Grundlagen des Internets at Universität Tübingen

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Erkläre Network Adress Translation (NAT) und wie NAT Router funktionieren.

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Erkläre den Dijkstra-Algorithmus.

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Was ist ein Netzwerk?

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Was bedeutet CIDR? Erkläre es!

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Wie findet man die MAC-Adressen von Kommunikationspartnern in IPv6 heraus?


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Was ist der Unterschied zwischen dem Internet und world-wide web?

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Worin unterscheidet sich das TCP/IP-Schichtenmodell vom ISO/OSI-Schichtenmodell?

Erklären Sie, was mit der Funktionalität der fehlenden Layer geschieht.

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Erkläre die Anwendungsschicht.

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Erkläre die Transportschicht.

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Erkläre den Network Layer.

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Grundlagen des Internets

Erkläre Network Adress Translation (NAT) und wie NAT Router funktionieren.

Middleboxes schauen in layer 4 und 5, was eig im Schichtenmodell nicht vorgesehen ist.


Ein Grund für Einführung der Middleboxes ist Erschöpfung von IPv4 Adressen.


Network Adress Translation soll das Problem beheben, indem IPv4 Adressen in 2 Arten aufgeteilt werden. Public IPv4 Adressen und Private IPv4 Adressen. Private IP Adressen werden Endgeräten in einem privaten Netzwerk vom NAT Router zugeordnet. Damit trennt NAT private Netzwerke praktisch vom Internet. Der NAT Router hat eine Public IP Adresse für reinkommenden Verkehr und kann deswegen von allen Geräten im Internet erreicht werden. Zusätzlich hat er natürlich auch eine für die Endgeräte erreichbare Private IP für das Privatnetzwerkinterface. Für Private IP Adressen sind die Adressbereiche 192.168.X.X und 10.X.X.X zugeordnet. 


Ein NAT Router muss in Anfragen Private IP Adressen der privaten Endgeräte mit seiner Public IP Adresse überschreiben, damit Hosts im Internet die Anfrage bearbeiten können, aber er muss auch dafür sorgen, dass der Verkehr zum Endgerät hin auch beim richtigen Endgerät im privaten Netzwerk ankommt. Also muss er auch die Public IP in die richte Private IP übersetzen können.


Das macht der NAT Router mithilfe von Portnummern. Ein Endgerät stellt die Anfrage mit einer zufälligen Portnummer 49151 aus einem bestimmten Portnummernbereich (Registrierte Ports: 1024-49151 oder dynamische Ports: 49152-65535) an z.B. einen Well-Known Port 80 eines Web-Servers. Der NAT Router überschreibt dann die IP aber auch die Portnummer mit einer zufälligen freien Portnummer. Er hält eine Tabelle, die die entsprechenden IP-Adressen + Portnummern der Anfrage vom Sender und der veränderten Anfrage vom NAT Router aufeinander abbildet, also IPSender:PortSender gehört zu (IPNATrouter:)PortNATrouter. Damit kann der NAT Router bei Antwort des Empfängers an IPNATrouter:PortNATrouter in der Tabelle nachschauen und die Antwort richtig weiterleiten.

Grundlagen des Internets

Erkläre den Dijkstra-Algorithmus.

Der Dijkstra-Algorithmus findet für einen Startknoten den kürzesten Weg zu jedem anderen Knoten in einem Graphen. 


Dazu wird eine Liste geführt in der alle Knoten des Graphen aufgeführt sind und dazu die Kosten des kürzesten Weges und der Vorgängerknoten eingetragen sind. 


Am Anfang sind die Kosten beim Startknoten 0; es gibt keinen Vorgänger. Die Kosten aller anderen Knoten werden unendlich gesetzt. 


[Algorithmus]


Am Ende wurden alle Knoten abgearbeitet und es stehen die Kosten für die kürzesten Wege zu allen Knoten drin und über welchen Vorgängerknoten diese zum Zielknoten gelangten. Über die Vorgängerknoten kann man dann den kompletten Pfad nachvollziehen.


Dieser Pfad wird dann z.B. bei Routern in ihre Routing-Tabelle eingetragen.


Der Dijkstra-Algorithmus ist ein Greedy-Algorithmus, da er die Knoten mit der kürzesten Distanz zuerst abarbeitet. Das soll dazu dienen, den kürzesten Pfad zu einem Zielknoten schneller zu finden. Der Nachteil kommt dadurch, dass der Algorithmus nicht weiß wo oder in welcher Richtung der Zielknoten liegt. Unter Umständen könnte eine Route abgesucht werden, für die die Kosten gering sind, die aber nicht zum Zielknoten führt. Diese Berechnungen wären dann umsonst gewesen, wenn es nur um die Strecke zu dem Zielknoten geht. 

Grundlagen des Internets

Wie sehen MAC-Adressen aus?

MAC-Adressen (Layer 2, Ethernet) bestehen aus 48 Bits (6 Bytes) und werden mit Doppelpunkten getrennt in der hexadezimalen Darstellung geschrieben:


08:00:20:ae:fd:7e

Grundlagen des Internets

Was ist ein Netzwerk?

Ein Netzwerk ist ein Set aus Hardware und Software, dass es ermöglicht Informationen / Daten von einem Sender an einen oder mehrere Empfänger zu übermitteln.

Grundlagen des Internets

Was bedeutet CIDR? Erkläre es!

CIDR - Classless Inter-Domain Routing


CIDR wurde für IPv4 eingeführt als man gemerkt hat, dass die Art wie man damals IP-Adressen erstehen konnte, nämlich durch Bezug einer Klasse, dazu geführt hat, dass durch Subnetting zu viele IPv4-Adressen verschwendet wurden und die sowieso schon relativ raren Adressen schneller weniger wurden.


Die Klassen:

11111111.00000000.00000000.00000000 (A)

11111111.11111111.00000000.00000000 (B)

11111111.11111111.11111111.00000000 (C)


Für die meisten Unternehmen ist B zu groß und C zu klein.


Classless Interdomain Routing und Variable Length Subnet Masks (VLSM) lösen das Problem, indem die Subnetzmaske frei verlängert werden kann und so ungefähr an die Anzahl der benötigten IP-Adressen herankommt. Verlängern heißt hier dass in der Subnetzmaske 255.255.0.0, also 11111111.11111111.00000000.00000000, wobei der Teil mit den 1en für die Netzwerk ID steht und der Teil mit den 0en für die Host ID steht, angepasst werden kann, indem eine Anzahl an Bits n von der Host ID zur Network ID hinzugefügt werden. Dann bleibt in der Maske eine Anzahl m der 0en der Host ID.


Diese n Bits heißen Subnet ID. Mit n Bits sind 2^n Subnets möglich. Mit den übrigen m Bits sind in einem dieser Subnets 2^m - 2 Hostadressen übrig (nur 0en repräsentiert Subnetmaske, nur 1en ist Broadcast-Adresse).


CIDR führt außerdem eine verkürzende Schreibweise für die IP-Adresse und Subnetzmaske ein:

192.168.0.1 /29

IP /Anzahl der Bits, die zu der Subnetzmaske/Netwerk ID gehören

Grundlagen des Internets

Wie findet man die MAC-Adressen von Kommunikationspartnern in IPv6 heraus?


IPv6 nutzt nicht ARP, sondern das Neighbour Discovery Protocol (NDP) und NDP-Tabellen zusammen mit ICMPv6.



Grundlagen des Internets

Was ist der Unterschied zwischen dem Internet und world-wide web?

Beide Begriffe werden oft verwechselt, meinen aber verschiedene Konzepte.


Internet: Meint die Infrastruktur, also das Netz von Netzen in der Daten übertragen werden können.

World-Wide Web: Bezeichnet die vernetzten Websiten, die man mithilfe eines Browsers ansehen kann.

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Worin unterscheidet sich das TCP/IP-Schichtenmodell vom ISO/OSI-Schichtenmodell?

Erklären Sie, was mit der Funktionalität der fehlenden Layer geschieht.

Der optisch größte Unterschied ist, dass das TCP/IP-Schichtenmodel die Schichten von 7 auf 4 reduziert. Hierbei werden Schicht 5-7, also Sitzungs-, Darstellungs und Anwendungsschicht

des ISO/OSI-Modells zu der Anwendungsschicht des TCP/IP-Modells vereinigt. Darüber hinaus wird Schicht 1 und 2, also Bitübertragungs- und Sicherungsschicht zu einer

Netzzugangsschicht im TCP/IP-Modell vereinigt. Zugriff auf ein Übertragungsmedium

oder Datenübertragungstechnik wird in der Netzzugangsschicht nicht de finiert. Es geht hier darum Datenpakete über mehrere Hops weiterzuleiten und so Verbindungen zwischen Netzwerkteilnehmern herzustellen.

Grundlagen des Internets

Erkläre die Anwendungsschicht.

Die Anwendungsschicht enthält alles, was Anwendungen benötigen, um möglichst fehlerfrei oder schnell Daten zu übertragen. Hier sind die Einheiten für zu übertragende Informationen Service Data Units (SDUs) oder Application Data Units (ADUs).

Grundlagen des Internets

Erkläre die Transportschicht.

Die fehlerfreie Übertragung von Informationen ist durch die Schichten unter der Transportschicht nicht immer gesichert. Die fehlerfreie Übertragung zu sichern ist die Hauptaufgabe dieser Schicht. Dazu kommt die Stauvermeidung (congestion control) und die Segmentierung des Datenstroms. Man spricht in der Transportschicht von segments. Diese werden mit TCP (reliable and connection-oriented service) oder UDP (unreliable and connection-less service, may be faster) Header versehen.

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Erkläre den Network Layer.

Informationen müssen oft zwischen Hosts übertragen werden, die nicht direkt über ein und dasselbe physikalische Medium verbunden sind. Diese Aufgabe erledigt die Netzwerkschicht. Sie erlaubt es packets über mehrere Router hinweg zu verschicken. Die Schicht übernimmt dabei z.B. das Routing, also das Aktualisieren der Routing-Tabellen und die Fragmentierung der Datenpakete.

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