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.

Elektrotechnik-Grundlagen#

Grundlegendes elektrotechnisches Wissen ist Voraussetzung, um PC-Hardware, Netzteile und Stromversorgung (USV, RZ-Verkabelung) zu verstehen und sicher damit zu arbeiten.

Grundgrößen#

Ohmsches Gesetz#

U = R × I        (Spannung = Widerstand × Strom)

Daraus abgeleitet:

ESD-Schutz & Elektro-Arbeitsschutz#

Bei Hardwarearbeiten drohen zwei unterschiedliche Gefahren: ESD kann Bauteile unbemerkt zerstören, elektrische Spannung kann Personen verletzen. Beide Risiken erfordern eigene Schutzmaßnahmen.

ESD (Electrostatic Discharge)#

Elektronische Bauteile (CPU, RAM, Mainboard) enthalten hochempfindliche Halbleiterstrukturen, die bereits durch wenige hundert Volt statischer Aufladung beschädigt werden können — oft ohne dass der Schaden sofort bemerkt wird (latenter Defekt, Ausfall erst nach Wochen).

Wie entsteht ESD?#

Durch Reibung (z. B. Laufen über Teppich, Kleidung) lädt sich der menschliche Körper elektrostatisch auf. Beim Berühren eines Bauteils entlädt sich diese Spannung schlagartig über die empfindliche Elektronik.

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.

Adressklassen (historisch, heute CIDR):

Private IP-Bereiche (nicht im Internet routbar):

ISO/OSI Modell#

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

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:

Kühlung: Luft- und Wasserkühlung#

CPU und GPU erzeugen im Betrieb Abwärme, die zuverlässig abgeführt werden muss — sonst drosselt die Hardware ihre Leistung (Thermal Throttling) oder nimmt Schaden.

Luftkühlung#

Die häufigste und günstigste Kühlmethode: ein Kühlkörper (meist Aluminium/Kupfer) mit Lüfter leitet Wärme von der CPU/GPU an die Umgebungsluft ab.

┌─────────────┐
│   Lüfter    │  → bläst Luft durch die Kühlrippen
├─────────────┤
│ Kühlrippen  │  → vergrößern die Oberfläche für Wärmeabgabe
├─────────────┤
│ Kühlkörper  │  → Kupfer/Aluminium, direkter Kontakt zur CPU
├─────────────┤
│ Wärmeleitpaste│ → füllt Mikro-Unebenheiten zwischen CPU und Kühlkörper
├─────────────┤
│     CPU     │
└─────────────┘

Wasserkühlung (Flüssigkühlung)#

Eine Kühlflüssigkeit transportiert die Wärme von der CPU/GPU zu einem Radiator, der sie mit Lüftern an die Luft abgibt.

Netzwerkdokumentation & Netzwerkplan#

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

Physischer vs. Logischer Netzwerkplan#

Physischer Netzwerkplan#

Zeigt die reale physische Infrastruktur:

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#

Bus-Topologie#

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

Netzzugriffsverfahren#

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

Ein Netzzugriffsverfahren dient der Steuerung des Zugriffs auf ein Medium.

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:

PC-Komponenten & Mainboard#

Das Mainboard verbindet alle Komponenten eines Computers über Busse und Schnittstellen miteinander.

Überblick: Zentrale Komponenten#

CPU-Sockel#

Der Sockel bestimmt, welche CPUs auf einem Mainboard verbaut werden können — Sockel und CPU müssen zueinander passen.