09 DHCP, Ethernet, WLAN - ManfredSteiner/scripts-aiit2-networking GitHub Wiki

Datenübertragung im Subnet

Ein Netzwerk besteht heute im Normalfall aus einer Zusammenschaltung vieler kleiner Netzwerke, sogenannter Subnetze (Subnet). Router sorgen für die Weitergabe von Daten zwischen den Subnetzen und verwenden dafür das Internet Protokoll (IP). Innerhalb der Subnetze wird häufig mit dem Netzwerkprotokoll Ethernet oder WLAN gearbeitet.

Als Adresse verwendet das Internetprotokoll IPv4 oder IPv6 Adressen, während Ethernet und WLAN die MAC-Adresse verwenden.

DHCP

Die Abkürzung DHCP steht für Dynamic Host Configuration Protocol. Es handelt sich dabei um ein Protokoll, das die Vergabe von IP-Adressen regelt.

Heute ist es üblich, dass Rechner mobil sind, also von einem Subnetz rasch ins andere Subnetz wechseln. Man denke beispielsweise an ein Smartphone, das mit seinem Träger rasche Ortswechsel vornimmt. In jedem Subnetz benötigt das Gerät eine andere IP Adresse, die zu der Netzwerkadresse des Subnetz passt.

Es wäre völlig unpraktikabel, wenn die Änderung immer der Benutzer durchführen müsste. Ausßerdem weiß dieser in der Regel nicht, welche IP-Adresse (Geräteadresse) noch frei ist, und welche von anderen Benutzern gerade verwendet wird.

Fix bleibt hingegen - zumindest während das Gerät mit dem Netzwerk verbunden ist - die MAC-Adresse des Geräts. Mit ihrer Hilfe kontaktiert das Gerät einen DHCP-Server im Subnetz. Dieser prüft den Request und sendet die erforderlichen Werte für eine Teilnahme am Netzwerk zurück.

Das sind (unter anderem):

  • IPv4 Adresse und Subnetzmaske
  • Zeitspanne für die die Adresse vergeben wird (Lease Time)
  • DNS-Server
  • Default-Gateway (IP-Adresse des Router ins umgebende Netzwerk)

Falls mehrere DHCP-Server eine Antwort liefern, entscheidet sich der neue Netzteilnehmer für ein Angebot. Er bestätigt dann ein Angebot, womit der "Handel" abgeschlossen ist.

Weiterführende Informationen in Wikipedia:

Ethernet

Mit Hilfe des Ethernet (IEEE 802.3) lassen sich Netzwerkgeräte mit Hilfe eines LAN-Kabels direkt miteinander verbinden. Es entsteht ein Local Area Network, abgekürzt LAN.

Als Adressen kommen nun MAC-Adressen zum Einsatz. Die Abkürzung MAC steht für Media Access Control. Eine MAC-Adresse besteht aus 48 Bit und wird hexdezimal angeschrieben. Mehrere Schreibweisen sind in Verwendung:

  • Linux, macOS: 50:3f:56:02:2b:01
  • Windows: 50-3F-56-02-2B-01
  • HP-Switch/Router: 503f56-022b01

Das Ethernet hat verschiedene geschichtlich bedingte Varianten, die heute wichtigsten sind:

  • 10Base-T:
    CAT-3 Kabel mit 8P8C-Steckern (RJ45), maximal 10MBit/s
  • 100Base-TX:
    "Fast-Ethernet", Cat-5 Kabel mit 8P8C-Steckern, maximal 100MBit/s
  • 1000Base-T:
    "Gigabit Ethernet", Cat-5e (oder CAT-6) Kabel mit 8P8C-Steckern, maximal 1GBit/s
  • 1000Base-SX/LX:
    Glasfaser-Leitung, maximal 1GBit/s

Die Variante 10Base-T wird heute eigentlich nicht mehr verwendet, da sie zu langsam ist. Wenn aber die 100Base-TX Veriante verwendet wird, so kann das System bei schlechter Kabelqualität (abgeknickten Kabeln) automatisch in den langsamen 10Base-T Modus umschalten.

Heute begegnen wir meist der Fast Ethernet 100BASE-TX und der Gigabit Ethernet 1000BASE-T Variante. Bei diesen beiden Varianten wird ein CAT-5e oder CAT-6 Kabel mit einem 8P8C-Stecker (RJ45) verwendet

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WLAN

Die Abkürzung WLAN (IEEE 802.11) steht für Wireless Local Area Network. Eine andere gebräuchliche Bezeichnung ist Wi-Fi.

Die drahtlose Datenübertragung erfolgt bei Funkfrequenzen von 2,4GHz oder 5GHz. Es stehen in jedem Frequenzbereich mehrere Kanäle (Frequenzbänder) zur Verfügung, über die parallel gesendet und empfangen werden kann. Bei 2,4GHz kann eine bessere Reichweite erzielt werden. Bei 5 GHz ist ein höherer Datendurchsatz (mehr Byte pro Sekunde) möglich.

Die WLAN Norm definiert eine Reihe unterschiedlicher Betriebsarten. Die beiden meist verwendeten sind:

  • Infrastructure Mode
    Hier kommuniziert der WLAN Client mit einem WLAN Access Point. Der Access Point stellt dann die Verbindung zum restlichen Netzwerk her.
  • IBSS (Independent Basic Service Set)
    Wird zum Beispiel für Ad-hoc Netzwerke verwendet.

Da bei einer drahtlosen Signalübertragung jeder in der Umgebung die Funksignale empfangen und decodieren kann, ist eine verschlüsselte Datenübertragung bei WLAN praktisch zwingend erforderlich.

Das für die Verschlüsselung gängige Verfahren ist WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2). Dieses Verfahren benutzt für die Verschlüsselung AES (Advanced Encryption Standard). Bei der Anmeldung ist ein Zugangsschlüssel (Password) erforderlich. Für die höchste Sicherheit sollte dieses die Maximallänge von 63 Zeichen umfassen und aus einer zufälligen Folge von Ziffern und Zeichen bestehen.

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