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Lektion 8

Netzwerk und Internet

Lernziele: Du kannst Netzwerkgeräte unterscheiden, eine IPv4-Adresse binär darstellen, mit der Subnetzmaske das Netz und die Zahl der Geräte bestimmen und Übertragungsraten umrechnen.

Was ein Netzwerk ist

Ein Netzwerk verbindet Geräte, damit sie Daten austauschen. Nach Größe unterscheidet man:

  • LAN (Local Area Network): ein lokales Netz, z. B. im Haus oder Gemeindehaus
  • WLAN: ein LAN per Funk
  • WAN (Wide Area Network): verbindet weit entfernte Netze
  • Internet: der weltweite Verbund sehr vieler Netze

Wichtige Geräte

  • Switch: verbindet Geräte innerhalb eines Netzes und leitet Daten gezielt an den richtigen Anschluss.
  • Router: verbindet verschiedene Netze, z. B. das Heimnetz mit dem Internet.
  • Access Point: stellt das WLAN bereit. Bei Heimgeräten ist er oft im Router eingebaut.
  • Modem: wandelt Signale für die Leitung des Anbieters um. Oft ist es ebenfalls im Router enthalten.

Pakete und Protokolle

Daten werden nicht am Stück gesendet, sondern in kleine Pakete zerlegt. Jedes Paket trägt die Adresse von Absender und Empfänger, kann einen eigenen Weg nehmen und wird am Ziel wieder zusammengesetzt. Damit alle Geräte einander verstehen, gibt es Protokolle, also vereinbarte Regeln, z. B. IP (Adressierung), HTTP/HTTPS (Webseiten) und DHCP (automatische Adressvergabe).

IPv4-Adressen sind Binärzahlen

Jedes Gerät im Netz hat eine IP-Adresse. Eine IPv4-Adresse besteht aus 32 Bit, aufgeteilt in 4 Byte. Schreibt man jedes Byte als Dezimalzahl und trennt mit Punkten, entsteht die gewohnte Form, z. B. 192.168.178.20:

192      .  168      .  178      .  20
11000000 .  10101000 .  10110010 .  00010100

Jede der vier Zahlen liegt zwischen 0 und 255, denn ein Byte kann 2⁸ = 256 Werte darstellen.

Wie viele Adressen gibt es? 2³² = 4 294 967 296, also etwa 4,3 Milliarden. Das reicht für heutige Geräte nicht mehr. Der Nachfolger IPv6 nutzt 128 Bit und bietet etwa 3,4 × 10³⁸ Adressen.

Private und öffentliche Adressen

Drei Bereiche sind für lokale Netze reserviert und werden im Internet nicht weitergeleitet:

Bereich Beispiel
10.0.0.0 bis 10.255.255.255 10.0.0.15
172.16.0.0 bis 172.31.255.255 172.20.1.7
192.168.0.0 bis 192.168.255.255 192.168.178.20

Alle Geräte im Haus haben private Adressen. Nach außen tritt der Router mit einer öffentlichen Adresse auf und übersetzt zwischen innen und außen (NAT). So reichen wenige öffentliche Adressen für viele Geräte.

Die Subnetzmaske

Eine IP-Adresse besteht aus einem Netzanteil (welches Netz?) und einem Geräteanteil (welches Gerät darin?). Die Subnetzmaske legt fest, wo die Grenze liegt. Eine 1 in der Maske steht für den Netzanteil, eine 0 für den Geräteanteil.

255.255.255.0  =  11111111.11111111.11111111.00000000

Das sind 24 Einsen. Man schreibt kurz /24. Die Adresse 192.168.178.20/24 gehört also zum Netz 192.168.178.0. Die ersten drei Byte sind das Netz, das letzte Byte ist das Gerät.

Wie viele Geräte passen in ein Netz?

Im Geräteanteil gibt es n Bit, also 2ⁿ Kombinationen. Zwei davon sind reserviert: die Netzadresse (alle Geräte-Bits 0) und die Broadcast-Adresse (alle Geräte-Bits 1, Nachricht an alle). Nutzbar sind also 2ⁿ − 2 Adressen.

Präfix Subnetzmaske Geräte-Bits Nutzbare Adressen
/24 255.255.255.0 8 254
/25 255.255.255.128 7 126
/26 255.255.255.192 6 62
/27 255.255.255.224 5 30
/28 255.255.255.240 4 14

Die Netzadresse berechnen

Man verknüpft Adresse und Maske bitweise mit UND (nur 1 und 1 ergibt 1). Beispiel: 192.168.178.70 mit /26 (Maske 255.255.255.192). Es genügt das letzte Byte:

70   = 01000110
192  = 11000000
UND  = 01000000  =  64

Das Netz heißt 192.168.178.64. Die Broadcast-Adresse entsteht, wenn alle Geräte-Bits auf 1 gesetzt werden: 01111111 = 127, also 192.168.178.127. Nutzbar sind .65 bis .126, das sind 62 Adressen.

Gateway, DHCP und DNS

  • Standardgateway: die Adresse des Routers, an den alle Pakete gehen, die nicht ins eigene Netz gehören (z. B. 192.168.178.1).
  • DHCP: vergibt Geräten beim Anmelden automatisch eine Adresse und die nötigen Einstellungen.
  • DNS: übersetzt Namen wie beispiel.de in IP-Adressen.

Übertragungsrate: Bit oder Byte?

Anschlüsse werden in Megabit pro Sekunde (Mbit/s) angegeben, Dateien in Megabyte (MB). Weil 1 Byte = 8 Bit, gilt: Mbit/s ÷ 8 = MB/s.

Beispiel: 100 Mbit/s = 12,5 MB/s. Eine 500-MB-Datei braucht im Idealfall 500 ÷ 12,5 = 40 Sekunden. In der Praxis dauert es etwas länger.

Sicherheit im Netz

  • HTTPS verschlüsselt die Verbindung zu Webseiten. Bei Passwörtern und Zahlungen ist es Pflicht.
  • Das WLAN sollte mit WPA2 oder WPA3 und einem langen Passwort geschützt sein.
  • In öffentlichen WLANs können andere mitlesen. Ein VPN verschlüsselt die Verbindung.

Merke: Eine IPv4-Adresse hat 32 Bit in 4 Byte. Die Subnetzmaske trennt Netz- und Geräteanteil. Bei n Geräte-Bits gibt es 2ⁿ − 2 nutzbare Adressen. Mbit/s geteilt durch 8 ergibt MB/s.