Netzwerktechnik Praktikum Anleitung

1. Grundlagen der Netzwerktechnik (Network Basics)

Binär zu Dezimal (Binary to Decimal)

In der Netzwerktechnik ist es wichtig, zwischen Binär- und Dezimalzahlen umrechnen zu können:

00000000 = 0
11111111 = 255 = 1 + 2 + 4 + 8 + 16 + 32 + 64 + 128
01000011 = 67 = 1 + 2 + 64

Dezimal zu Binär (Decimal to Binary)

255 = 11111111 = 1 + 2 + 4 + 8 + 16 + 32 + 64 + 128
38 = 00100110 = 2 + 4 + 32

Tipp: Jede Position in einer 8-Bit-Binärzahl hat einen Wert: 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1 (von links nach rechts).

IPv4-Adressen bestehen aus 32 Bit, aufgeteilt in 4 Oktette zu je 8 Bit:

Erste Adresse: 0.0.0.0
Letzte Adresse: 255.255.255.255
Beispiel: 192.168.2.1

IPv4 Address Format:

185 . 107 . 80 . 231
Oktet  Oktet  Oktet  Oktet

10110001.01101011.01010000.11100111
1 Byte = 8 Bits   1 Byte = 8 Bits   1 Byte = 8 Bits   1 Byte = 8 Bits
              
4 Bytes = 32 Bits

Subnetzmakse (Subnet Mask)

Die Subnetzmakse definiert, welcher Teil der IP-Adresse das Netzwerk und welcher Teil den Host identifiziert:

Standardsubnetzmakse für Klasse C: 255.255.255.0 (oder /24)
Bei dieser Maske sind die ersten 24 Bits für die Netzwerk-ID und die letzten 8 Bits für die Host-ID reserviert.

Tipp: Um festzustellen, ob zwei Geräte im selben Netzwerk sind, wenden Sie die Subnetzmakse auf beide IP-Adressen an - wenn das Ergebnis gleich ist, sind sie im selben Netzwerk.

2. Direkte Verbindung (Direct Connection)

Aufgabe 1.1.1: Direkte Verbindung

Verbindet zwei Laptops per LAN-Kabel (RJ45) miteinander und führt einen Ping zwischen den beiden Laptops durch.

Besorgt euch zwei Laptops und ein RJ45-LAN-Kabel (Netzwerkkabel).
Verbindet beide Laptops direkt mit dem Kabel.
Konfiguriert die IP-Adressen auf beiden Laptops:
- Windows: Netzwerkeinstellungen → Adapteroptionen ändern → Rechtsklick auf LAN-Verbindung → Eigenschaften → Internet Protocol Version 4 (TCP/IPv4) → Eigenschaften
- Statische IP-Adressen im gleichen Netzwerk vergeben:
  Laptop 1: IP: 192.168.1.1, Subnetzmaske: 255.255.255.0
  Laptop 2: IP: 192.168.1.2, Subnetzmaske: 255.255.255.0
Öffnet die Kommandozeile (cmd) und testet die Verbindung mittels Ping:
# Auf Laptop 1: ping 192.168.1.2 # Auf Laptop 2: ping 192.168.1.1

Was ist ein "Ping"? Ein Ping ist ein Diagnose-Werkzeug, das ICMP Echo Request-Pakete an einen Zielhost sendet und auf Antworten wartet. Es wird verwendet, um die Erreichbarkeit eines Hosts zu testen und die Übertragungszeit zu messen.

Achtung: Falls der Ping nicht funktioniert, überprüft folgende Punkte:

Sind die IP-Adressen korrekt konfiguriert?
Ist die Windows-Firewall eventuell ein Hindernis? (ICMP könnte blockiert sein)
Funktioniert das Netzwerkkabel? (Leuchten die LAN-LEDs?)

3. Indirekte Verbindung (Indirect Connection)

Aufgabe 1.1.2: Indirekte Verbindung

Schafft nun aus mehreren Laptops ein LAN. Bei diesem sollen alle Geräte miteinander kommunizieren können.

Besorgt euch einen Netzwerk-Switch als zwischengeschaltetes Gerät.
Verbindet alle Laptops mit LAN-Kabeln mit dem Switch.
Konfiguriert IP-Adressen auf allen Laptops im gleichen Netzwerk:
- Laptop 1: 192.168.1.1/24
- Laptop 2: 192.168.1.2/24
- Laptop 3: 192.168.1.3/24
- usw.
Testet die Verbindung zwischen allen Geräten mit dem Ping-Befehl.

Was ist ein Switch? Ein Switch ist ein Netzwerkgerät, das mehrere Geräte in einem lokalen Netzwerk (LAN) verbindet. Im Gegensatz zu einem Hub leitet ein Switch Pakete nur an den spezifischen Port weiter, an dem das Zielgerät angeschlossen ist, was die Netzwerkeffizienz verbessert.

Indirekte Verbindung mit Switch:

Laptop 1 (192.168.1.1) -----+
                            |
Laptop 2 (192.168.1.2) -----+------ Switch -----+
                            |                    |
Laptop 3 (192.168.1.3) -----+                    +------ Optional: Router zum Internet
                                                 |
                                                 +
                                          Weitere Geräte

4. Routing zwischen Netzwerken (Routing Between Networks)

Aufgabe 1.1.3: Routing

Verbindet dieses LAN mit einem zweiten, neuen LAN. Dieses Netzwerk soll unabhängig vom anderen sein. Findet eine Möglichkeit, diese beiden Netzwerke miteinander kommunizieren zu lassen.

Erstellt ein zweites Netzwerk mit einem anderen IP-Bereich:
- Netzwerk 1: 192.168.1.0/24
- Netzwerk 2: 192.168.2.0/24
Verbindet beide Netze zunächst mit einem Switch:
- Konfiguriert Geräte im Netzwerk 1 mit IP-Adressen aus dem 192.168.1.0/24 Bereich
- Konfiguriert Geräte im Netzwerk 2 mit IP-Adressen aus dem 192.168.2.0/24 Bereich
Prüft: Können sich die Laptops der unterschiedlichen Netze jetzt anpingen? (Normalerweise nicht, da sie in verschiedenen Subnetzen sind)
Router als Vermittler einrichten:
- Verbindet den Router mit beiden Netzwerken
- Konfiguriert den Router mit je einer IP-Adresse in beiden Netzwerken:
  Interface 1: 192.168.1.254/24
  Interface 2: 192.168.2.254/24
- Aktiviert IP-Routing auf dem Router (siehe Router-Konfigurationsabschnitt)
Konfiguriert auf allen Geräten das Default-Gateway:
- Geräte in Netzwerk 1: Gateway = 192.168.1.254
- Geräte in Netzwerk 2: Gateway = 192.168.2.254
Testet die Verbindung zwischen den Netzwerken mit Ping.

Was ist ein Router? Ein Router ist ein Netzwerkgerät, das Datenpakete zwischen verschiedenen Netzwerken weiterleitet. Er arbeitet auf Schicht 3 (Netzwerkschicht) des OSI-Modells und verwendet IP-Adressen zur Weiterleitung.

Routing zwischen zwei Netzwerken:

Netzwerk 1 (192.168.1.0/24)                      Netzwerk 2 (192.168.2.0/24)
+-------------------+                           +-------------------+
|                   |                           |                   |
| Laptop 1.1        |                           | Laptop 2.1        |
| 192.168.1.1/24    |                           | 192.168.2.1/24    |
| Gateway: 1.254    |                           | Gateway: 2.254    |
|                   |                           |                   |
+--------+----------+                           +---------+---------+
         |                                                |
+--------+----------+                           +---------+---------+
|                   |                           |                   |
| Laptop 1.2        |                           | Laptop 2.2        |
| 192.168.1.2/24    |                           | 192.168.2.2/24    |
| Gateway: 1.254    |                           | Gateway: 2.254    |
|                   |                           |                   |
+--------+----------+                           +---------+---------+
         |                                                |
         |                                                |
         |          +---------------------+               |
         +----------| Router              |---------------+
                    | Interface 1: 1.254  |
                    | Interface 2: 2.254  |
                    +---------------------+

5. Knowledge Proof (Wissensüberprüfung)

Aufgabe 1.2: Knowledge Proof

Frage: Was ist die letztmögliche IP-Adresse in einem Netzwerk mit der Subnetzmaske 255.255.255.0 und der Netzadresse 10.10.10.0? Was ist die erstmögliche?

Antwort:

Netzadresse (Network Address): 10.10.10.0
Subnetzmaske (Subnet Mask): 255.255.255.0 (/24)
Erstmögliche Host-Adresse: 10.10.10.1
Letztmögliche Host-Adresse: 10.10.10.254
Broadcast-Adresse: 10.10.10.255

Erklärung: Bei einer /24 Subnetzmaske sind die ersten 24 Bits (die ersten drei Oktette) für die Netzwerk-ID reserviert, und die letzten 8 Bits für die Host-ID. Die Netzadresse hat alle Host-Bits auf 0, die Broadcast-Adresse hat alle Host-Bits auf 1. Die nutzbaren Host-Adressen liegen dazwischen.

Frage: Wie viele Hosts lassen sich in diesem Netzwerk gleichzeitig einbinden und warum?

Antwort: In einem Netzwerk mit einer /24 Subnetzmaske (255.255.255.0) können 254 Hosts eingebunden werden.

Erklärung: Bei 8 Bit für Host-Adressen gibt es theoretisch 2^8 = 256 mögliche Kombinationen. Davon müssen jedoch zwei abgezogen werden:

Die Netzadresse (alle Host-Bits sind 0)
Die Broadcast-Adresse (alle Host-Bits sind 1)

Daher: 256 - 2 = 254 nutzbare Host-Adressen

Frage: Was ist im Regelfall das Standardgateway im Netz 192.168.2.0/24?

Antwort: Im Regelfall wird oft die erste (.1) oder letzte nutzbare Adresse (.254) als Standardgateway verwendet. In einem 192.168.2.0/24 Netzwerk wäre das typischerweise entweder 192.168.2.1 oder 192.168.2.254.

Erklärung: Es gibt keine technische Regel, welche IP-Adresse als Gateway genutzt werden muss. Allerdings ist es eine weit verbreitete Konvention, entweder die erste (192.168.2.1) oder die letzte nutzbare Adresse (192.168.2.254) im Subnetz für das Gateway zu verwenden.

Frage: Was passiert, wenn zwei Laptops die gleiche IP-Adresse haben? Probiert es aus!

Antwort: Wenn zwei Geräte in einem Netzwerk die gleiche IP-Adresse verwenden, kommt es zu einem IP-Adresskonflikt. Dies führt zu unvorhersehbarem Verhalten der Netzwerkkommunikation für beide Geräte.

Erklärung: Typische Symptome:

Beide Geräte erhalten Fehlermeldungen über einen IP-Konflikt
Intermittierende Verbindungsverluste
Pakete werden an das falsche Gerät gesendet
Unzuverlässige Netzwerkverbindung für beide Geräte

In Windows erscheint normalerweise eine Benachrichtigung, die auf einen IP-Konflikt hinweist.

Frage: Wie wirkt sich eine Anpassung der Subnetzmaske an einem der PCs, ohne Änderung an den anderen Netzwerkteilnehmern, auf die Funktion des Netzwerkes aus?

Antwort: Wenn die Subnetzmaske nur auf einem PC geändert wird, kann dies dazu führen, dass dieser PC bestimmte andere Geräte nicht mehr erreichen kann, obwohl physisch alle im selben Netzwerk verbunden sind.

Erklärung:

Eine PC bestimmt anhand seiner IP-Adresse und Subnetzmaske, ob ein Zielgerät im gleichen Subnetz liegt
Wenn die Subnetzmaske nur auf einem PC geändert wird, ändert sich dessen Sicht des Netzwerks
Beispiel: Mit 192.168.1.10/24 wird ein PC mit 192.168.1.20 als im lokalen Netz angesehen. Mit 192.168.1.10/16 würde auch 192.168.2.20 als im lokalen Netz angesehen werden.
Dies kann zu Routing-Problemen führen, da der PC möglicherweise versucht, manche Pakete direkt zu senden, statt sie über das Gateway zu routen, oder umgekehrt.

6. Weiterführende Aufgaben (Advanced Tasks)

Aufgabe 1.3: Weiterführende Aufgaben

Frage: Was ist eine Routing-Tabelle und wie erstellt man Einträge in dieser?

Antwort: Eine Routing-Tabelle ist eine Datenstruktur, die von einem Router oder einem Gerät mit Routing-Funktionen verwendet wird, um zu bestimmen, wohin Netzwerkpakete weitergeleitet werden sollen.

Windows Routing-Tabelle anzeigen:

route print

Statische Route in Windows hinzufügen:

route ADD Zielnetzwerk MASK Subnetzmaske Gateway-IP

Beispiel:

route ADD 192.168.3.0 MASK 255.255.255.0 192.168.1.254

Cisco Router Routing-Tabelle anzeigen:

show ip route

Statische Route auf Cisco Router hinzufügen:

Router# config terminal
Router(config)# ip route Zielnetzwerk Subnetzmaske Next-Hop-IP
Router(config)# exit
Router# write mem

Beispiel:

Router# config terminal
Router(config)# ip route 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.2.1
Router(config)# exit
Router# write mem

Frage: Welche Dienste werden für einen Ping benötigt?

Antwort: Ping verwendet das Internet Control Message Protocol (ICMP), insbesondere die ICMP Echo Request und Echo Reply Nachrichten.

Erklärung:

ICMP ist ein Protokoll der Netzwerkschicht (Layer 3) im OSI-Modell
Ping sendet ein ICMP Echo Request (Typ 8) an das Zielgerät
Das Zielgerät antwortet mit einem ICMP Echo Reply (Typ 0)
Firewalls und Router müssen ICMP-Verkehr erlauben, damit Ping funktioniert
Ping benötigt keine speziellen Dienste auf Anwendungsebene, wie einen Server oder Daemon

Hinweis: In vielen Netzwerken werden ICMP-Nachrichten aus Sicherheitsgründen gefiltert oder blockiert, besonders an Netzwerkgrenzen.

Frage: Wenn du an deinem Handy eine Website aufrufen möchtest, musst du dafür keine IP im Browser aufrufen, sondern gibst nur eine URL ein. Woher weiß der Browser welche IP gefragt ist?

Antwort: Der Browser verwendet das Domain Name System (DNS), um den Domainnamen in eine IP-Adresse aufzulösen.

Der DNS-Auflösungsprozess:

Du gibst eine URL wie "www.example.com" ein
Der Browser prüft seinen lokalen Cache nach der IP-Adresse
Falls nicht gefunden, fragt das Gerät beim konfigurierten DNS-Server nach
Der DNS-Server löst den Namen auf und gibt die IP-Adresse zurück
Der Browser stellt nun eine Verbindung zur erhaltenen IP-Adresse her

Frage: Wie nennt sich die Technik/das Protokoll die dabei eingesetzt wird?

Antwort: Die Technik nennt sich "Domain Name System" (DNS). Das Protokoll verwendet typischerweise UDP auf Port 53 für einfache Abfragen und kann auf TCP für größere Antworten oder Zonentransfers zurückgreifen.

7. Router-Konfiguration (Router Configuration)

Router zurücksetzen und konfigurieren

Router ausschalten
Den Router via COM-Port zu RJ-45 am "Console" Steckerplatz verbinden
Einstellungen: Baud: 9600, Data-Bits: 8, Stop-Bits: 1, Parity: none, Flow-Control: none
Mit Putty oder anderem Terminalprogramm auf COM1 verbinden
Router anschalten und in den ersten 15 Sekunden STRG+Pause drücken
Folgende Commands eingeben:
confreg 0x2141 reset
Nach Neustart des Routers bei der Abfrage, ob eine Initialkonfiguration durchgeführt werden soll, "no" eingeben
Enter drücken
Danach folgende Commands eingeben:
en write erase y configure t config-register 0x2102 end
Den Router neustarten

Would you like to enter the initial configuration dialog? [yes/no]: yes
Would you like to enter basic management setup? [yes/no]: yes
Enter host name [Router]: <dein Hostname>
Enter enable secret: <Dein Secret Passwort>
Enter enable password: <Dein Passwort>
Enter virtual terminal password: <Dein Virtual Terminal Passwort>
Configure SNMP Network Management? [yes]: no
Enter interface name used to connect to the management network from the above interface summary: GigabitEthernetX/X (Kommt drauf an was für Interfaces der Router hat)
Use the 100 Base-TX (RJ-45) connector? [yes]: yes
Operate in full-duplex mode? [no]: auto
Configure IP on this interface? [yes]: yes
IP address for this interface: <IP-Adresse>
Subnet mask for this interface [255.255.0.0]: <Subnetzmaske>
[0] Go to the IOS command prompt without saving this config.
[1] Return back to the setup without saving this config.
[2] Save this configuration to nvram and exit.
Enter your selection [2]: 2

Privilegierte Rechte bekommen:

Router> enable
Password: 

Interface Konfiguration:

Router# config terminal
Router(config)# interface GigabitEthernetX/X
Router(config-if)# ip address  
Router(config-if)# no shutdown
Router(config-if)# exit
Router# write mem

Das Kommando no shutdown bewirkt, dass das Interface bei einem Neustart direkt angeschaltet wird.

IP-Routing aktivieren:

Router# config terminal
Router(config)# ip routing
Router(config)# exit
Router# write mem

Statische Routen hinzufügen:

Router# config terminal
Router(config)# ip route   
Router(config)# exit
Router# write mem

Beispiel:

Router# config terminal
Router(config)# ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.1.2
Router(config)# exit
Router# write mem

Nützliche Befehle zur Überprüfung:

Router# show ip route
Router# show running-config interface GigabitEthernetX/X

8. Nützliche Befehle (Useful Commands)

ipconfig /all - Zeigt detaillierte Netzwerkkonfiguration an
ping [IP-Adresse] - Testet die Verbindung zu einem Gerät
tracert [IP-Adresse] - Zeigt den Weg eines Pakets zum Ziel
netstat -an - Zeigt alle aktiven Netzwerkverbindungen
nslookup [Domainname] - Löst einen Domainnamen in eine IP-Adresse auf
route print - Zeigt die Routing-Tabelle an
route add [Netzwerkadresse] mask [Subnetzmaske] [Gateway] - Fügt eine statische Route hinzu
arp -a - Zeigt die ARP-Tabelle (IP zu MAC-Adresse Zuordnung) an

Basis-Befehle:

show running-config - Zeigt die aktuelle Konfiguration
show ip interface brief - Übersicht aller Interfaces mit IP-Adressen
show ip route - Zeigt die Routing-Tabelle
ping [IP-Adresse] - Testet die Verbindung zu einem Gerät
traceroute [IP-Adresse] - Zeigt den Weg eines Pakets zum Ziel

Konfigurationsbefehle:

enable - Wechselt in den privilegierten Modus
configure terminal - Wechselt in den Konfigurationsmodus
interface [Interface-Name] - Konfiguriert ein bestimmtes Interface
ip address [IP-Adresse] [Subnetzmaske] - Setzt die IP-Adresse eines Interfaces
no shutdown - Aktiviert ein Interface
ip route [Zielnetzwerk] [Subnetzmaske] [Nächster Hop] - Fügt eine statische Route hinzu
write memory oder copy running-config startup-config - Speichert die Konfiguration

9. Glossar: Deutsch-Englisch Terminologie

Deutsch	English	Erklärung
Netzwerktechnik	Network Technology	Die Technologie zur Verbindung von Computern und anderen Geräten
Direkte Verbindung	Direct Connection	Eine direkte Verbindung zwischen zwei Geräten ohne zwischengeschaltete Netzwerkgeräte
Indirekte Verbindung	Indirect Connection	Eine Verbindung über Netzwerkgeräte wie Switches oder Router
Subnetzmaske	Subnet Mask	Eine 32-Bit-Zahl, die angibt, welche Bits einer IP-Adresse das Netzwerk und welche den Host identifizieren
Router	Router	Ein Gerät, das Datenpakete zwischen verschiedenen Netzwerken weiterleitet
Switch	Switch	Ein Gerät, das Datenpakete zwischen Geräten in einem lokalen Netzwerk vermittelt
Netzwerkadresse	Network Address	Die Adresse, die ein gesamtes Netzwerk identifiziert (erste Adresse im Subnetz)
Broadcast-Adresse	Broadcast Address	Die Adresse, die zur Kommunikation mit allen Geräten im Netzwerk verwendet wird (letzte Adresse im Subnetz)
Gateway	Gateway	Ein Gerät, das als Eingangs- und Ausgangspunkt eines Netzwerks dient
Routing-Tabelle	Routing Table	Eine Tabelle, die angibt, wohin Netzwerkpakete weitergeleitet werden sollen
IP-Adresse	IP Address	Eine numerische Kennung, die jedem Gerät in einem Netzwerk zugewiesen wird
Ping	Ping	Ein Netzwerkwerkzeug zur Überprüfung der Erreichbarkeit eines Hosts
DHCP	DHCP	Dynamic Host Configuration Protocol - Protokoll zur automatischen Zuweisung von IP-Adressen
DNS	DNS	Domain Name System - System zur Auflösung von Domainnamen in IP-Adressen
LAN	LAN	Local Area Network - Ein Netzwerk, das einen begrenzten Bereich abdeckt
Netzwerkschnittstelle	Network Interface	Hardware, die ein Gerät mit einem Netzwerk verbindet

Inhaltsverzeichnis (Table of Contents)

1. Grundlagen der Netzwerktechnik (Network Basics)

Binär zu Dezimal (Binary to Decimal)

Dezimal zu Binär (Decimal to Binary)

IPv4 Address Format:

Subnetzmakse (Subnet Mask)

2. Direkte Verbindung (Direct Connection)

Aufgabe 1.1.1: Direkte Verbindung

3. Indirekte Verbindung (Indirect Connection)

Aufgabe 1.1.2: Indirekte Verbindung

Indirekte Verbindung mit Switch:

4. Routing zwischen Netzwerken (Routing Between Networks)

Aufgabe 1.1.3: Routing

Routing zwischen zwei Netzwerken:

5. Knowledge Proof (Wissensüberprüfung)

Aufgabe 1.2: Knowledge Proof

6. Weiterführende Aufgaben (Advanced Tasks)

Aufgabe 1.3: Weiterführende Aufgaben

Windows Routing-Tabelle anzeigen:

Statische Route in Windows hinzufügen:

Beispiel:

Cisco Router Routing-Tabelle anzeigen:

Statische Route auf Cisco Router hinzufügen:

Beispiel:

7. Router-Konfiguration (Router Configuration)

Router zurücksetzen und konfigurieren

Privilegierte Rechte bekommen:

Interface Konfiguration:

IP-Routing aktivieren:

Statische Routen hinzufügen:

Beispiel:

Nützliche Befehle zur Überprüfung:

8. Nützliche Befehle (Useful Commands)

Basis-Befehle:

Konfigurationsbefehle:

9. Glossar: Deutsch-Englisch Terminologie

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