DNS, DHCP & ARP#

DNS — Domain Name System#

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

Ohne DNS müsstest du 216.58.213.46 eingeben statt google.com.

DNS-Auflösung Schritt für Schritt#

sequenceDiagram
    participant C as Client
    participant R as Resolver (lokal)
    participant RNS as Root-Nameserver
    participant TNS as TLD-Nameserver (.de)
    participant ANS as Autoritativer NS
    C->>R: Was ist die IP von www.example.de?
    R->>R: Cache prüfen — nicht gefunden
    R->>RNS: Wer kennt .de?
    RNS->>R: TLD-NS für .de: 1.2.3.4
    R->>TNS: Wer kennt example.de?
    TNS->>R: Auth-NS: 5.6.7.8
    R->>ANS: Was ist www.example.de?
    ANS->>R: 93.184.216.34
    R->>C: 93.184.216.34 (wird gecacht)

DNS-Record-Typen#

Record	Bedeutung	Beispiel
A	IPv4-Adresse	`example.com → 93.184.216.34`
AAAA	IPv6-Adresse	`example.com → 2606:2800:220:1::93`
CNAME	Alias (Canonical Name)	`www.example.com → example.com`
MX	Mail-Server	`example.com → mail.example.com` (Prio 10)
NS	Nameserver der Domain	`example.com → ns1.example.com`
PTR	Reverse DNS (IP → Name)	`34.216.184.93.in-addr.arpa → example.com`
TXT	Freitext (SPF, DKIM)	`"v=spf1 include:..."`
SOA	Start of Authority (Zonen-Info)	Seriennummer, Refresh, Retry

DNS-Ports#

UDP 53 — normale Anfragen (bis 512 Byte)
TCP 53 — Zonentransfers, große Antworten

Rekursiv vs. Iterativ#

	Rekursiv	Iterativ
Wer löst auf?	Resolver löst komplett auf	Client fragt selbst jeden NS
Typisch für	Client → lokaler Resolver	Resolver → Root/TLD/Auth-NS

DHCP — Dynamic Host Configuration Protocol#

DHCP verteilt automatisch IP-Konfigurationen an Clients.

Was DHCP verteilt:

IP-Adresse + Subnetzmaske
Default Gateway
DNS-Server
Leasetime (wie lange die IP gültig ist)
Optional: NTP-Server, WINS, Domain-Name

DORA-Prozess#

sequenceDiagram
    participant C as Client
    participant S as DHCP-Server
    C->>S: DISCOVER (Broadcast: Gibt es einen DHCP-Server?)
    S->>C: OFFER (Ich biete dir 192.168.1.50 an)
    C->>S: REQUEST (Ich nehme 192.168.1.50)
    S->>C: ACKNOWLEDGE (Bestätigt! Lease: 24h)
    Note over C,S: Client konfiguriert sich mit der IP

Schritt	Beschreibung	Richtung
Discover	Client sucht per Broadcast nach DHCP-Server	Broadcast
Offer	Server bietet eine IP an	Unicast/Broadcast
Request	Client fordert die angebotene IP an	Broadcast
Acknowledge	Server bestätigt die IP-Vergabe	Unicast/Broadcast

Wichtige DHCP-Konzepte#

Begriff	Erklärung
Lease	Zeitlich begrenzte IP-Vergabe (z.B. 24h)
Lease Renewal	Client verlängert Lease automatisch bei 50% der Laufzeit
IP-Pool (Scope)	Bereich der verteilbaren Adressen (z.B. 192.168.1.100–200)
Reservation	Feste IP für bestimmte MAC-Adresse (z.B. für Drucker)
Exclusion	IPs aus dem Pool ausschließen (z.B. für statische Geräte)
DHCP-Relay	Leitet DHCP-Broadcasts zu Server in anderem Subnetz weiter

ARP — Address Resolution Protocol#

ARP löst IP-Adressen in MAC-Adressen auf — nötig für die Kommunikation im lokalen Netz (Layer 2).

IP-Adresse = Logische Adresse (Layer 3) → für Routing MAC-Adresse = Physische Adresse (Layer 2) → für Übertragung im LAN

ARP-Ablauf#

sequenceDiagram
    participant A as PC A (192.168.1.10)
    participant B as PC B (192.168.1.20)
    participant N as Alle anderen
    A->>N: ARP Request (Broadcast):\n"Wer hat 192.168.1.20?\nSag es 192.168.1.10 / AA:BB:CC:DD:EE:FF"
    B->>A: ARP Reply (Unicast):\n"192.168.1.20 ist bei 11:22:33:44:55:66"
    Note over A: ARP-Cache aktualisiert

ARP-Cache#

Antworten werden gecacht (Linux: arp -n, Windows: arp -a)
Standardmäßig für einige Minuten gültig

Gratuitous ARP#

Ein Gerät sendet einen ARP-Request für seine eigene IP:

Prüft, ob die IP schon vergeben ist
Aktualisiert andere Geräte (z.B. nach IP-Wechsel oder Failover)

ARP-Spoofing (Sicherheitsrisiko)#

Ein Angreifer sendet gefälschte ARP-Replies → leitet Datenverkehr auf sich um (Man-in-the-Middle).

Gegenmaßnahme: Dynamic ARP Inspection (DAI) auf managed Switches

Zusammenspiel der drei Protokolle#

flowchart LR
    A["Neues Gerät\nkommt ins Netz"] --> B["DHCP\nbekommt IP, GW, DNS"]
    B --> C["DNS\nlöst Domainnamen auf → IP"]
    C --> D["ARP\nlöst Ziel-IP → MAC-Adresse auf"]
    D --> E["Datenübertragung\nper Ethernet Frame"]

Siehe auch#

ipv4 ipv6 subnetting — IPv4/IPv6-Grundlagen und Subnetting
protokolle ports — Vollständige Protokoll- und Portübersicht
vlan routing nat — NAT und Routing im LAN
osi modell — Einordnung der Protokolle in die OSI-Schichten
tcp ip — TCP/IP-Schichtenmodell mit DNS/DHCP in Schicht 4
[[../06_it-sicherheit/malware]] — ARP-Spoofing als Angriffsmethode

DNS DHCP ARP