Netzwerkgrundlagen

Das OSI-Referenzmodell

📂 Grundlagen🕐 ~10 Min. Lesezeit🔄 2026-06-10

Was ist das OSI-Modell?

Das OSI-Modell (Open Systems Interconnection Model) ist ein konzeptionelles Referenzmodell, das die Kommunikation in Computernetzwerken in 7 aufeinander aufbauende Schichten aufteilt. Es wurde 1984 von der ISO standardisiert (ISO 7498) und dient heute hauptsächlich als gemeinsames Vokabular zur Beschreibung von Netzwerkprotokollen und zur Fehlerdiagnose.

In der Praxis hat das TCP/IP-Modell mit 4 Schichten das OSI-Modell technisch abgelöst. Das OSI-Modell bleibt aber als Lernmodell und Referenzrahmen unverzichtbar – besonders in Zertifizierungen wie CCNA, CompTIA Network+ oder Microsoft-Prüfungen.

Merkhilfe: Die 7 Schichten von oben nach unten: „Alle Deutschen Studenten Trinken Verschiedene Sorten Bier" (Anwendung – Darstellung – Sitzung – Transport – Vermittlung – Sicherung – Bitübertragung).

Übersicht der 7 Schichten

Abb. 1 – OSI-Referenzmodell mit deutschen Schichtbezeichnungen und Beispielprotokollen

Die 7 Schichten im Detail

#	Schicht (DE / EN)	Aufgabe	Protokolle / Geräte
7	Anwendungsschicht Application Layer	Schnittstelle zwischen Netzwerk und Anwendungssoftware	HTTP, HTTPS, FTP, SMTP, DNS, SNMP, SSH
6	Darstellungsschicht Presentation Layer	Datenkodierung, Komprimierung, Verschlüsselung	SSL/TLS, MIME, JPEG, PNG, ASCII, Unicode
5	Sitzungsschicht Session Layer	Aufbau, Verwaltung und Abbau von Sitzungen	NetBIOS, RPC, SMB-Session, NFS
4	Transportschicht Transport Layer	Ende-zu-Ende-Kommunikation, Segmentierung, Fehlerkorrektur	TCP (verbindungsorientiert), UDP (verbindungslos)
3	Vermittlungsschicht Network Layer	Logische Adressierung (IP) und Routing zwischen Netzwerken	IP, ICMP, OSPF, BGP, EIGRP → Router
2	Sicherungsschicht Data Link Layer	Physische Adressierung (MAC), Fehlererkennung, Framing	Ethernet, MAC-Adressen, STP, PPP → Switch, Bridge
1	Bitübertragungsschicht Physical Layer	Übertragung von Bits als elektrische, optische oder Funksignale	Kupferkabel, Glasfaser, WLAN (802.11) → Hub, NIC

Praxis-Relevanz für Admins

Schicht 1–2 – Physische & MAC-Probleme

Kein Link? → Schicht 1 prüfen: Kabel, Port, LED. Broadcast-Stürme oder Loops? → STP auf Schicht 2.

Schicht 3 – IP & Routing

ping 8.8.8.8              # Erreichbarkeit testen
tracert 8.8.8.8           # Windows – Routenpfad anzeigen
traceroute 8.8.8.8        # Linux   – Routenpfad anzeigen
route print               # Windows – Routing-Tabelle
ip route show             # Linux   – Routing-Tabelle

Schicht 4 – TCP/UDP & Ports

netstat -ano                                          # Windows – offene Verbindungen
ss -tulpn                                             # Linux   – Ports & Prozesse
Test-NetConnection -ComputerName server01 -Port 443   # PowerShell

Tipp: Bei der Fehlersuche immer Bottom-Up vorgehen – von Schicht 1 bis Schicht 7. So werden Ursachen systematisch ausgeschlossen.

Schicht 2 – Ethernet-Frame & Switch-Betrieb

Das Ethernet-Frame ist die PDU auf Layer 2. Ein Standard-Frame ist mindestens 64 und maximal 1518 Byte groß.

Feld	Größe	Bedeutung
Ziel-MAC	6 Byte	Hardware-Adresse des Empfängers (Destination MAC)
Quell-MAC	6 Byte	Hardware-Adresse der Quelle (Source MAC)
Typ-Feld	2 Byte	Protokoll der nächsten Schicht (z.B. 0x0800 = IPv4)
Nutzdaten	46–1500 Byte	Daten inkl. L3–L7-Header
Padding	variabel	Auffüllen bei Unterschreitung der Mindestlänge (64 Byte)
FCS	4 Byte	CRC-Prüfsumme zur Erkennung von Übertragungsfehlern

MAC-Adressen Notation: Cisco: XXXX.XXXX.XXXX | Windows: XX-XX-XX-XX-XX-XX | Linux: XX:XX:XX:XX:XX:XX

Schicht 2 – Switch-Betrieb (MAC-Adress-Tabelle)

Ein Switch führt eine MAC-Address-Table (CAM-Table), die MAC-Adressen Ports zuordnet. Bei jedem eingehenden Frame wird die Quell-MAC in die Tabelle geschrieben. Die Weiterleitung erfolgt nach drei Mechanismen:

Switch MAC-Tabelle – Flooding, Forwarding, Filtering — Abb. – Switch-Betrieb: Flooding bei unbekannter Ziel-MAC, Forwarding bei bekannter MAC, Filtering bei gleichem Port

Mechanismus	Bedingung	Aktion
Filtering	Quell- und Ziel-MAC am gleichen Port	Frame wird verworfen (kürzerer Pfad existiert)
Flooding	Ziel-MAC nicht in Tabelle bekannt	Frame wird an alle Ports (außer Eingangsport) gesendet
Forwarding	Ziel-MAC bekannt, anderer Port	Frame wird gezielt weitergeleitet

Kollisions- vs. Broadcast-Domäne: Ein Hub teilt eine Kollisionsdomäne unter allen Ports (CSMA/CD nötig). Ein Switch trennt Kollisionsdomänen je Port, aber Broadcasts werden weiterhin geflutet. Ein Router trennt auch Broadcast-Domänen.

Netzwerkgrundlagen

Das TCP/IP-Modell

📂 Grundlagen🕐 ~8 Min. Lesezeit🔄 2026-06-10

Was ist das TCP/IP-Modell?

Das TCP/IP-Modell (auch DoD-Modell oder Internet-Modell) ist das in der Praxis eingesetzte Netzwerkmodell. Es wurde in den 1970er Jahren vom US-Verteidigungsministerium entwickelt und ist die Grundlage des modernen Internets. Es hat nur 4 Schichten gegenüber den 7 des OSI-Modells.

Vergleich: TCP/IP vs. OSI

Abb. 2 – Schichtenvergleich TCP/IP-Modell vs. OSI-Modell mit Protokollzuordnung

Die 4 Schichten im Detail

Schicht	Entspricht OSI	Aufgabe	Protokolle
Anwendungsschicht Application Layer	OSI 5–7	Anwendungsdienste, Kodierung, Sitzungsverwaltung	HTTP, HTTPS, FTP, SMTP, DNS, SNMP, SSH, Telnet
Transportschicht Transport Layer	OSI 4	Ende-zu-Ende-Kommunikation, Ports, Segmentierung	TCP (zuverlässig), UDP (schnell)
Internetschicht Internet Layer	OSI 3	Logische Adressierung (IP), Routing zwischen Netzen	IPv4, IPv6, ICMP, ARP, OSPF, BGP
Netzzugangsschicht Network Access Layer	OSI 1–2	Physische Übertragung, MAC-Adressierung, Framing	Ethernet, WLAN (802.11), PPP, HDLC

TCP vs. UDP

Merkmal	TCP	UDP
Verbindungstyp	Verbindungsorientiert (3-Way-Handshake)	Verbindungslos
Zuverlässigkeit	Garantierte Zustellung, korrekte Reihenfolge	Keine Garantie, kein ACK
Header-Größe	20–60 Byte	8 Byte (fix)
Geschwindigkeit	Langsamer (Overhead durch ACK)	Schneller (kein Handshake)
Einsatz	HTTP/S, FTP, SSH, SMTP, Telnet	DNS, DHCP, SNMP, VoIP, Streaming, Gaming

TCP 3-Way-Handshake

Bevor TCP-Daten übertragen werden, wird eine Verbindung mit 3 Schritten aufgebaut:

Client  →  Server :  SYN          (Ich möchte eine Verbindung aufbauen)
Server  →  Client :  SYN-ACK      (OK, ich bin bereit)
Client  →  Server :  ACK          (Verbindung hergestellt, Datenübertragung beginnt)

Verbindungsabbau (4-Way-Handshake):
Client  →  Server :  FIN
Server  →  Client :  ACK
Server  →  Client :  FIN
Client  →  Server :  ACK

Wichtige Ports merken: HTTP=80, HTTPS=443, FTP=21, SSH=22, Telnet=23, SMTP=25, DNS=53, DHCP=67/68, SNMP=161/162, RDP=3389

Port-Bereiche

Bereich	Ports	Verwendung
Well-Known Ports	0–1023	Standard-Applikationen (HTTP, FTP, SSH …), von IANA fest vergeben
Registered Ports	1024–49151	Proprietäre Anwendungen (z.B. RDP=3389, MSSQL=1433), IANA-gelistet aber nicht reserviert
Dynamic Ports	49152–65535	Ephemere/dynamische Client-Quellports, von OS vergeben

Diagnose-Befehle

# Verbindung zu Port testen
Test-NetConnection -ComputerName 192.168.1.1 -Port 443   # PowerShell
nc -zv 192.168.1.1 443                                    # Linux (netcat)
telnet 192.168.1.1 80                                     # Telnet-Test (Port offen?)

# Offene Ports anzeigen
netstat -ano                    # Windows – alle Verbindungen mit PID
ss -tulpn                       # Linux   – TCP/UDP Ports mit Prozess

# DNS-Auflösung testen
nslookup google.com             # Windows/Linux
Resolve-DnsName google.com      # PowerShell

Netzwerkgrundlagen

Paket-Header: IPv4, TCP & UDP

📂 Grundlagen / Netzwerk🕐 ~7 Min. Lesezeit🔄 2026-10-22

Wozu ein Header?

Jede Schicht setzt vor die Nutzdaten einen Header – eine Art Adressaufkleber mit Steuerinformationen. Wer die Felder kennt, versteht Wireshark-Mitschnitte, ACLs und Fehlerbilder deutlich schneller.

Ethernet-Header (Layer 2): Ziel- und Quell-MAC, Typ → siehe Ethernet-Frame
IP-Header (Layer 3): Quell- und Ziel-IP, TTL, Protokoll
TCP-/UDP-Header (Layer 4): Quell- und Ziel-Port, bei TCP zusätzlich Sequenznummern und Flags

IPv4-Header

Feld	Bedeutung	Praxis
Version	4 = IPv4, 6 = IPv6	erstes Feld jedes IP-Pakets
DSCP (ToS)	Priorität des Pakets	Grundlage für QoS (z. B. Telefonie bevorzugen)
TTL	Time to Live – wird pro Router um 1 verringert	verhindert Endlosschleifen, Basis von `traceroute`
Protocol	welcher Header folgt	1 = ICMP · 6 = TCP · 17 = UDP · 89 = OSPF
Flags / Offset	Fragmentierung	DF-Bit („Don't Fragment“) bei MTU-Problemen
Quell-/Ziel-IP	Absender und Empfänger	bleiben über alle Router gleich (außer bei NAT)

TCP- und UDP-Header

Aufbau des TCP- und des UDP-Headers — Abb. – TCP bringt Sequenznummern, Bestätigungen und Flags mit – UDP nur das Nötigste

Ports adressieren die Anwendung: Ziel-Port 443 = HTTPS, 22 = SSH, 53 = DNS.
Sequence / Acknowledgment sorgen bei TCP für Reihenfolge und Neuübertragung verlorener Segmente.
Window Size regelt, wie viel der Empfänger auf einmal annehmen kann (Flusskontrolle).
Flags steuern die Verbindung: SYN baut auf, FIN baut sauber ab, RST bricht hart ab – siehe 3-Way-Handshake.

Merksatz: TCP = Einschreiben mit Rückschein (zuverlässig, etwas langsamer). UDP = Postkarte (schnell, ohne Garantie) – ideal für DNS, VoIP und Streaming.

Netzwerkgrundlagen

Enkapsulierung & Dekapsulierung

📂 Grundlagen🕐 ~6 Min. Lesezeit🔄 2026-06-10

Was ist Enkapsulierung?

Wenn Daten durch ein Netzwerk gesendet werden, durchlaufen sie alle Schichten des OSI- bzw. TCP/IP-Modells von oben nach unten. Jede Schicht fügt dem Datensatz einen eigenen Header (und auf Schicht 2 auch einen Trailer) hinzu. Dieser Prozess heißt Enkapsulierung.

Beim Empfänger läuft der Prozess in umgekehrter Reihenfolge: Jede Schicht entfernt den ihr zugehörigen Header und gibt die Daten an die nächsthöhere Schicht weiter. Das nennt man Dekapsulierung.

PDU – Protocol Data Unit

Je nach Schicht hat das Datenpaket einen anderen Namen:

OSI-Schicht	PDU-Name (DE)	PDU-Name (EN)	Hinzugefügte Information
Schicht 5–7 (Anwendung)	Daten	Data	Nutzdaten der Anwendung (Payload)
Schicht 4 (Transport)	Segment (TCP) / Datagramm (UDP)	Segment / Datagram	TCP/UDP-Header: Source/Dest-Port, Sequenznr., Flags
Schicht 3 (Vermittlung)	Paket	Packet	IP-Header: Source/Dest-IP-Adresse, TTL, Protokoll
Schicht 2 (Sicherung)	Rahmen	Frame	Ethernet-Header: Source/Dest-MAC + FCS-Trailer
Schicht 1 (Bitübertragung)	Bits	Bits	Elektrische/optische Signale – kein Header

Der Prozess visualisiert

Abb. 3 – Enkapsulierung (Senden ↓): Jede Schicht fügt einen Header hinzu. Dekapsulierung (Empfangen ↑): Header werden entfernt.

Praxis-Beispiel: HTTP-Anfrage

Du rufst im Browser https://example.com auf. Folgendes passiert:

Schicht 7 (Anwendung):  Browser erstellt HTTP GET-Request
                        → Daten: "GET / HTTP/1.1\r\nHost: example.com\r\n..."

Schicht 4 (Transport):  TCP kapsuliert die Daten ein
                        → Segment: [TCP-HDR | HTTP-Daten]
                        → Source-Port: 54321 (zufällig), Dest-Port: 443 (HTTPS)

Schicht 3 (Vermittlung): IP kapsuliert das Segment ein
                        → Paket: [IP-HDR | TCP-HDR | HTTP-Daten]
                        → Src-IP: 192.168.1.100, Dst-IP: 93.184.216.34

Schicht 2 (Sicherung):  Ethernet kapsuliert das Paket ein
                        → Rahmen: [ETH-HDR | IP-HDR | TCP-HDR | HTTP | FCS]
                        → Src-MAC: aa:bb:cc:11:22:33, Dst-MAC: Gateway-MAC

Schicht 1 (Phys.):      Rahmen wird als Bits über das Kabel übertragen

Wichtig: Die MAC-Adresse im Ethernet-Rahmen (Schicht 2) ändert sich bei jedem Router-Hop, während die IP-Adresse im Paket (Schicht 3) bis zum Ziel gleich bleibt.

Netzwerkgrundlagen

Netzwerktopologien

📂 Grundlagen / Netzwerk🕐 ~5 Min. Lesezeit🔄 2026-10-22

Was beschreibt eine Topologie?

Die Topologie beschreibt, wie Geräte miteinander verbunden sind. Man unterscheidet die physische Topologie (wie die Kabel liegen) und die logische (wie die Daten fließen).

Bus-, Ring-, Stern-, Maschen- und Baumtopologie im Vergleich — Abb. – Die fünf klassischen Topologien mit Vor- und Nachteilen

Die Topologien im Überblick

Topologie	Aufbau	Einsatz heute
Bus	alle an einem gemeinsamen Kabel, Enden mit Abschlusswiderstand	historisch (10BASE2), heute z. B. CAN-Bus im Auto
Ring	jedes Gerät hat genau zwei Nachbarn	Token Ring (historisch), Glasfaserringe bei Providern
Stern	alle Geräte an einem zentralen Switch	Standard im LAN
Vermascht	Geräte über mehrere Wege verbunden (voll oder teilweise)	Core-Netz, WAN, Internet-Backbone
Baum	mehrere Sterne hierarchisch verbunden	Firmennetz mit Core, Distribution, Access

Vollvermaschung rechnen: Bei n Geräten braucht man n × (n − 1) / 2 Leitungen. 5 Router = 10 Leitungen, 10 Router schon 45 – deshalb vermascht man meist nur teilweise.

Netzwerkgrundlagen

Client-Server vs. Peer-to-Peer

📂 Grundlagen / Netzwerk🕐 ~4 Min. Lesezeit🔄 2026-10-22

Client-Server-Modell und Peer-to-Peer-Modell im Vergleich — Abb. – Zentraler Dienstanbieter gegenüber gleichberechtigten Teilnehmern

Die beiden Modelle

Client-Server: Ein Server stellt einen Dienst bereit (Webseite, Datei, Anmeldung), viele Clients nutzen ihn. Verwaltung, Sicherung und Rechte liegen zentral.
Peer-to-Peer: Alle Rechner sind gleichberechtigt und geben sich gegenseitig Ressourcen frei. Kein zentraler Server, aber auch keine zentrale Kontrolle.

Vergleich

	Client-Server	Peer-to-Peer
Verwaltung	zentral (z. B. Active Directory)	auf jedem Rechner einzeln
Sicherheit	einheitliche Rechte und Richtlinien	schwer zu kontrollieren
Ausfall	Server fällt aus → Dienst weg	kein Single Point of Failure
Kosten	Server-Hardware und Lizenzen	günstig, sofort einsatzbereit
Größe	skaliert auf Tausende Clients	sinnvoll bis ca. 10 Geräte
Beispiele	Domäne, Webserver, Mailserver	Windows-Arbeitsgruppe, BitTorrent

In der Praxis: Firmennetze sind fast immer Client-Server. Ein Windows-Rechner in einer Arbeitsgruppe arbeitet Peer-to-Peer, in einer Domäne Client-Server.

Netzwerkgrundlagen

Hierarchisches Netzwerkdesign

📂 Grundlagen🕐 ~6 Min. Lesezeit🔄 2026-06-16

Warum hierarchisch aufbauen?

Ein flaches Netz – bei dem alle Geräte in einer einzigen großen Broadcast-Domäne hängen – skaliert schlecht: Broadcasts treffen jedes Gerät, Fehler breiten sich ungebremst aus und es gibt keine klaren Stellen für Redundanz oder Verkehrssteuerung. Das hierarchische Netzwerkdesign teilt ein großes Netz in mehrere kleinere, klar abgegrenzte Bereiche auf. Das steigert Leistung und Ausfallsicherheit, ermöglicht gezielte Redundanz und macht den Verkehr kontrollier- und nachvollziehbar.

Analogie: Wie eine Baum-Topologie verzweigt sich das Netz von einem stabilen, hochverfügbaren Stamm (Kern) über kräftige Äste (Verteilung) bis hin zu den einzelnen Zweigen, an denen die Endgeräte hängen (Zugriff). Jede Ebene hat eine klar umrissene Aufgabe.

Die drei Schichten

Das klassische Cisco-Modell unterteilt das Netz in drei funktionale Schichten:

Schicht	Aufgabe	Typische Funktionen
Zugriffsschicht Access Layer	Netzzugang für Endgeräte (kabelgebunden & WLAN)	L2-Switching, Port-Security, QoS-Markierung, VLAN-Zuordnung, VLAN-ACLs, PVST (Spanning Tree pro VLAN)
Verteilungsschicht Distribution Layer	Bindeglied zwischen Access und Core	Inter-VLAN-Routing, Routing-Protokolle, ACLs/Policy, Lastverteilung, Redundanz, Trennung von Broadcast-Domänen
Kernschicht Core Layer / Backbone	Hochleistungs-Vermittlung großer Datenmengen	Schnelles Forwarding, hochverfügbar & redundant, WAN-Anbindung, ggf. Firewall/Stateful Inspection, QoS-Klassifizierung

Schematische Darstellung

Abb. – Drei-Schichten-Modell: redundanter Core, Verteilungs-Switches (Multilayer) und Access-Switches mit angebundenen Endgeräten

Kernschicht im Detail

Der Core ist das Rückgrat des Netzes. Hier zählt Geschwindigkeit und Verfügbarkeit: große Datenmengen werden möglichst verzögerungsarm vermittelt, der Aufbau ist konsequent redundant (mehrere Geräte und Pfade), und hier hängt typischerweise die WAN- bzw. Internet-Anbindung. Aufwändige, rechenintensive Filterung wird vermieden, damit der Kern nicht zum Flaschenhals wird – feingranulare Policies gehören in die Verteilungsschicht.

Verteilungsschicht im Detail

Die Distribution ist die „Intelligenz" des Designs: Sie fasst die Uplinks der Access-Switches zusammen, übernimmt das Inter-VLAN-Routing, setzt ACLs und Routing-Policies durch, verteilt Last über redundante Pfade und bildet die Grenze der Broadcast-Domänen. Praktisch jede Verkehrssteuerung zwischen den VLANs und Netzbereichen findet hier statt.

Zugriffsschicht im Detail

Die Access-Schicht ist der Punkt, an dem Endgeräte – PCs, Drucker, IP-Telefone, WLAN-Access-Points – an das Netz angebunden werden. Hier greifen Sicherheits- und Komfortfunktionen direkt am Port: Port-Security, die VLAN-Zuordnung der Endgeräte, QoS-Markierung des Verkehrs sowie Spanning Tree pro VLAN (PVST).

Collapsed Core

Kleine Netze – kollabierte Kernschicht: In kleinen Umgebungen lohnt sich keine eigene Core-Hardware. Dann werden Core und Distribution zu einer einzigen kollabierten Kernschicht („Collapsed Core") zusammengefasst – ein zweischichtiges Modell aus Access und einem kombinierten Core/Distribution-Block. Die Aufgaben beider Schichten bleiben erhalten, nur die Geräte werden vereint.

Geräte je Schicht

Es gibt keine feste Zuordnung bestimmter Geräte zu einer Schicht – entscheidend ist die Funktion, nicht das Gerätemodell. In der Praxis kommen jedoch typischerweise zum Einsatz:

Access: reine L2-Switches (ggf. mit PoE für APs und IP-Telefone).
Distribution & Core: meist Multilayer-Switches (L3-fähig), die routen und switchen können.

Weiterführend: Die hier genannten Mechanismen werden im Cisco-Kapitel vertieft – VLANs, Spanning Tree (STP), Inter-VLAN-Routing und Access Control Lists (ACL).

Grundlagen

Router & Routing-Entscheidung

📂 Grundlagen🕐 ~9 Min. Lesezeit🔄 17.06.2026

📘 Vertiefung: Routing-Tabelle, administrative Distanz, OSPF, BGP, VRF und mehr – im eigenen Kapitel Routing.

Aufgabe eines Routers

Ein Router ist ein Schicht-3-Gerät (Vermittlungsschicht): Er verbindet unterschiedliche IP-Netze und entscheidet anhand der Ziel-IP eines Pakets, über welches Interface es weitergeleitet wird. Dazu führt er eine Routingtabelle und trennt – anders als ein Switch – auch Broadcast-Domänen. Bei jedem Hop wird das Paket dekapsuliert (Layer-2-Rahmen entfernt), die Routing-Entscheidung getroffen und für das ausgehende Interface mit neuer Quell-/Ziel-MAC neu enkapsuliert – die Ziel-IP bleibt dabei konstant.

Reihenfolge der Routing-Präferenz

Wenn mehrere Wege zu einem Ziel existieren, entscheidet der Router in absteigender Priorität nach drei Kriterien. Erst wenn das vorige Kriterium keine eindeutige Entscheidung liefert, zieht der Router das nächste heran:

#	Kriterium	Regel
1	Längster Präfix (Longest Prefix Match)	Spezifischster Eintrag gewinnt – der mit den meisten übereinstimmenden Netzbits.
2	Administrative Distanz (AD)	Bei gleichem Präfix aus verschiedenen Quellen: niedrigste AD (vertrauenswürdigste Quelle) gewinnt.
3	Metrik	Bei gleicher Quelle: niedrigste Metrik (beste „Kosten") gewinnt.

1 · Longest Prefix Match

Der Longest Prefix Match wählt aus allen passenden Routingtabellen-Einträgen den mit dem längsten (= spezifischsten) Netzpräfix. Je länger der Präfix, desto genauer ist das Zielnetz eingegrenzt.

# Ziel-IP 10.0.0.12 – welcher Eintrag passt am genauesten?
Adr./Netz (CIDR)   Übereinstimmung   Treffer
10.0.0.0/28        28 Bit            ✔ längster Präfix → gewählt
10.0.0.0/24        24 Bit            ✔ passt auch
10.0.0.64/26       26 Bit            ✘ passt nicht (.64er-Block)

Default-Route: 0.0.0.0/0 ist mit 0 Bit der unspezifischste Eintrag und greift nur, wenn keine spezifischere Route passt. Existiert weder ein Treffer noch eine Default-Route, wird das Paket verworfen (Destination host unreachable).

2 · Administrative Distanz

Die administrative Distanz (AD) bewertet die Vertrauenswürdigkeit einer Routing-Quelle. Stammt für dasselbe Zielnetz je ein Eintrag aus verschiedenen Quellen (z. B. statisch und OSPF), wird der mit der niedrigsten AD in die Routingtabelle übernommen. Statische Routen haben standardmäßig eine niedrigere AD als dynamisch gelernte und werden daher bevorzugt.

Routenquelle	Administrative Distanz
Verbundene Schnittstelle (connected)	0
Statische Route	1
EIGRP Summary Route	5
OSPF	110
RIP	120
Unbekannt / nicht vertrauenswürdig	255 (wird nicht genutzt)

3 · Metrik

Die Metrik ist ein numerisches Maß für die Güte einer Verbindung innerhalb derselben Routing-Quelle. Jedes Routing-Protokoll berechnet sie anders – OSPF z. B. aus der Bandbreite (Cost = Referenzbandbreite ÷ Interface-Bandbreite). Der Router addiert die Kosten aller Teilstrecken zum Ziel und wählt den Pfad mit der niedrigsten Gesamtmetrik.

Load Balancing

Gleichwertige Pfade: Sind mehrere Routen zum selben Ziel über alle drei Kriterien hinweg gleich (gleicher Präfix, gleiche AD, gleiche Metrik), trägt der Router alle in die Routingtabelle ein und verteilt den Verkehr per Load Balancing über die Pfade. Das erhöht Durchsatz und Redundanz, belastet aber die Router-CPU stärker.

Statische Routen konfigurieren

Eine statische Route wird vom Administrator fest eingetragen und bleibt gültig, bis sie geändert wird oder das Next-Hop-Interface ausfällt. Direkt am Router angeschlossene Netze (connected) kennt er bereits – für entfernte Netze ohne dynamisches Routing-Protokoll ist je eine statische Route nötig. Eine statische Route benötigt drei Angaben:

Ziel-Netz-ID – das Netzwerk, in das geroutet werden soll.
Subnetzmaske des Zielnetzwerks.
Next Hop – Ziel-IP des nächsten Routers oder das ausgehende Interface.

! ====== STATISCHE ROUTE ======
Rtr1(config)# ip route <Ziel-Netz-ID> <Subnetzmaske> <Next-Hop-IP>
Rtr1(config)# ip route 172.16.30.0 255.255.255.0 2.2.2.2   ! Beispiel: Netz hinter Rtr3

! ====== DEFAULT-ROUTE (alles Unbekannte) ======
Rtr1(config)# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 3.0.0.254           ! Richtung Internet/Provider

Hin- und Rückweg: Statische Routen gelten nur aus Sicht eines Routers. Für eine funktionierende Kommunikation müssen Pakete auch zurückfinden – auf den Zielroutern sind daher meist passende Gegenrouten erforderlich.

Interface-Konfiguration

Cisco-Interfaces sind standardmäßig administrativ abgeschaltet (shutdown). Vor der Nutzung müssen sie eine IP-Adresse erhalten und mit no shutdown aktiviert werden.

Rtr1(config)# interface GigabitEthernet0/0
Rtr1(config-if)# ip address 4.8.29.25 255.255.255.192   ! IP + Maske vergeben
Rtr1(config-if)# no shutdown                            ! Interface aktivieren

InterVLAN-Routing (Router-on-a-Stick): Soll ein Router mehrere VLANs über eine einzige physische Verbindung routen, werden Sub-Interfaces mit encapsulation dot1q genutzt. Dieses Verfahren ist im Cisco-Kapitel vertieft → Inter-VLAN-Routing.

Verifikation

Rtr1# show ip route                       ! komplette Routingtabelle (aktive Routen)
Rtr1# show ip route 10.0.0.1              ! gewählter Eintrag für ein Ziel + AD/Metrik
Rtr1# show ip interface brief             ! alle Interfaces: IP, Status, Protokoll
Rtr1# show running-config | include ip route   ! konfigurierte statische Routen

In der Ausgabe von show ip route kennzeichnet ein Buchstaben-Code die Quelle jedes Eintrags: C = connected, S = statisch, O = OSPF, R = RIP, D = EIGRP. Hinter einer Route steht in eckigen Klammern [AD/Metrik], z. B. [1/0] für eine statische Route.

Packet-Tracer-Stolperfalle: Bei einem physischen Cisco-Router gibt es keine VLAN-Datenbank – er arbeitet mit Sub-Interfaces, nicht mit Interface-VLANs. In Packet Tracer zeigt show ip interface brief jedoch fälschlich ein Interface VLAN1 an. Nach einem Neustart können Geräte mit vielen Erweiterungskarten bis zu 15 Minuten brauchen.

Grundlagen

IP-Adressen & Subnetting (CIDR)

📂 Grundlagen🕐 ~8 Min. Lesezeit🔄 2026-06-11

IPv4-Adressaufbau

Eine IPv4-Adresse ist 32 Bit lang, aufgeteilt in 4 Oktette (je 8 Bit). Sie besteht aus zwei Teilen:

Netz-ID: Identifiziert das Netzwerk – Router nutzen diese zur Weiterleitung.
Host-ID: Identifiziert das einzelne Gerät im Netzwerk.

Beispiel: 192.168.10.25 / 255.255.255.0 (/24) → Netz-ID = 192.168.10.0 | Host-ID = 25

Subnetzmaske

Die Subnetzmaske ist 32 Bit lang. Ein 1-Bit markiert den Netzwerkanteil, ein 0-Bit den Hostanteil. Durch logisches UND (IP-Adresse AND Subnetzmaske) ergibt sich die Netz-ID.

Schreibweise	Beispiel	Verwendung
Punkt-Dezimal	255.255.255.0	Am Router/PC eintragen
CIDR-Präfix	/24	Netzpläne, kurze Notation

Subnetting-Referenz

CIDR	Subnetzmaske	Adressen	Nutzbare Hosts	Typischer Einsatz
/24	255.255.255.0	256	254	Standard LAN
/25	255.255.255.128	128	126	Halbes /24
/26	255.255.255.192	64	62	Kleines Subnetz
/27	255.255.255.224	32	30	Abteilungsnetz
/28	255.255.255.240	16	14	Kleines Segment
/29	255.255.255.248	8	6	Sehr kleines Segment
/30	255.255.255.252	4	2	Point-to-Point-Link

Formeln:
Nutzbare Hosts = 2^Hostbits − 2 (−2 für Netz-ID und Broadcast)
Subnetzanzahl = 2^{geliehene Bits}
Schrittweite = 256 − SNM-Wert des variablen Oktetts

VLSM – Variable Length Subnet Mask

VLSM erlaubt verschieden große Subnetze innerhalb eines Adressbereichs. Immer mit dem größten Bedarf beginnen, dann schrittweise kleiner:

! Ausgangsnetz: 195.128.1.0/24
! Bedarf: Versand(100), Lager(50), Verwaltung(20), Marketing(12), IT(6), Außenstelle(2)

128.1.0/25    ! Versand:     2^7-2 = 126 Hosts  (Schrittweite 128)
128.1.128/26  ! Lager:       2^6-2 = 62  Hosts  (Schrittweite 64)
128.1.192/27  ! Verwaltung:  2^5-2 = 30  Hosts  (Schrittweite 32)
128.1.224/28  ! Marketing:   2^4-2 = 14  Hosts  (Schrittweite 16)
128.1.240/29  ! IT-Betrieb:  2^3-2 = 6   Hosts  (Schrittweite 8)
128.1.248/30  ! Außenstelle: 2^2-2 = 2   Hosts  (Schrittweite 4)
128.1.252/30  ! Reserve

CIDR / Supernetting – Routen zusammenfassen

Mehrere benachbarte Netze können zu einer Supernet-Route zusammengefasst werden, um Routing-Tabellen zu verkleinern. Voraussetzung: die Netze bilden im variablen Bereich alle Bitkombinationen ab.

! 4 Klasse-C-Netze zusammenfassen:
192.168.0.0/24  →  ...0000 0000.xxxx xxxx
192.168.1.0/24  →  ...0000 0001.xxxx xxxx
192.168.2.0/24  →  ...0000 0010.xxxx xxxx
192.168.3.0/24  →  ...0000 0011.xxxx xxxx
                   letzten 2 Bits variabel → Präfix um 2 kürzen
                → Ergebnis: 192.168.0.0/22

Faustregel: Zusammenfassen nur möglich, wenn alle Bitkombinationen (z.B. 00, 01, 10, 11) im variablen Anteil vorhanden sind. Der Präfix wird um die Anzahl der variablen Bits verkürzt.

IP-Adressklassen (historisch, Classfull)

Klasse	Erstes Oktett	Standardmaske	Nutzbare Hosts je Netz
A	1–126	/8 (255.0.0.0)	16.777.214
B	128–191	/16 (255.255.0.0)	65.534
C	192–223	/24 (255.255.255.0)	254
D	224–239	–	Multicast (keine Hosts)
E	240–255	–	Reserviert / Experimentell

Private & Reservierte Adressbereiche

Bereich	Klasse	Verwendung
10.0.0.0/8	A	Privates LAN (bis 16,7 Mio. Hosts)
172.16.0.0/12	B	Privates LAN (172.16.x.x – 172.31.x.x)
192.168.0.0/16	C	Privates LAN (Heimnetz, kleine Netze)
127.0.0.0/8	–	Loopback (127.0.0.1 = localhost)
169.254.0.0/16	–	APIPA – automatisch wenn kein DHCP erreichbar
0.0.0.0/0	–	Default-Route (alle Ziele)
255.255.255.255	–	Limitierter Broadcast im lokalen Segment

Merkhilfe: Private IPs werden von ISP-Routern im WAN nicht geroutet und können intern beliebig oft vergeben werden. Für den Internetzugang ist NAT/PAT erforderlich.

Grundlagen

DNS – Domain Name System

📂 Grundlagen🕐 ~7 Min. Lesezeit🔄 2026-06-15

Was ist DNS?

Das Domain Name System übersetzt für Menschen lesbare Namen (z. B. www.example.com) in IP-Adressen (z. B. 93.184.216.34) und umgekehrt. Es ist als verteilte, hierarchische Datenbank aufgebaut und arbeitet überwiegend über UDP-Port 53 (bei großen Antworten und Zonentransfers über TCP 53).

Analogie: DNS ist das „Telefonbuch des Internets" – du kennst den Namen, DNS liefert die zugehörige Nummer (IP-Adresse).

Die DNS-Hierarchie

Der Namensraum ist baumförmig und wird von rechts nach links aufgelöst:

Ebene	Beispiel	Funktion
Root	`.` (Punkt)	13 logische Root-Server, verweisen auf die TLD-Server
Top-Level-Domain (TLD)	`.com`, `.de`, `.org`	Verwaltet von Registries (z. B. DENIC für .de)
Second-Level-Domain	`example.com`	Die registrierte Domain einer Organisation
Subdomain / Host	`www.example.com`	Einzelne Hosts oder Bereiche innerhalb der Domain

Wichtige Resource Records (RR)

Typ	Bedeutung	Beispiel
A	Name → IPv4-Adresse	`example.com → 93.184.216.34`
AAAA	Name → IPv6-Adresse	`example.com → 2606:2800:220:1::`
CNAME	Alias auf einen anderen Namen	`shop → www.example.com`
MX	Mailserver der Domain (mit Priorität)	`10 mail.example.com`
NS	Zuständiger Nameserver der Zone	`ns1.example.com`
PTR	IP → Name (Reverse-Lookup)	`34.216.184.93.in-addr.arpa`
SOA	Start of Authority – Zonen-Verwaltungsdaten	Serial, Refresh, TTL …
SRV	Auffinden von Serverdiensten (Dienst, Protokoll, Port)	`_ldap._tcp → dc01.example.com:389`
TXT	Freitext (z. B. SPF, DKIM, Verifizierung)	`"v=spf1 include:..."`

SRV in der Praxis: SRV-Records sind essenziell für Active Directory – Clients finden darüber automatisch die zuständigen Domaincontroller (z. B. _ldap._tcp.dc._msdcs.<domain>).

FQDN – Fully Qualified Domain Name

Der FQDN ist der absolute, vollständige Name eines Netzwerkgeräts und beschreibt seine genaue Position im DNS-Baum. Er wird von links nach rechts aus Hostname, etwaigen Subdomains, Second-Level-Domain, Top-Level-Domain und der (meist impliziten) Root gebildet:

www	.vertrieb	.example	.com	.
Hostname	Subdomain	Second-Level	Top-Level	Root

Wichtig: Der abschließende Punkt (Root) wird in der Regel nicht mitgeschrieben, er wird automatisch ergänzt. Ein FQDN darf inklusive aller Punkte maximal 255 Zeichen umfassen. Der reine Hostname kann selbst frei vergeben werden – eindeutig wird er erst durch seine Position in der Hierarchie.

Lookupzonen & Zonentypen

Ein DNS-Server verwaltet seine Einträge in Zonen. Nach Auflösungsrichtung unterscheidet man zwei Lookupzonen:

Forward-Lookupzone: löst Namen → IP-Adressen auf (Standardfall, A/AAAA-Records).
Reverse-Lookupzone: löst IP-Adressen → Namen auf (PTR-Records, in-addr.arpa).

Innerhalb einer Lookupzone kann der Server verschiedene Zonentypen halten:

Zonentyp	Rechte	Beschreibung
Primäre Zone	Lese- & Schreibrecht	Der Server besitzt die originale Zonendatei und ist Primärer DNS-Server.
Sekundäre Zone	nur Leserecht	Schreibgeschützte Kopie einer primären/sekundären Zone. Wird per Zonentransfer über TCP abgeglichen – dient der Ausfallsicherheit.
AD-integrierte Zone	Lese- & Schreibrecht	Zonendatei wird von Active Directory verwaltet und repliziert – nur mit installiertem AD verfügbar.
Stubzone	nur SOA/NS & Host-A	Enthält nur Verweise (SOA, NS) auf den autoritativen Server einer Zone. Minimiert Traffic, statt eine sekundäre Zone vollständig zu replizieren.

Ablauf einer Namensauflösung

Eine rekursive Auflösung über einen Resolver läuft typisch so ab:

Client fragt seinen konfigurierten DNS-Resolver (z. B. den Router oder 8.8.8.8).
Resolver fragt einen Root-Server → erhält Verweis auf den zuständigen .com-TLD-Server.
Resolver fragt den TLD-Server → erhält den autoritativen Nameserver der Domain.
Resolver fragt den autoritativen Server → erhält den finalen A/AAAA-Record.
Resolver speichert das Ergebnis im Cache (gemäß TTL) und antwortet dem Client.

Rekursiv vs. iterativ: Der Client stellt eine rekursive Anfrage („gib mir die fertige Antwort"). Der Resolver arbeitet sich dann iterativ durch die Hierarchie (Root → TLD → autoritativ).

Autoritativ vs. nicht-autoritativ

Eine Antwort gilt als autoritativ, wenn sie direkt vom zuständigen Nameserver stammt, der die Zonendatei selbst hält und damit den aktuellsten, „gesicherten" Datenbestand liefert. Eine Antwort aus dem Cache eines anderen Servers ist dagegen nicht-autoritativ – sie könnte veraltet sein, falls der Originaleintrag zwischenzeitlich geändert wurde.

Weiterleitung & Delegierung

Kann ein DNS-Server eine Anfrage nicht aus eigenen Zonen oder Cache beantworten, hat er statt der vollen iterativen Auflösung zwei weitere Möglichkeiten:

Bedingte Weiterleitung: Für eine bestimmte Domäne wird gezielt an einen anderen DNS-Server weitergeleitet (z. B. Anfragen für google.com an den dafür zuständigen Server).
Allgemeine Weiterleitung: Alle nicht beantwortbaren Anfragen gehen an einen übergeordneten Server (oft den DNS des Providers), bevor iterativ aufgelöst wird.
Delegierung: Die Verwaltung einer Sub-Zone wird von einem höheren an einen tieferen Server abgegeben – so muss sich der übergeordnete Server nicht selbst um die delegierte Zone kümmern.

Diagnose-Befehle

nslookup example.com                 # Windows/Linux – einfache Auflösung
nslookup -type=MX example.com        # gezielt MX-Records abfragen
dig example.com                      # Linux – ausführliche Abfrage
dig +short example.com               # Linux – nur das Ergebnis
dig -x 93.184.216.34                 # Reverse-Lookup (PTR)
Resolve-DnsName example.com          # PowerShell
ipconfig /displaydns                 # Windows – lokalen DNS-Cache anzeigen
ipconfig /flushdns                   # Windows – DNS-Cache leeren

TTL (Time To Live): Jeder Record hat eine TTL in Sekunden. Sie bestimmt, wie lange Resolver die Antwort cachen, bevor sie erneut nachfragen. Vor geplanten IP-Wechseln daher die TTL rechtzeitig verkleinern.

Grundlagen

DHCP – Dynamic Host Configuration Protocol

📂 Grundlagen🕐 ~5 Min. Lesezeit🔄 2026-06-15

Was ist DHCP?

DHCP verteilt automatisch Netzwerkkonfigurationen an Clients: IP-Adresse, Subnetzmaske, Default-Gateway, DNS-Server u.v.m. Ein DHCP-Server kann auf Windows Server, Linux oder direkt auf einem Cisco IOS Gerät laufen.

Zuweisungsarten

Art	Beschreibung
Manuell	Admin ordnet einer MAC-Adresse eine feste IP zu (Static Mapping)
Automatisch	IP aus Pool wird permanent dem Client zugewiesen
Dynamisch	IP aus Pool wird für eine begrenzte Zeit (Lease) vergeben – Standard in der Praxis

DORA-Prozess

Ein Client durchläuft 4 Schritte zur IP-Vergabe:

Schritt	Nachricht	Typ	Inhalt
1	DISCOVER	Broadcast	Client sucht DHCP-Server im Netz
2	OFFER	Unicast	Server bietet IP-Adresse + Konfigurationsparameter an
3	REQUEST	Broadcast	Client nimmt Angebot an, informiert alle Server
4	ACK	Unicast	Server bestätigt, reserviert IP für die Lease-Dauer

Merkhilfe: Discover → Offer → Request → Ack = DORA

DHCP Relay Agent (IP-Helper)

Broadcasts werden von Routern nicht geroutet. Befinden sich Client und DHCP-Server in verschiedenen Segmenten, wandelt ein Relay Agent den DHCP-Broadcast in einen Unicast um. Bei Cisco: ip helper-address auf dem Interface, an dem der Client hängt.

Konfiguration auf Cisco IOS

! ====== DHCP-SERVER EINRICHTEN ======
Router(config)#ip dhcp excluded-address 192.168.1.1 192.168.1.10  ! Router/Drucker reservieren
Router(config)#ip dhcp pool LAN-POOL
Router(dhcp-config)#network 192.168.1.0 255.255.255.0             ! Adresspool
Router(dhcp-config)#default-router 192.168.1.1                    ! Standard-Gateway
Router(dhcp-config)#dns-server 8.8.8.8                            ! DNS

! ====== DHCP-CLIENT (Interface bezieht IP automatisch) ======
Router(config-if)#ip address dhcp

! ====== RELAY AGENT (Server in anderem Segment) ======
Router(config-if)#ip helper-address 192.168.1.1                   ! IP des DHCP-Servers

Praxisbeispiel – Relay Agent über zwei Segmente

Typisches Szenario: Der DHCP-Server steht zentral hinter R1, die Clients hängen am LAN-Interface von R2. Der Broadcast der Clients würde an der Netzgrenze gestoppt – der ip helper-address auf dem Client-Interface wandelt ihn in einen gezielten Unicast an den Server um.

! ====== R1 – ZENTRALER DHCP-SERVER ======
R1(config)# ip dhcp excluded-address 10.20.0.1 10.20.0.10   ! Gateway/Server reservieren
R1(config)# ip dhcp pool VLAN20
R1(dhcp-config)# network 10.20.0.0 255.255.255.0            ! Pool für das Remote-Segment
R1(dhcp-config)# default-router 10.20.0.1                   ! Gateway der Clients (= R2)
R1(dhcp-config)# dns-server 8.8.8.8
R1(dhcp-config)# lease 0 8 0                                ! Lease 0 Tage 8 Stunden 0 Min.

! ====== R2 – RELAY AGENT (am Client-Interface) ======
R2(config)# interface GigabitEthernet0/1                    ! Interface zu den Clients
R2(config-if)# ip helper-address 10.10.0.1                  ! IP des DHCP-Servers (R1)
R2(config-if)# no shutdown

Wichtig: Der ip helper-address gehört auf das Interface, an dem die Clients hängen – nicht auf das Interface Richtung Server. Pro Interface können mehrere Helper-Adressen für redundante DHCP-Server gesetzt werden.

Verifikation

Router#show ip dhcp binding                ! Aktive Zuweisungen: MAC → IP
Router#show ip dhcp pool                   ! Pool-Konfiguration + Auslastung
Router#show ip dhcp conflict               ! Adresskonflikte anzeigen
Router#show ip helper-address              ! Relay-Konfiguration je Interface

DHCP-Server unter Linux (ISC DHCP)

Auf einem Linux-Server übernimmt der Dienst isc-dhcp-server die Adressvergabe. Die Einrichtung erfolgt in drei Schritten: Paket & Server-Interface vorbereiten, Lausch-Schnittstellen festlegen, dann die Pools in der dhcpd.conf definieren.

1 · Paket & Vorbereitung

Der Server selbst benötigt eine feste IP (in /etc/network/interfaces auf static). Ein Client, der eine IP beziehen soll, setzt dort hingegen iface ethX inet dhcp.

# ====== PAKET INSTALLIEREN ======
root@debian-server:~# apt install isc-dhcp-server

# ====== CLIENT-INTERFACE (/etc/network/interfaces) ======
auto eth0
iface eth0 inet dhcp          # 'static' durch 'dhcp' ersetzt, address-Zeile entfernt

# ====== SERVER-INTERFACE (feste IP) ======
auto eth0
iface eth0 inet static
    address 192.168.1.1
    netmask 255.255.255.0

2 · Lausch-Schnittstellen festlegen

In /etc/default/isc-dhcp-server wird angegeben, auf welchen Interfaces der Dienst DISCOVER-Pakete verarbeitet:

# /etc/default/isc-dhcp-server
INTERFACESv4="eth0"            # Interface(s), an denen DHCP angeboten wird

3 · Pools definieren (dhcpd.conf)

Die zentrale Datei /etc/dhcp/dhcpd.conf gliedert sich in drei Bereiche: global (gilt für alles), subnet (je Netzbereich) und host (feste Zuweisung je Client).

# ====== GLOBALE OPTIONEN ======
default-lease-time 600;                       # Standard-Lease in Sekunden (10 Min.)
max-lease-time 7200;                          # maximale Lease (2 Std.)
option domain-name "example.com";             # DNS-Suffix der Clients
option domain-name-servers 192.168.1.1;       # DNS-Server (mehrere mit Komma)
authoritative;                                # dieser Server ist zuständig (DHCPNAK erlaubt)

# ====== SUBNETZ-BEREICH ======
subnet 192.168.1.0 netmask 255.255.255.0 {
    range 192.168.1.100 192.168.1.254;        # Pool: erste–letzte vergebbare IP
    option routers 192.168.1.1;               # Default-Gateway der Clients
}

# ====== FESTE ZUWEISUNG (Host-Reservierung) ======
host drucker01 {
    hardware ethernet 00:1b:44:11:3a:b7;      # MAC-Adresse des Clients
    fixed-address 192.168.1.50;               # immer diese IP
}

Dienst starten & prüfen

systemctl restart isc-dhcp-server          # Dienst neu starten (nach Konfigänderung)
systemctl status  isc-dhcp-server          # läuft der Dienst? (active)
systemctl enable  isc-dhcp-server          # automatisch beim Booten starten

Stolperfalle: Die range-Angabe muss innerhalb des per subnet definierten Netzbereichs liegen. Die Gateway-Adresse (option routers) darf nicht innerhalb der vergebbaren Range liegen, sonst droht ein Adresskonflikt. Startet der Dienst nicht, liegt fast immer eine fehlende schließende Klammer } oder ein vergessenes Semikolon ; vor.

Netzwerkgrundlagen

IPv6 – Grundlagen & Konfiguration

📂 Grundlagen🕐 ~8 Min. Lesezeit🔄 2026-06-11

Warum IPv6?

IPv4 bietet ca. 4,3 Milliarden Adressen (2³² = 4.294.967.296). Davon sind ~3,7 Mrd. öffentlich nutzbar — die Verfügbarkeit ist erschöpft. IPv6 (RFC 2460, 1998) löst das mit 128-Bit-Adressen: 2¹²⁸ ≈ 340 Sextillionen mögliche Adressen.

Weitere Vorteile: Ende-zu-Ende-Konnektivität ohne NAT, vereinfachter IP-Header (keine Prüfsumme → schnelleres Routing), eingebautes IPSec, SLAAC (automatische Adresskonfiguration ohne DHCP).

Adressnotation

Eine IPv6-Adresse besteht aus 8 Blöcken zu je 16 Bit, hexadezimal, durch Doppelpunkte getrennt:

Vollständig:  2001:0bd8:0000:08d3:0000:8a2e:0070:7344

Regeln zur Kürzung:
  1) Führende Nullen je Block weglassen:
     2001:bd8:0:8d3:0:8a2e:70:7344

  2) Eine zusammenhängende Folge von Null-Blöcken → :: (nur einmal!)
     2001:bd8::70:7344

  3) :: für :0:0:0:0: etc. — bei gleich großen Null-Gruppen den ERSTEN Block kürzen

  Host als Netz mit /128:     2001:bd8::70:7344/128
  Default-Route:              ::/0
  Loopback:                   ::1
  URL-Notation (mit Port):    https://[2001:db8::1]:8443

Adresstypen im Überblick

Typ	Präfix	Vergleich IPv4	Verwendung
Global Unicast	2000::/3 – 3FFF::/3	Öffentliche IP	Globally routable, vergeben durch IANA/RIR
Unique Local	FD00::/8 (aus FC00::/7)	Private IP (RFC 1918)	Privat, nicht global routebar, intern frei nutzbar
Link-Local	FE80::/10	APIPA (169.254.x.x)	Nur im lokalen Segment, automatisch erzeugt (eUI-64)
Multicast	FF00::/8	Multicast (224.x)	FF02::1 = alle Hosts; FF02::2 = alle Router
Anycast	aus Unicast-Raum	–	Gruppe mit gleicher Adresse; nächster antwortet
Loopback	::1/128	127.0.0.1	Eigener Host

Kein Broadcast in IPv6! Broadcast gibt es nicht mehr — die Funktion übernehmen Multicast-Adressen. FF02::1 entspricht dem IPv4-Subnet-Broadcast.

Link-Local & eUI-64

Sobald IPv6 auf einem Interface aktiviert wird, erzeugt das Gerät automatisch eine Link-Local-Adresse aus dem Präfix FE80::/10 und einer Interface-ID nach dem eUI-64-Verfahren: Die 48-Bit-MAC-Adresse wird in der Mitte mit FF:FE erweitert und das U/L-Bit (Bit 7 des ersten Bytes) wird invertiert.

Sicherheitshinweis: Da eUI-64 die MAC-Adresse enthält, ist Tracking möglich. Windows verwendet daher zufällig generierte Interface-IDs (Privacy Extensions, RFC 4941).

Cisco IOS – Konfiguration

! ====== GRUNDVORAUSSETZUNGEN ======
Router(config)#ipv6 unicast-routing            ! IPv6-Routing aktivieren (global – Pflicht!)
Router(config)#ipv6 cef                        ! Cisco Express Forwarding für IPv6

! ====== INTERFACE KONFIGURIEREN ======
Router(config)#interface GigabitEthernet 0/0
Router(config-if)#ipv6 enable                  ! IPv6 aktivieren → Link-Local wird erzeugt
Router(config-if)#ipv6 address FD00:1000:2000:8000::1/64  ! Manuelle Unicast-Adresse

! Link-Local-Adresse überschreiben (optional):
Router(config-if)#ipv6 address FE80::1 link-local

! ====== GENERAL PREFIX (Alias für oft genutzten Präfix) ======
Router(config)#ipv6 general-prefix FIRMA FD00:1000:2000::/48
Router(config-if)#ipv6 address FIRMA 0:0:0:8000::1/64    ! Ergebnis: FD00:1000:2000:8000::1/64

! ====== STATISCHE ROUTEN ======
Router(config)#ipv6 route FD00:a:0:1::/64 GigabitEthernet0/1 FD00::fe  ! Statisch
Router(config)#ipv6 route ::/0 GigabitEthernet0/0 2001:db8::1           ! Default-Route

! ====== SWITCHES – SDM TEMPLATE (vor IPv6-Konfiguration!) ======
Switch(config)#sdm prefer dual-ipv4-and-ipv6 default   ! IPv6-fähiges Template laden
Switch#reload                                            ! Neustart notwendig!

Windows – Konfiguration

:: ====== EINGABEAUFFORDERUNG (netsh) ======
netsh interface ipv6 show interfaces                    :: Schnittstellen anzeigen
netsh interface ipv6 show addresses                     :: IPv6-Adressen anzeigen
netsh interface ipv6 set address eth fd00:ac:10:1::65/64  :: Adresse setzen
netsh interface ipv6 delete address eth fd00:ac:10:1::65/64  :: Adresse löschen
netsh interface ipv6 show route                         :: Routen anzeigen
route add fd00:a:0:1::/64 fd00:ac:10:1::fe -p          :: Route hinzufügen (-p = persistent)
netsh interface ipv6 add dnsservers eth 2001:db8::53    :: DNS-Server setzen
netsh interface ipv6 show neighbors                     :: NDP-Nachbartabelle

:: ====== POWERSHELL ======
Get-NetIPInterface -AddressFamily IPv6
Get-NetIPAddress -AddressFamily IPv6 | Format-Table
New-NetIPAddress -IPAddress fd00:ac:10:1::65 -PrefixLength 64 -InterfaceIndex 8
Remove-NetIPAddress -IPAddress fd00:ac:10:1::65 -PrefixLength 64 -InterfaceIndex 8
Get-NetRoute -AddressFamily IPv6
New-NetRoute -DestinationPrefix fd00:a:1::/64 -InterfaceIndex 8 -AddressFamily IPv6
Get-NetNeighbor -AddressFamily IPv6
Set-DnsClientServerAddress -InterfaceAlias "Ethernet" -ServerAddresses 2001:db8::53

Verifikation (Cisco IOS)

Router#show ipv6 interface brief           ! Alle Interfaces + IPv6-Adressen + Status
Router#show ipv6 route                     ! IPv6-Routing-Tabelle
Router#show ipv6 protocols                 ! Aktive IPv6-Routing-Protokolle
Router#show ipv6 general-prefix            ! Konfigurierte Prefixe-Aliase
Switch#show sdm prefer                     ! Aktuelles SDM-Template prüfen

Neighbor Discovery Protocol (NDP)

NDP (RFC 2461) ist der IPv6-Ersatz für ARP und übernimmt mehrere Funktionen:

NDP-Funktion	IPv4-Äquivalent	Beschreibung
Address Resolution	ARP	MAC-Adresse zu IPv6-Adresse ermitteln
Router Discovery	Default-Gateway (DHCP)	Router im Segment finden
Prefix Discovery	DHCP-Subnet	Netzpräfixe vom Router lernen
SLAAC	DHCP	Stateless Address Autoconfiguration — ohne DHCP-Server
Duplicate Address Detection	ARP-Probe	Sicherstellen, dass Adresse einmalig ist

Grundlagen

ARP & Packet Delivery

📂 Grundlagen / Netzwerk🕐 ~8 Min. Lesezeit🔄 2026-06-15

Address Resolution Protocol (ARP)

ARP arbeitet an der Grenze zwischen Layer 2 und Layer 3. Es löst IP-Adressen in MAC-Adressen auf, da Ethernet-Frames zur Zustellung MAC-Adressen benötigen.

ARP Request und Reply Prozess — Abb. – ARP: Broadcast-Request an alle → Unicast-Reply vom Ziel → Eintrag im ARP-Cache

ARP-Request: Der Sender schickt einen Broadcast (ff:ff:ff:ff:ff:ff) mit der gesuchten Ziel-IP.
ARP-Reply: Nur der Besitzer dieser IP antwortet mit seinem MAC per Unicast.
ARP-Cache: Sender und Empfänger speichern IP/MAC-Zuordnung im lokalen Cache (ca. 300 Sek. / Linux: 5 Min.; Router: bis zu 4 Std.).

! ARP-Cache anzeigen
Router# show arp                      ! Cisco: IP, Alter, MAC, Interface
C:\> arp -a                           ! Windows: alle Einträge im ARP-Cache

ARP-Cache lesen (Beispielausgabe)

Der ARP-Cache eines Cisco-Routers enthält Protokolladresse, Alter (in Minuten), Hardware-Adresse, Encapsulation-Typ und das Interface. ARPA steht dabei für die Standard-Ethernet-Encapsulation (ARP-Adressauflösung).

router01# show arp
Protocol  Address          Age (min)  Hardware Addr   Type   Interface
Internet  192.168.10.200          51  1111.2222.3333  ARPA   FastEthernet0/0.10
Internet  10.10.10.100             0  aaaa.aaaa.aaaa  ARPA   FastEthernet0/0.1
Internet  10.10.10.200            20  bbbb.bbbb.bbbb  ARPA   FastEthernet0/0.1
Internet  172.16.0.254           105  affe.affe.affe  ARPA   FastEthernet0/1

! Windows – Typ "dynamisch" (gelernt) vs. "statisch" (fest, z.B. Broadcast)
C:\> arp -a
  Internetadresse   Physikal. Adresse    Typ
  10.10.10.1        ca-fe-ca-fe-ca-fe    dynamisch
  255.255.255.255   ff-ff-ff-ff-ff-ff    statisch

Alterung: Ein Cache-Eintrag wird bei Nutzung verlängert. Auf einem Host-PC läuft ein ungenutzter Eintrag i.d.R. nach 300 Sekunden ab, auf einem Router je nach Gerät bis zu 4 Stunden. So verschwinden verwaiste Einträge abgeschalteter Geräte automatisch.

Packet Delivery – IP bleibt konstant, MAC wechselt pro Hop — Abb. – Packet Delivery: Die Ziel-IP bleibt über alle Router-Hops gleich – die MAC-Adresse wird bei jedem Hop neu gesetzt

Layer 2 vs. Layer 3 Adressierung

Eigenschaft	Layer 2 (MAC)	Layer 3 (IP)
Reichweite	Innerhalb eines Netzsegments	End-to-End (netzübergreifend)
Ändert sich?	Ja – bei jedem Router-Hop	Nein – bleibt konstant
Adressformat	48 Bit (MAC, z.B. aa:bb:cc:dd:ee:ff)	32 Bit (IPv4) / 128 Bit (IPv6)
Gerät	Switch (L2)	Router (L3)

Default Gateway

Das Default Gateway ist der Netzsegment-Ausstieg eines Hosts. Liegt die Ziel-IP außerhalb des eigenen Subnetzes, sendet der Host den Frame an die MAC-Adresse des Gateways – mit der Ziel-IP des eigentlichen Empfängers im IP-Header. Der Router dekapsuliert, entscheidet anhand seiner Routingtabelle und leitet das Paket weiter.

Wichtig: Für eine vollständige Kommunikation zwischen zwei Hosts müssen sowohl Hin- als auch Rückweg konfiguriert sein.

Standardgateway vs. Default-Route

Beide Begriffe meinen „der Weg für alles Unbekannte", liegen aber auf verschiedenen Geräten:

Standardgateway (Endgerät): Auf einem Host eingetragene Host-IP einer Routingkomponente im eigenen Netz. Dorthin schickt der Host alle Pakete, deren Ziel außerhalb des eigenen Subnetzes liegt.
Default-Route (Routingkomponente): Auf einem Router der Routing-Eintrag 0.0.0.0/0 (IPv6: ::/0). Er greift, wenn keine spezifischere Route zum Ziel passt – typischerweise Richtung Provider/Internet.

Wie entscheidet der Client „selbes Netz oder nicht"? Er bildet das logische UND aus der eigenen IP und der Subnetzmaske und ermittelt so seine eigene Netz-ID. Dasselbe rechnet er für die Ziel-IP:

Eigene IP   192.168.10.25  AND  255.255.255.0  →  Netz-ID 192.168.10.0
Ziel-IP     192.168.10.80  AND  255.255.255.0  →  Netz-ID 192.168.10.0   → gleich → direkt zustellen (ARP auf Ziel)
Ziel-IP      10.0.5.4      AND  255.255.255.0  →  Netz-ID 10.0.5.0       → ungleich → an Standardgateway (ARP auf Gateway)

Faustregel: Gleiche Netz-ID → der Host stellt das Paket direkt zu (ARP auf die Ziel-IP). Unterschiedliche Netz-ID → der Host sendet an das Standardgateway (ARP auf die Gateway-IP), und der Router entscheidet weiter – notfalls über seine Default-Route.

Ablauf Packet Delivery (6 Schritte)

Host A enkapsuliert die Daten in ein IP-Paket: Quell-IP = Host A, Ziel-IP = Host B.
Host A stellt fest, dass Host B außerhalb seines Subnetzes liegt → Frame an MAC des Default Gateways (ggf. per ARP ermittelt).
Router empfängt den Frame, erkennt seine eigene Ziel-MAC.
Router dekapsuliert, liest IP-Header, erkennt: eigene IP ist nicht die Ziel-IP → Routing-Entscheidung.
Router enkapsuliert das IP-Paket neu: Quell-MAC = ausgehendes Router-Interface, Ziel-MAC = nächster Empfänger (Host B oder nächster Router).
Host B empfängt den Frame und verarbeitet das IP-Paket.

Ping (ICMP Echo)

Ping testet die Erreichbarkeit eines Hosts mit dem Internet Control Message Protocol (ICMP).

Echo Request (ICMP Typ 8): Host A sendet Anfrage
Echo Reply (ICMP Typ 0): Ziel-Host antwortet

ping 192.168.1.1                  ! Einfacher Ping (Windows/Linux/Cisco)
ping 192.168.1.1 repeat 100       ! 100 Pings (Cisco IOS)
ping 192.168.1.1 size 1400        ! Ping mit größerer Paketgröße

Traceroute (ICMP TTL)

Traceroute ermittelt den Weg eines Pakets durch das Netzwerk. Es sendet ICMP Echo Requests mit steigendem TTL-Wert (Time to Live, beginnend mit 1).

Jeder Router dekrementiert TTL um 1 und sendet bei TTL=0 ein ICMP Typ 11 (Time Exceeded) zurück.
Durch die Rückantworten kann der vollständige Pfad nachvollzogen werden.
* in der Ausgabe = Router sendet keine TTL-Exceeded-Nachrichten (Provider).

traceroute 8.8.8.8               ! Linux / Cisco IOS
tracert 8.8.8.8                  ! Windows

Proxy ARP

Proxy ARP erlaubt einem Router, ARP-Anfragen für Hosts zu beantworten, die kein Standard-Gateway konfiguriert haben. Er antwortet mit seiner eigenen MAC-Adresse stellvertretend für das Ziel. Da dies erhebliche Sicherheitsrisiken birgt, sollte Proxy ARP grundsätzlich deaktiviert werden.

Router(config)# ip arp proxy disable ! Proxy ARP global deaktivieren

Übertragung

Übertragungsmedien & strukturierte Verkabelung

📂 Grundlagen / Verkabelung🕐 ~10 Min. Lesezeit🔄 2026-10-22

Kupfer vs. Glasfaser vs. Funk

	Kupfer (Twisted Pair)	Glasfaser (LWL)	Funk (WLAN)
Signal	elektrisch	Licht	elektromagnetische Wellen
Reichweite	max. 100 m	Hunderte Meter bis viele km	wenige Dutzend Meter
Störanfällig	ja (EMV), Schirmung hilft	nein – unempfindlich, abhörsicher	ja, geteiltes Medium
Kosten	günstig, einfach zu konfektionieren	teurer, Spleißen nötig	keine Kabel
Einsatz	Etage bis zum Arbeitsplatz	Backbone, zwischen Gebäuden	mobile Endgeräte

Twisted-Pair-Kategorien

Kupferkabel bestehen aus vier verdrillten Adernpaaren. Das Verdrillen hebt Störungen gegenseitig auf. Die Kategorie (Cat) gibt an, wie viel Bandbreite das Kabel schafft.

Kategorie	Frequenz	Typische Geschwindigkeit
Cat 5e	100 MHz	1 Gbit/s
Cat 6	250 MHz	1 Gbit/s (10 Gbit/s bis 55 m)
Cat 6A	500 MHz	10 Gbit/s auf 100 m – heutiger Standard
Cat 7 / 7A	600 / 1000 MHz	10 Gbit/s, nur Verlegekabel
Cat 8	2000 MHz	25–40 Gbit/s bis 30 m (Rechenzentrum)

Die Schirmung steht im Kürzel X/YTP: U = ungeschirmt, F = Folie, S = Geflecht. S/FTP heißt: Gesamtschirm aus Geflecht, jedes Paar zusätzlich in Folie.

Adernbelegung T568A und T568B

Pinbelegung des RJ45-Steckers nach T568A und T568B — Abb. – Die Belegungen unterscheiden sich nur in den Paaren Orange und Grün

In Deutschland wird überwiegend T568B verwendet, wichtig ist nur: beide Enden gleich.
Bei Fast Ethernet (100 Mbit/s) werden nur die Pins 1, 2, 3, 6 genutzt, bei Gigabit alle acht.
Crossover-Kabel braucht man heute kaum noch: moderne Ports erkennen die Belegung per Auto-MDI-X selbst.

Glasfaser: Multimode und Singlemode

Lichtausbreitung in Multimode- und Singlemode-Glasfaser — Abb. – Dicker Kern = viele Lichtwege (Multimode), dünner Kern = ein Lichtweg (Singlemode)

Multimode (OM3/OM4, Kabel meist türkis oder violett): für kurze Strecken im Gebäude, günstige Optiken.
Singlemode (OS2, Kabel gelb): für lange Strecken zwischen Gebäuden und im WAN.
Gängige Stecker: LC (klein, Standard an Switches und SFP-Modulen), SC (größer, im Patchfeld).

Strukturierte Verkabelung

Statt jedes Kabel einzeln zu ziehen, wird ein Gebäude nach Norm (EN 50173 / ISO 11801) in drei Ebenen verkabelt. So bleibt das Netz übersichtlich und erweiterbar.

Primär-, Sekundär- und Tertiärverkabelung zwischen zwei Gebäuden — Abb. – Vom Standortverteiler über die Gebäudeverteiler bis zur Netzwerkdose

Ebene	Verbindet	Medium	Länge
Primär (Campus)	Standortverteiler ↔ Gebäudeverteiler	Glasfaser (Singlemode)	bis 1.500 m
Sekundär (Steigbereich)	Gebäudeverteiler ↔ Etagenverteiler	Glasfaser (Multimode)	bis 500 m
Tertiär (Etage)	Etagenverteiler ↔ Anschlussdose	Kupfer (Cat 6A)	90 m fest + 10 m Patchkabel

Übertragung

WAN-Verbindungsarten

📂 Grundlagen / Netzwerk🕐 ~5 Min. Lesezeit🔄 2026-10-22

LAN, MAN, WAN

LAN (Local Area Network): ein Gebäude oder Gelände – gehört dir selbst.
MAN (Metropolitan Area Network): eine Stadt, z. B. Stadtwerke-Glasfasernetz.
WAN (Wide Area Network): verbindet Standorte über große Entfernungen – die Leitungen gehören meist einem Provider.

WAN-Anbindungsarten zwischen Kunde und Provider — Abb. – Verschiedene Technologien für die „letzte Meile“ zum Provider

Die Anbindungsarten im Vergleich

Technik	Medium	Eigenschaften
DSL / VDSL	Kupfer (Telefonleitung)	asymmetrisch (Download > Upload), Bandbreite sinkt mit Entfernung
Kabel (DOCSIS)	Koaxialkabel (TV-Netz)	hohe Bandbreite, aber mit Nachbarn geteilt
FTTH / FTTB	Glasfaser bis ins Haus	symmetrisch möglich, Gbit/s, geringe Latenz
LTE / 5G	Mobilfunk	flexibel, gut als Backup-Leitung
Standleitung / MPLS	dedizierte Provider-Strecke	garantierte Bandbreite (SLA), für Firmenstandorte
Satellit	Funk über Satellit	überall verfügbar, LEO-Systeme wie Starlink mit geringerer Latenz

Standorte verbinden: Statt teurer Standleitungen nutzt man heute oft normale Internetanschlüsse mit einem VPN (IPsec) oder SD-WAN, das mehrere Leitungen intelligent bündelt.

Hardware

Datenträger: HDD vs. SSD

📂 Grundlagen / Hardware🕐 ~5 Min. Lesezeit🔄 2026-10-22

Aufbau einer HDD mit Magnetscheiben und einer SSD mit Flash-Chips — Abb. – Mechanische Festplatte und Flash-Speicher im Vergleich

Vergleich

	HDD	SSD (SATA)	SSD (NVMe)
Technik	rotierende Magnetscheiben	Flash-Speicher (NAND)	Flash-Speicher (NAND)
Anschluss	SATA / SAS	SATA	PCIe (M.2 / U.2)
Lesen	~200 MB/s	~550 MB/s	3.000–14.000 MB/s
Zugriffszeit	~10 ms	~0,1 ms	< 0,1 ms
Preis pro TB	niedrig	mittel	mittel bis hoch
Schwachstelle	Mechanik, Stöße	begrenzte Schreibzyklen (TBW)

Begriffe, die man kennen sollte

IOPS: Ein-/Ausgabe-Operationen pro Sekunde – wichtiger als MB/s bei Datenbanken und VMs.
TBW: Terabytes Written – wie viele Daten man auf eine SSD schreiben kann, bevor sie verschleißt.
TRIM: Das Betriebssystem meldet der SSD freie Blöcke, damit sie schnell bleibt.
Sicheres Löschen: Bei SSDs hilft Überschreiben nicht zuverlässig – stattdessen Secure Erase des Herstellers oder Verschlüsselung (BitLocker, LUKS).

Hardware

RAID-Level

📂 Grundlagen / Speicher🕐 ~7 Min. Lesezeit🔄 2026-10-22

Was ist RAID?

RAID (Redundant Array of Independent Disks) fasst mehrere Platten zu einem logischen Laufwerk zusammen – für mehr Geschwindigkeit, mehr Ausfallsicherheit oder beides.

Datenverteilung bei RAID 0, 1, 5, 6 und 10 — Abb. – So verteilen die RAID-Level Daten und Parität auf die Platten

Die wichtigsten Level

Level	Prinzip	Min. Platten	Nutzbar (4 × 4 TB)	Darf ausfallen
RAID 0	Striping – Daten verteilt	2	16 TB	keine
RAID 1	Spiegelung	2	4 TB*	alle bis auf eine
RAID 5	Striping + einfache Parität	3	12 TB	1 Platte
RAID 6	Striping + doppelte Parität	4	8 TB	2 Platten
RAID 10	Spiegeln, dann Striping	4	8 TB	1 pro Spiegelpaar

* RAID 1 mit 4 Platten = vierfache Spiegelung; üblich sind 2 Platten.

Wie funktioniert Parität?

Die Parität ist eine XOR-Prüfsumme über die Datenblöcke. Fällt eine Platte aus, lässt sich ihr Inhalt aus den übrigen Blöcken und der Parität zurückrechnen:

A1 = 1011   A2 = 0110
Pa = A1 XOR A2 = 1101

Platte mit A2 fällt aus:
A2 = A1 XOR Pa = 1011 XOR 1101 = 0110   ✓ wiederhergestellt

RAID ist kein Backup! RAID schützt vor Plattenausfall – nicht vor versehentlichem Löschen, Ransomware, Brand oder Diebstahl. Gelöschte Dateien sind auf allen Platten gleichzeitig weg.

Hardware-RAID: eigener Controller mit Cache und Akku, entlastet die CPU.
Software-RAID: das Betriebssystem (Windows Speicherplätze, Linux mdadm, ZFS) übernimmt die Arbeit.
Hot Spare: eine Reserveplatte, die bei einem Ausfall automatisch einspringt.

Hardware

Partitionierung & Bootvorgang: MBR und GPT

📂 Grundlagen / Speicher🕐 ~6 Min. Lesezeit🔄 2026-10-22

Aufbau von MBR und GPT sowie Bootablauf mit BIOS und UEFI — Abb. – Partitionstabelle und Bootkette im klassischen und im modernen Verfahren

Master Boot Record (MBR)

Liegt im ersten Sektor der Platte (512 Byte): 446 Byte Bootcode, 64 Byte Partitionstabelle, 2 Byte Signatur 0x55AA.
Platz für nur 4 primäre Partitionen – mehr nur über eine erweiterte Partition mit logischen Laufwerken.
Maximale Plattengröße: 2 TiB.
Nur eine Kopie – ist der MBR beschädigt, bootet nichts mehr.

GUID Partition Table (GPT)

Teil des UEFI-Standards, jede Partition hat eine weltweit eindeutige ID (GUID).
Windows erlaubt 128 Partitionen, Plattengrößen weit jenseits von 2 TiB.
Sicherungskopie am Ende der Platte und Prüfsummen (CRC32) erkennen Beschädigungen.
Ein Schutz-MBR am Anfang verhindert, dass alte Tools die Platte für leer halten.

BIOS vs. UEFI

	BIOS (Legacy)	UEFI
Partitionsschema	MBR	GPT
Bootloader liegt	im MBR / Bootsektor	als Datei auf der EFI-Systempartition (FAT32)
Secure Boot	nein	ja – nur signierte Bootloader starten
Windows 11	nicht unterstützt	Pflicht (mit TPM 2.0 und Secure Boot)

C:\> diskpart
DISKPART> list disk              ! Spalte "GPT" zeigt ein * bei GPT-Platten
C:\> mbr2gpt /validate /allowFullOS   ! Umwandlung MBR → GPT ohne Datenverlust prüfen

$ sudo fdisk -l                  # Linux: "Disklabel type: gpt" oder "dos" (= MBR)
$ lsblk -f                       # Partitionen mit Dateisystem anzeigen

Hardware

Dateisysteme im Vergleich

📂 Grundlagen / Speicher🕐 ~5 Min. Lesezeit🔄 2026-10-22

Wozu ein Dateisystem?

Das Dateisystem organisiert, wo auf der Partition welche Datei liegt, wie sie heißt und wer darauf zugreifen darf. Ohne Dateisystem wäre die Platte nur eine lange Reihe von Blöcken.

	FAT32	exFAT	NTFS	ext4
Heimat	alle Systeme	Wechseldatenträger	Windows	Linux
Max. Dateigröße	4 GB	16 EB (theoretisch, ≈ 16 Mio. TB)	16 TB+ (praktisch unbegrenzt)	16 TB
Rechte	keine	keine	ACLs (NTFS-Rechte)	rwx, ACLs
Journaling	nein	nein	ja	ja
Extras	EFI-Partition, maximal kompatibel	USB-Sticks, SD-Karten > 32 GB	Verschlüsselung (EFS, BitLocker), Komprimierung, Kontingente	Standard vieler Distributionen

Journaling bedeutet: Änderungen werden erst in ein Protokoll geschrieben und dann ausgeführt. Nach einem Stromausfall ist das Dateisystem so in Sekunden wieder konsistent, statt stundenlang geprüft zu werden.

Weitere Dateisysteme: ReFS (Windows Server, für große Speicherpools), XFS (Standard bei RHEL), Btrfs und ZFS (Snapshots und Prüfsummen eingebaut), APFS (macOS).

C:\> format E: /FS:NTFS /Q /V:Daten     ! Windows: Schnellformatierung mit NTFS
$ sudo mkfs.ext4 -L daten /dev/sdb1     # Linux: ext4 anlegen
$ df -T                                 # Linux: Dateisystemtyp jeder Partition

Systeme

Aufbau eines Betriebssystems

📂 Grundlagen / Systeme🕐 ~6 Min. Lesezeit🔄 2026-10-22

Aufgaben eines Betriebssystems

Hardware verwalten und für Programme einheitlich nutzbar machen
Prozesse starten, beenden und die CPU-Zeit verteilen (Multitasking)
Arbeitsspeicher zuteilen und Programme voneinander abschotten
Dateien über ein Dateisystem speichern
Benutzer und Rechte durchsetzen

Schichtenmodell: Benutzermodus, Systemaufrufe, Kernelmodus und Hardware — Abb. – Programme laufen im Benutzermodus und erreichen die Hardware nur über den Kernel

Kernel- und Benutzermodus

Kernelmodus (Ring 0): voller Zugriff auf Hardware und Speicher. Ein Fehler hier bringt das ganze System zum Absturz (Bluescreen, Kernel Panic).
Benutzermodus (Ring 3): Programme laufen abgeschottet. Stürzt eines ab, laufen die anderen weiter.
Systemaufrufe: Will ein Programm eine Datei öffnen oder ins Netz senden, bittet es den Kernel per System Call darum.

Kernel-Arten

Art	Prinzip	Beispiel
Monolithisch	alle Kernfunktionen inkl. Treiber in einem großen Kernel – schnell	Linux (mit ladbaren Modulen)
Mikrokernel	nur das Nötigste im Kernel, Rest als Dienste – stabil, etwas langsamer	QNX, MINIX
Hybrid	Mischform aus beiden	Windows NT, macOS (XNU)

Prozess vs. Thread: Ein Prozess ist ein laufendes Programm mit eigenem Speicherbereich. Ein Thread ist ein Ausführungsstrang innerhalb eines Prozesses – mehrere Threads teilen sich denselben Speicher.

Systeme

Virtualisierung & Container

📂 Grundlagen / Systeme🕐 ~6 Min. Lesezeit🔄 2026-10-22

Warum virtualisieren?

Ein physischer Server ist im Schnitt nur zu einem Bruchteil ausgelastet. Mit Virtualisierung laufen viele virtuelle Maschinen (VMs) auf einer Hardware – jede mit eigenem Betriebssystem.

bessere Auslastung, weniger Strom und Platz
Snapshots vor Updates, schnelles Klonen
Live-Migration zwischen Hosts ohne Ausfall
Testumgebungen ohne zusätzliche Hardware

Schichten bei Hypervisor Typ 1, Typ 2 und Containern — Abb. – Je weniger Schichten, desto weniger Overhead

Hypervisor-Typen

	Typ 1 – Bare Metal	Typ 2 – Hosted
Läuft auf	direkt auf der Hardware	als Programm in einem Host-OS
Leistung	sehr gut	etwas geringer
Einsatz	Rechenzentrum, Server	Labor, Schulung, Desktop
Beispiele	VMware ESXi, Hyper-V, Proxmox VE (KVM)	VirtualBox, VMware Workstation

VM vs. Container

VM: bringt ein komplettes Betriebssystem mit – stark isoliert, aber mehrere GB groß und startet in Minuten.
Container (Docker, Podman): teilt sich den Kernel des Hosts und enthält nur die Anwendung mit ihren Bibliotheken – MB groß, startet in Sekunden.
Container sind ideal für Microservices und Entwicklung; VMs, wenn verschiedene Betriebssysteme oder harte Trennung nötig sind.

Snapshot ist kein Backup: Ein Snapshot liegt auf demselben Speicher wie die VM und wird mit der Zeit groß und langsam. Nur kurzfristig vor Änderungen nutzen und danach löschen.

Systeme

Cloud-Grundlagen

📂 Grundlagen / Systeme🕐 ~6 Min. Lesezeit🔄 2026-10-22

Was ist Cloud Computing?

IT-Ressourcen wie Rechenleistung, Speicher oder fertige Software werden über das Internet bei Bedarf bezogen und nach Verbrauch abgerechnet – statt sie selbst zu kaufen und zu betreiben.

Servicemodelle: IaaS, PaaS, SaaS

Verantwortungsverteilung bei On-Premises, IaaS, PaaS und SaaS — Abb. – Je weiter rechts, desto mehr übernimmt der Anbieter

Modell	Du bekommst	Du kümmerst dich um	Beispiel
IaaS – Infrastructure	virtuelle Server, Netz, Speicher	Betriebssystem, Updates, Anwendungen	Azure VM, AWS EC2
PaaS – Platform	fertige Laufzeitumgebung	nur Code und Daten	Azure App Service, Google App Engine
SaaS – Software	fertige Anwendung	Benutzer und Einstellungen	Microsoft 365, Gmail, Salesforce

Bereitstellungsmodelle

Public Cloud: geteilte Infrastruktur eines großen Anbieters (Azure, AWS, Google).
Private Cloud: Cloud-Technik exklusiv für eine Organisation, oft im eigenen Rechenzentrum.
Hybrid Cloud: Kombination – z. B. lokales Active Directory mit Microsoft Entra ID.
Community Cloud: gemeinsam genutzt von Organisationen mit gleichen Anforderungen, z. B. Behörden.

Datenschutz: Bei personenbezogenen Daten zählt, wo das Rechenzentrum steht. Für die DSGVO sind EU-Regionen und ein Vertrag zur Auftragsverarbeitung (Art. 28 DSGVO) wichtig.

Systeme

Backup-Strategien

📂 Grundlagen / Betrieb🕐 ~8 Min. Lesezeit🔄 2026-10-22

RPO und RTO – die zwei Kennzahlen

Zeitachse mit RPO vor dem Ausfall und RTO nach dem Ausfall — Abb. – RPO blickt zurück (Datenverlust), RTO nach vorne (Ausfallzeit)

RPO (Recovery Point Objective): Wie viele Daten dürfen maximal verloren gehen? RPO 24 h → tägliches Backup reicht. RPO 15 min → Sicherung alle 15 Minuten oder Replikation.
RTO (Recovery Time Objective): Wie lange darf das System maximal ausfallen? Bestimmt, wie schnell die Wiederherstellung sein muss.

Sicherungsarten

Vollständige, inkrementelle und differenzielle Sicherung über eine Woche — Abb. – Datenmenge pro Tag und was man zur Wiederherstellung braucht

Art	Sichert	Sicherung	Wiederherstellung
Vollsicherung	alles	langsam, viel Speicher	am schnellsten – ein Satz
Inkrementell	Änderungen seit der letzten Sicherung	am schnellsten, wenig Speicher	langsam – Voll + alle Inkremente
Differenziell	Änderungen seit der letzten Vollsicherung	wächst täglich	schnell – Voll + letzte Differenzielle

Generationenprinzip (Großvater-Vater-Sohn)

Täglich, wöchentlich und monatlich rotierende Sicherungsmedien — Abb. – Ältere Stände bleiben länger erhalten, ohne unendlich viele Medien zu brauchen

Die 3-2-1-Regel

3 Kopien der Daten (Original + 2 Sicherungen)
2 verschiedene Medientypen (z. B. NAS und Band oder Cloud)
1 Kopie außer Haus – heute oft erweitert zu 3-2-1-1-0: zusätzlich eine offline/unveränderliche Kopie gegen Ransomware und 0 Fehler bei der Prüfung

Ein Backup ist erst gut, wenn die Wiederherstellung getestet wurde. Regelmäßig Stichproben zurückspielen und das Ergebnis dokumentieren.

Programmierung

Programmierparadigmen & Übersetzung

📂 Grundlagen / Programmierung🕐 ~7 Min. Lesezeit🔄 2026-10-22

Compiler vs. Interpreter

Ablauf bei Compiler, Interpreter und Bytecode-Mischform — Abb. – Vorab übersetzen, Zeile für Zeile ausführen oder beides kombinieren

	Compiler	Interpreter
Übersetzung	einmal vorab, komplett	bei jeder Ausführung, Zeile für Zeile
Geschwindigkeit	schnell	langsamer
Fehler	beim Kompilieren	erst wenn die Zeile erreicht wird
Weitergabe	Binärdatei, Quellcode bleibt geheim	Quellcode nötig
Sprachen	C, C++, Go, Rust	Python, Bash, PowerShell, JavaScript

Programmierparadigmen

Ein Paradigma ist eine Denkweise, wie ein Programm aufgebaut wird. Viele moderne Sprachen beherrschen mehrere.

Paradigma	Idee	Typische Sprachen
Prozedural	Ablauf Schritt für Schritt, Code in Funktionen gegliedert	C, Bash, Pascal
Objektorientiert (OOP)	Daten und Funktionen werden in Objekten zusammengefasst	Java, C#, Python, C++
Funktional	Programme als Verkettung von Funktionen ohne veränderliche Zustände	Haskell, F#, Teile von JavaScript

OOP in vier Begriffen

Klasse: der Bauplan, z. B. Switch mit Eigenschaften (Hostname, Ports) und Methoden (neustarten()).
Objekt: ein konkretes Exemplar nach dem Bauplan, z. B. SW1.
Kapselung: Interne Daten sind von außen nur über definierte Methoden erreichbar.
Vererbung: L3Switch erbt alles von Switch und ergänzt nur das Routing.

# Prozedural (Python)
def ports_zaehlen(ports):
    return len([p for p in ports if p == "up"])

# Objektorientiert (Python)
class Switch:
    def __init__(self, hostname):
        self.hostname = hostname
        self.ports = []

    def ports_zaehlen(self):
        return len([p for p in self.ports if p == "up"])

sw1 = Switch("SW1")            # Objekt aus der Klasse erzeugen
print(sw1.ports_zaehlen())