Modul 0 bis 6

Netzlabor Reflexion

M0
Grundlage

Filius als Netzwerklabor

Kernideen

Filius macht Netzwerke sichtbar. Geräte, Kabel, Adressen und Dienste werden erst aufgebaut und danach im laufenden Netz getestet.

Entwurfsmodus
Geräte platzieren, Kabel ziehen, Namen vergeben, IP-Adresse, Netzmaske, Gateway und DNS-Server eintragen.
Aktionsmodus
Programme starten, Serverdienste aktivieren, Verbindungen testen und Datenpakete beobachten.
Geräte
Notebook als Client, Rechner als Server, Switch für ein LAN, Vermittlungsrechner als Router.
Software
Ein Gerät kann erst etwas tun, wenn die passende Software installiert ist.

Zwei Arbeitsphasen

BauenTopologie, Adressen, Namen, Software und Dienste vorbereiten.
Testenping, Browser, Echo, DNS, DHCP und Mail im laufenden Netz prüfen.

In Filius ist das Netz kein abstrakter Text. Jede Verbindung und jeder Fehler wird sichtbar.

M1
Erstes LAN

IP-Adresse, Netzmaske und ping

Kernideen

Zwei Geräte können direkt miteinander kommunizieren, wenn sie korrekt verbunden sind und passende Adressen im selben Netz besitzen.

IP-Adresse
Jedes Gerät braucht im Netz eine eindeutige Adresse, zum Beispiel 192.168.0.10.
Netzmaske
255.255.255.0 bedeutet: Die ersten drei Blöcke beschreiben das Netz, der letzte Block das Gerät.
Gleiches Netz
192.168.0.10 und 192.168.0.11 passen zusammen, weil der Netzanteil gleich ist.
ping
Ein Erreichbarkeitstest mit ICMP Echo Request und ICMP Echo Reply.

Mini-LAN

Client_10192.168.0.10
ping
Client_11192.168.0.11

Bei doppelten IP-Adressen ist nicht mehr eindeutig, welches Gerät gemeint ist. In echten Netzen führt das zu schwer auffindbaren Fehlern.

M2
Mehr Geräte

Switch, Echo-Server, Port und TCP

Kernideen

Ein Switch verbindet mehrere Geräte in einem gemeinsamen LAN. Der Echo-Server zeigt zum ersten Mal eine echte Client-Server-Kommunikation.

Switch
Verbindet mehrere Geräte lokal. Er braucht dafür selbst keine IP-Adresse.
Echo-Server
Sendet empfangene Nachrichten unverändert zurück. Dadurch wird die Verbindung leicht prüfbar.
Port
Die IP-Adresse findet das Gerät. Der Port findet den Dienst auf diesem Gerät.
Socket
IP-Adresse und Port zusammen zeigen eindeutig auf eine laufende Anwendung.
TCP
Vor den Nutzdaten wird die Verbindung aufgebaut. Das sieht man im Datenaustausch.

LAN mit Switch

Client_10Einfacher Client
Client_11Einfacher Client
Switchein LAN
Echo_12192.168.0.12
Port 55555Echo-Dienst

Mehrere Clients können denselben Server ansprechen. Die Kombination aus Adresse und Port trennt die Verbindungen.

M3
Web im LAN

Webserver, HTML, HTTP und DNS

Kernideen

Ein Browser fordert eine Webseite an. Der Webserver sendet HTML zurück. DNS macht daraus einen lesbaren Namen statt einer IP-Adresse.

Webserver
Speichert und liefert die Datei index.html, meistens über HTTP und Port 80.
Browser
Sendet die Anfrage, empfängt HTML und stellt daraus die sichtbare Webseite dar.
HTTP
Regelt Anfrage und Antwort zwischen Browser und Webserver.
DNS
Übersetzt www.netzlabor.de in 192.168.0.12.
HTML
Beschreibt Inhalt und Struktur der Webseite. Der Browser interpretiert die Tags.

Aufruf einer Domain

1 DNS
Welche IP-Adresse gehört zu www.netzlabor.de?
2 IP
Der DNS-Server antwortet mit 192.168.0.12.
3 HTTP
Der Browser fordert beim Webserver die Startseite an.
4 HTML
Der Server sendet HTML. Der Browser baut daraus die Seite.
M4
Netze verbinden

Router, zwei Netze und Default Gateway

Kernideen

Ein Switch arbeitet nur innerhalb eines Netzes. Verschiedene IP-Netze brauchen einen Router, der Pakete zwischen ihnen weiterleitet.

Zwei Netze
Zum Beispiel 192.168.0.0/24 und 10.1.1.0/24.
Router
Hat in jedem angeschlossenen Netz eine eigene Adresse, zum Beispiel 192.168.0.1 und 10.1.1.1.
Gateway
Adresse des Routers im eigenen Netz. Dorthin gehen Pakete für fremde Netze.
Subnetz-Regel
Das Gateway eines Clients muss im selben Subnetz liegen wie der Client selbst.
Paketweg
Lokal zum Switch, bei fremdem Ziel zuerst zum Gateway, danach weiter ins andere Netz.

Routing

Netz A192.168.0.0/24
Gateway 192.168.0.1
Routervermittelt
Netz B10.1.1.0/24
Gateway 10.1.1.1

Die Netzmaske entscheidet, ob ein Ziel lokal erreichbar ist oder über das Gateway laufen muss.

M5
Automatische Konfiguration

DHCP und E-Mail-Server

Kernideen

DHCP verteilt Netzwerkeinstellungen automatisch. E-Mail verbindet mehrere Dienste: Namensauflösung, Benutzerkonten, Versand und Abruf.

DHCP
Vergibt IP-Adresse, Netzmaske, Gateway und DNS-Server an Clients.
Serveradresse
Server behalten feste IP-Adressen, damit Clients und DNS-Einträge zuverlässig funktionieren.
Mailserver
Verwaltet Benutzerkonten, Maildomain und Postfächer.
A-Record
Ordnet einem Servernamen eine IP-Adresse zu.
MX-Record
Legt fest, welcher Mailserver für eine Maildomain zuständig ist.
SMTP und POP3
SMTP sendet E-Mails zum Server. POP3 ruft E-Mails aus dem Postfach ab.

Dienste im Zusammenspiel

DHCPNetzwerkdaten verteilen
DNSServernamen und Mailserver finden
SMTPE-Mail zum Server senden
POP3E-Mail aus dem Postfach abrufen
Mailclientschreibt und liest
SMTP
POP3
MailserverKonten und Postfächer
M6
Abschluss

Das Gesamtbild: ein kleines Internetmodell

Kernideen

Ein funktionierendes Netzwerk braucht eindeutige Adressen, bekannte Wege, laufende Dienste und klare Regeln für die Kommunikation.

Adressierung
IP-Adresse und Netzmaske klären, zu welchem Netz ein Gerät gehört.
Vermittlung
Switches verbinden Geräte lokal. Router verbinden verschiedene Netze.
Namen
DNS macht Domainnamen nutzbar, obwohl Geräte technisch mit IP-Adressen arbeiten.
Dienste
Web, Echo, DHCP und E-Mail sind Programme, die über Ports und Protokolle erreichbar sind.
Automatisierung
DHCP nimmt Clients die manuelle Konfiguration ab. Server bleiben trotzdem fest adressiert.

Fünf Fragen an jedes Paket

Wer?Quelle und Ziel über IP-Adressen, Namen und DNS.
Wo?Eigenes Netz oder fremdes Netz.
Wohin?Direkt zum Ziel oder zuerst zum Default Gateway.
Womit?Passendes Protokoll, zum Beispiel HTTP, SMTP oder POP3.
Welcher Dienst?Der Port entscheidet, welches Programm angesprochen wird.
Begriffsnetz

Wichtige Bausteine

IP-AdresseEindeutige Adresse eines Geräts im jeweiligen Netz.
NetzmaskeTrennt Netzanteil und Geräteanteil einer Adresse.
SwitchVerbindet Geräte innerhalb desselben LANs.
RouterVerbindet verschiedene IP-Netze miteinander.
GatewayRouteradresse für Ziele außerhalb des eigenen Netzes.
DNSÜbersetzt Namen wie www.netzlabor.de in IP-Adressen.
PortOrdnet eine Verbindung einem bestimmten Dienst zu.
HTTPProtokoll für Webseiten zwischen Browser und Webserver.
DHCPVerteilt Netzwerkeinstellungen automatisch an Clients.
SMTPProtokoll zum Senden von E-Mails.
POP3Protokoll zum Abrufen von E-Mails.
MX-RecordDNS-Eintrag für den zuständigen Mailserver einer Domain.