presence, Message Stanzas
CoAP	5683	7	IoT-Kommunikation	- Ressourcen-beschränkt - UDP-basiert - RESTful	- Smarte Geräte - Sensornetze - Embedded Systems	GET, POST, PUT, DELETE
MQTT-SN	1884	7	IoT Sensor Networks	- Für Sensornetzwerke - Sehr leichtgewichtig - Drahtlos-optimiert	- Drahtlose Sensoren - Wearables - Umgebungsüberwachung	CONNECT, PUBLISH für Sensoren
AMQP	5672/5671	7	Message Queuing	- Messaging-Middleware - Plattformunabhängig - Zuverlässig	- Enterprise Messaging - Microservices - Verteilte Systeme	AMQP Commands, Message Routing
gRPC	Dynamisch	7	RPC Framework	- Hochperformant - Binäres Protokoll - Microservices	- Microservice-Kommunikation - Verteilte Systeme - Cloud-Native Anwendungen	Protocol Buffers Nachrichten

Protokolle nach OSI-Schicht#

flowchart TD
 L7["Schicht 7 — Anwendung<br/>HTTP · HTTPS · DNS · DHCP · SSH · FTP · SMTP"]
 L4["Schicht 4 — Transport<br/>TCP · UDP · SCTP"]
 L3["Schicht 3 — Netzwerk<br/>IP · ICMP · IGMP · BGP"]
 L2["Schicht 2/3 — Sicherung<br/>ARP"]
 L7 --> L4 --> L3 --> L2

Quiz#

❓ Welcher Port wird standardmäßig für sicheren Webtransfer (HTTPS) verwendet?

❓ Welche Protokolle verwenden UDP als Transportprotokoll?

❓ Welche Ports nutzt SSH und wofür wird es typischerweise eingesetzt?

Siehe auch#

osi modell — OSI-Schichten auf die diese Protokolle gemappt werden
tcp ip — TCP/UDP im Detail mit 3-Way-Handshake und Port-Bereichen
dns dhcp arp — DNS (Port 53), DHCP (Port 67/68), ARP im Detail
vpn — IPsec (Port 500/4500), OpenVPN (Port 1194), WireGuard (Port 51820)
verschluesselung — HTTPS/TLS, SSH und sichere Protokolle

Ressourcen#

Strukturierte Verkabelung

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Strukturierte Verkabelung#

Die strukturierte Verkabelung ist ein standardisiertes Konzept zur planmäßigen Verkabelung von Gebäuden und Campussen. Sie ist genormt in EN 50173 (Europa) und ISO/IEC 11801 (international).

Ziel: Hersteller- und anwendungsunabhängige Infrastruktur, die flexibel für verschiedene Dienste (LAN, Telefon, Gebäudeautomation) genutzt werden kann.

TCP/IP-Modell

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

TCP/IP Modell#

Das TCP/IP-Modell ist das praktisch verwendete Schichtenmodell des Internets (im Gegensatz zum theoretischen OSI-Modell mit 7 Schichten).

OSI vs. TCP/IP#

TCP/IP Schicht	OSI Schichten	Protokolle (Beispiele)
4 — Anwendung	7 Application, 6 Presentation, 5 Session	HTTP, HTTPS, FTP, DNS, DHCP, SMTP, SSH
3 — Transport	4 Transport	TCP, UDP
2 — Internet	3 Network	IP (IPv4/IPv6), ICMP, ARP
1 — Netzzugang	2 Data Link, 1 Physical	Ethernet, WLAN (802.11), MAC

flowchart LR
 subgraph OSI ["OSI (7 Schichten)"]
 o7["7 Application"]
 o6["6 Presentation"]
 o5["5 Session"]
 o4["4 Transport"]
 o3["3 Network"]
 o2["2 Data Link"]
 o1["1 Physical"]
 end
 subgraph TCPIP ["TCP/IP (4 Schichten)"]
 t4["Anwendung"]
 t3["Transport"]
 t2["Internet"]
 t1["Netzzugang"]
 end
 o7 & o6 & o5 --- t4
 o4 --- t3
 o3 --- t2
 o2 & o1 --- t1

TCP vs. UDP#

Eigenschaft	TCP	UDP
Verbindung	Verbindungsorientiert (3-Way-Handshake)	Verbindungslos
Zuverlässigkeit	Ja — Empfang wird bestätigt	Nein — kein ACK
Reihenfolge	Garantiert (Sequenznummern)	Nicht garantiert
Fehlerkorrektur	Ja (Wiederholung bei Verlust)	Nein
Geschwindigkeit	Langsamer (Overhead)	Schneller
Einsatz	HTTP, HTTPS, FTP, SSH, SMTP	DNS, DHCP, VoIP, Streaming, Gaming

TCP 3-Way-Handshake#

sequenceDiagram
 participant C as Client
 participant S as Server
 C->>S: SYN (Verbindung anfragen)
 S->>C: SYN-ACK (bestätigen + eigene SYN)
 C->>S: ACK (bestätigen)
 Note over C,S: Verbindung aufgebaut
 C->>S: Daten...
 C->>S: FIN (Verbindung beenden)
 S->>C: ACK + FIN
 C->>S: ACK

IP-Paket Aufbau (vereinfacht)#

Feld	Inhalt
Version	IPv4 (4) oder IPv6 (6)
TTL (Time to Live)	Maximale Hops, wird bei jedem Router −1 → bei 0: Paket verworfen
Protokoll	TCP (6), UDP (17), ICMP (1)
Quell-IP	Absender-Adresse
Ziel-IP	Empfänger-Adresse
Daten (Payload)	Nutzdaten

Ports#

0–1023: Well-known Ports (standardisiert, z.B. 80=HTTP, 443=HTTPS)
1024–49151: Registered Ports (registriert, z.B. 3389=RDP)
49152–65535: Dynamic/Ephemeral Ports (temporär vom Client genutzt)

Quiz#

❓ Welche OSI-Schichten werden in der TCP/IP-Anwendungsschicht zusammengefasst?

❓ Welche Nachrichten werden beim TCP 3-Way-Handshake in dieser Reihenfolge ausgetauscht?

❓ In welchem Portbereich liegen die dynamischen/ephemeren Ports, die Clients temporär nutzen?

Siehe auch#

osi modell — ISO/OSI-Modell (7-Schichten-Vergleich)
protokolle ports — Protokolle & Ports im Detail
dns dhcp arp — DNS, DHCP & ARP (Anwendungsschicht)

Ressourcen#

VLANs, Routing & NAT

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

VLANs, Routing & NAT#

VLANs, Routing und NAT sind zentrale Mechanismen zur Netzwerksegmentierung und -verbindung: VLANs trennen ein physisches Netz logisch, Routing bestimmt den Weg zwischen Netzen, und NAT übersetzt private in öffentliche IP-Adressen.

VLANs (Virtual Local Area Networks)#

VLANs trennen ein physisches Netzwerk in logisch getrennte Segmente — ohne separate Hardware.

Wozu VLANs?#

Sicherheit: Abteilungen sind voneinander isoliert (z.B. Buchhaltung ↔ Gäste-WLAN)
Performance: Broadcast-Traffic wird auf das VLAN begrenzt
Flexibilität: Umzug = nur Konfiguration ändern, kein Kabelumbau

VLAN-Typen#

Typ	Zuweisung	Beschreibung
Port-basiert	Switchport → VLAN-ID	Einfachste Methode, Standardfall
MAC-basiert	MAC-Adresse → VLAN-ID	Unabhängig vom Port
Protokollbasiert	Protokoll (z.B. IP) → VLAN	Selten

Trunk vs. Access Port#

	Access Port	Trunk Port
Funktion	Verbindet Endgeräte	Verbindet Switches / Router
VLANs	Genau 1 VLAN	Mehrere VLANs
Tagging	Kein Tag (transparent)	IEEE 802.1Q-Tag im Frame
Beispiel	PC, Drucker	Uplink Switch↔Switch, Switch↔Router

IEEE 802.1Q Tagging#

flowchart LR
 A["Ethernet Frame\n(ohne Tag)"] --> B["Switch fügt Tag ein\n[Dest MAC][Src MAC][802.1Q Tag: VLAN-ID][Type][Data][FCS]"]
 B --> C["Trunk-Leitung\n(mehrere VLANs)"]
 C --> D["Nächster Switch\nliest VLAN-ID"]

Der 802.1Q-Tag enthält u.a.:

VPN — Virtual Private Network

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

VPN (Virtual Private Network)#

Ein VPN erstellt einen verschlüsselten Tunnel durch ein unsicheres Netzwerk (z.B. das Internet), sodass entfernte Standorte oder Nutzer so kommunizieren können, als wären sie direkt verbunden.

VPN-Arten#

flowchart TD
 A["VPN-Typen"] --> B["Site-to-Site VPN\n(Standort ↔ Standort)"]
 A --> C["Remote Access VPN\n(Einzelner Nutzer ↔ Firmennetz)"]
 A --> D["SSL/TLS VPN\n(browserbasiert)"]
 B --> E["Zwei Firmenstandorte\npermanent verbunden"]
 C --> F["Homeoffice-Mitarbeiter\nverbindet sich ins Büronetz"]
 D --> G["Zugriff per HTTPS\nkein Client nötig"]

Site-to-Site vs. Remote Access#

	Site-to-Site	Remote Access
Verbindet	Netz ↔ Netz	Einzelner Client ↔ Netz
Authentifizierung	Zertifikate / Pre-Shared Key	Benutzername + Passwort / Zertifikat
Konfiguration	Auf VPN-Gateways (Router/Firewall)	VPN-Client auf Endgerät
Typisch	Zweigstellen	Homeoffice, Außendienst

VPN-Protokolle#

Protokoll	Port	Merkmale
IPsec	UDP 500/4500	Industriestandard, sehr sicher; zwei Modi: Tunnel (ganzes Paket) / Transport (nur Payload)
OpenVPN	UDP/TCP 1194	Open Source, sehr flexibel, TLS-basiert
WireGuard	UDP 51820	Modern, sehr schnell, schlanker Code
L2TP/IPsec	UDP 1701	L2TP für Tunnel + IPsec für Verschlüsselung
PPTP	TCP 1723	Veraltet, unsicher — nicht mehr verwenden!
SSL/TLS VPN	TCP 443	Browserbasiert, kein extra Client, gut durch Firewalls

IPsec — Modi und Phasen#

Zwei Betriebsmodi:

WLAN-Grundlagen

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

WLAN-Grundlagen#

WLAN (Wireless Local Area Network) ermöglicht drahtlose Netzwerkkommunikation auf Basis des IEEE 802.11-Standards. Es arbeitet auf OSI-Schicht 1 (Physical) und 2 (Data Link).

IEEE 802.11 Standards im Überblick#

Standard	Jahr	Frequenz	Max. Brutto-Bandbreite	Reichweite (innen)	Alltagsname
802.11b	1999	2,4 GHz	11 Mbit/s	~30 m	–
802.11g	2003	2,4 GHz	54 Mbit/s	~30 m	–
802.11a	1999	5 GHz	54 Mbit/s	~15 m	–
802.11n	2009	2,4 / 5 GHz	600 Mbit/s	~70 m	Wi-Fi 4
802.11ac	2013	5 GHz	6,9 Gbit/s	~35 m	Wi-Fi 5
802.11ax	2019	2,4 / 5 / 6 GHz	9,6 Gbit/s	~30 m	Wi-Fi 6
802.11be	2024	2,4 / 5 / 6 GHz	46 Gbit/s	–	Wi-Fi 7

Prüfungsrelevant: 802.11n (Wi-Fi 4), 802.11ac (Wi-Fi 5), 802.11ax (Wi-Fi 6) kennen und zuordnen können.