1 Grundlagen moderner Netzwerke

19

1.1 Definition und Eigenschaften von Netzwerken

19

1.2 Die Netzwerkprotokollfamilie TCP/IP

22

1.3 OSI-Schichtenmodell und TCP/IP-Referenzmodell

23

1.4 Räumliche Abgrenzung von Netzwerken

26

1.5 Regel- und Nachschlagewerk für TCP/IP-Netze (RFCs)

26

1.6 Prüfungsfragen

28

2 Netzwerktechnik

29

2.1 Elektrische Netzwerkverbindungen und -standards

29

2.1.1 Netzwerke mit Koaxialkabeln

31

2.1.2 Netze mit Twisted-Pair-Kabeln

34

2.1.3 Aufbau, Bezeichnung und Kategorien von Twisted-Pair-Kabeln

35

2.1.4 Stecker- und Kabelbelegungen

39

2.1.5 Anschlusskomponenten für Twisted-Pair-Kabel

42

2.1.6 Herstellung von Kabelverbindungen mit der Schneid-Klemmtechnik (LSA)

44

2.1.7 Montage von RJ45-Steckern

47

2.1.8 Prüfen von Kabeln und Kabelverbindungen

51

2.1.9 Kennzeichnen, Suchen und Finden von Kabelverbindungen

55

2.1.10 Power over Ethernet (PoE)

58

2.2 Lichtwellenleiter, Kabel und Verbinder

59

2.2.1 Übersicht über die Netzwerkstandards mit Glasfaserkabel

61

2.2.2 Aufbau und Funktion von Glasfaserkabeln

64

2.2.3 Dauerhafte Glasfaserverbindungen

68

2.2.4 Steckverbindungen für Lichtwellenleiter

69

2.2.5 Unterschiedliche Formen der Ferrulen am Steckerende

73

2.2.6 Umgang mit der LWL-Technik

75

2.2.7 Aufbau eines einfachen Leitungs- und Kabeltesters

77

2.2.8 Prüfen von LWL-Kabeln und -Verbindungen

78

2.3 Datenübertragung per Funktechnik

79

2.3.1 WLAN (Wireless LAN, Wi-Fi)

79

2.3.2 Datenübertragung über öffentliche Funknetze

82

2.3.3 Powerline Communication (PLC)

83

2.4 Technische Anbindung von Rechnern und Netzen

84

2.5 Weitere Netzwerkkomponenten

85

2.6 Zugriffsverfahren

85

2.6.1 CSMA/CD, Kollisionserkennung

85

2.6.2 CSMA/CA, Kollisionsvermeidung

86

2.7 Prüfungsfragen

86

3 Adressierung im Netzwerk – Theorie

87

3.1 Physikalische Adresse (MAC-Adresse)

87

3.2 Ethernet-Pakete (Ethernet-Frames)

89

3.3 Zusammenführung von MAC- und IP-Adresse

91

3.3.1 Address Resolution Protocol (ARP), IPv4

91

3.3.2 Neighbor Discovery Protocol (NDP), IPv6

93

3.4 IP-Adressen

95

3.5 IPv4-Adressen

97

3.5.1 Netzwerkklassen im IPv4

97

3.5.2 Netz- und Subnetzmaske, Unterteilung von Netzen

98

3.5.3 Berechnungen

101

3.5.4 Private Adressen des IPv4

104

3.5.5 Zeroconf – konfigurationsfreie Vernetzung von Rechnern

104

3.5.6 Localnet und Localhost

106

3.5.7 Weitere reservierte Adressen

107

3.6 IPv6-Adressen

107

3.6.1 Adresstypen des IPv6

110

3.6.2 IPv6-Loopback-Adresse

113

3.6.3 Unspezifizierte Adresse

114

3.6.4 IPv4- in IPv6-Adressen und umgekehrt

114

3.6.5 Übergangsszenario

114

3.6.6 Kryptografisch erzeugte Adressen (CGA)

115

3.6.7 Lokale Adressen

115

3.6.8 Übersicht der Präfixe von IPv6-Adressen

116

3.6.9 Adresswahl und -benutzung

117

3.7 Internetprotokoll

117

3.7.1 Der IPv4-Header

119

3.7.2 Der IPv6-Header

120

3.8 Prüfungsfragen

122

3.8.1 Berechnungen

122

3.8.2 IP-Adressen

122

4 MAC- und IP-Adressen in der Praxis

123

4.1 MAC-Adressen

123

4.1.1 Ermitteln der MAC-Adresse

123

4.1.2 Ändern der MAC-Adresse

125

4.1.3 Manuelles Setzen und Ändern von MAC-Adressen mittels »arp«

126

4.1.4 ARP-Spoofing erkennen

126

4.2 IP-Adressen setzen

126

4.2.1 Netzwerkkonfiguration von PCs

128

4.2.2 IP-Adresskonfiguration von weiteren Netzwerkgeräten

137

4.2.3 Zentrale IP-Adressverwaltung mit dem DHCP-Server

139

4.2.4 Zeroconf

145

4.3 Verwendung von Rechnernamen

145

4.3.1 Der Urtyp: Adressauflösung in der »hosts«-Datei

145

4.3.2 Der Domain Name Server (DNS) und seine Konfiguration

147

4.3.3 Einstellungen beim Client

156

4.4 Überprüfung der Erreichbarkeit und Namensauflösung von Hosts

160

4.4.1 Erreichbarkeit und Namensauflösung mit »ping« bzw. »ping6«

160

4.4.2 Werkzeuge für Nameserver-Abfragen (»nslookup«, »host«, »dig«, »resolvectl query«)

162

4.4.3 DNS-Abfragen mit Netzwerkdiagnoseprogrammen mitschneiden

166

4.4.4 DNS-Caching, DNS und Sicherheitsprobleme

168

4.4.5 DNSSEC und verschlüsselte Übertragung

169

4.4.6 Einstellungen für mehr Sicherheit bei DNS-Abfragen

173

4.5 Zentrale Netzwerkgeräte auf Sicherungs- und Vermittlungsebene

175

4.5.1 Bridges – Verbinden von Netzwerkteilen

175

4.5.2 Hubs – die Sammelschiene für TP-Netze

176

4.6 Switches – Verbindungsknoten ohne Kollisionen

177

4.6.1 Funktionalität

177

4.6.2 Schleifen – Attentat oder Redundanz?

178

4.6.3 Verbindungen zwischen Switches (Link Aggregation, Port Trunking, Channel Bundling)

181

4.6.4 Virtuelle Netze (VLAN)

182

4.6.5 Switch und Sicherheit

184

4.6.6 Geräteauswahl

185

4.6.7 Anzeigen und Anschlüsse am Switch

186

4.6.8 Konfiguration eines Switchs allgemein

188

4.6.9 Spanning Tree am Switch aktivieren

189

4.6.10 VLAN-Konfiguration von Switches

190

4.6.11 Konfigurationszugriff auf Switches per serieller Schnittstelle

193

4.6.12 Konfiguration von Rechnern für tagged VLANs

195

4.7 Routing – Netzwerkgrenzen überschreiten

198

4.7.1 Gemeinsame Nutzung einer IP-Adresse mit PAT

201

4.7.2 Festlegen des Standard-Gateways

202

4.7.3 Routing-Tabelle abfragen (»netstat«)

202

4.7.4 Routenverfolgung mit »traceroute«

203

4.7.5 Route manuell hinzufügen (»route add«)

204

4.7.6 Route löschen (»route«)

206

4.8 Multicast-Routing

207

4.9 Praxisübungen

208

4.9.1 Glasfasern

208

4.9.2 TP-Verkabelung

208

4.9.3 Switches

209

4.9.4 MAC- und IP-Adressen

209

4.9.5 Namensauflösung

209

4.9.6 Routing

209

4.9.7 Sicherheit im lokalen Netz

210

5 Internet Control Message Protocol (ICMP): Steuer- und Fehlercodes übertragen

211

5.1 ICMP-Pakete (IPv4)

212

5.2 ICMPv6-Pakete

213

6 Datentransport mit TCP und UDP

217

6.1 Transmission Control Protocol (TCP)

217

6.1.1 Das TCP-Paket

217

6.1.2 TCP: Verbindungsaufbau

221

6.1.3 TCP: Transportkontrolle

222

6.1.4 TCP: Verbindungsabbau

223

6.1.5 Mit oder gegen den Datenstau: Congestion-Control-Algorithmen

224

6.1.6 Verfeinerungen für TCP

226

6.2 User Datagram Protocol (UDP)

227

6.2.1 UDP: Der UDP-Datagram-Header

227

6.3 QUIC

228

6.4 Nutzung von Services mittels Ports und Sockets

230

6.4.1 Sockets und deren Schreibweise

231

6.4.2 Übersicht über die Port-Nummern

232

6.4.3 Ports und Sicherheit

233

6.5 Die Firewall

236

6.5.1 Integration der Firewall in das Netzwerk

238

6.5.2 Regeln definieren

239

6.6 Der Proxyserver

244

6.6.1 Lokaler Proxyserver

245

6.6.2 Proxyserver als eigenständiger Netzwerkteilnehmer

245

6.6.3 Squid, ein Proxyserver

246

6.7 Port and Address Translation (PAT), Network Address Translation (NAT)

247

6.8 Praxis

249

6.8.1 Verbindungsaufbau mit geänderter Port-Nummer

249

6.8.2 Portscans zum Austesten von Sicherheitsproblemen

250

6.8.3 Schließen von Ports

251

6.9 Prüfungsfragen

252

6.9.1 TCP-Protokoll

252

6.9.2 Ports und Sockets

252

6.9.3 Firewall

253

7 Kommunikation und Sitzung

255

7.1 Dateidienste

255

7.1.1 SMB/CIFS

255

7.1.2 Grundlagen

256

7.1.3 Freigaben von Verzeichnissen und Druckern unter Windows

257

7.1.4 Samba unter Linux/FreeBSD

258

7.1.5 Die Samba-Konfigurationsdatei »smb.conf«

258

7.1.6 Testen der Konfiguration

262

7.1.7 Aufnehmen und Bearbeiten von Samba-Benutzern

263

7.1.8 Starten, Stoppen und Neustart der Samba-Dienste

263

7.1.9 Netzlaufwerk unter Windows verbinden

263

7.1.10 Client-Zugriffe unter Linux/FreeBSD

264

7.1.11 Zugriffskontrolle mit »smbstatus«

267

7.1.12 Die »net«-Befehle unter Windows

268

7.1.13 Cloud-Speicher als Ergänzung

268

7.2 Network File System (NFS)

269

7.2.1 Konfiguration des NFS-Servers

269

7.2.2 Konfiguration des NFS-Clients

271

7.3 HTTP für die Informationen im Internet

272

7.3.1 Grundlagen des HTTP-Protokolls

272

7.3.2 Serverprogramme

277

7.3.3 Client-Programme

278

7.3.4 Webbrowser und Sicherheit

279

7.4 Mail-Transport

280

7.4.1 Grundlagen des SMTP/ESMTP-Protokolls

280

7.4.2 Konfigurationshinweise

284

7.4.3 Anhänge von E-Mails, MIME, S/MIME

286

7.5 Secure Shell (SSH) und Secure Socket Layer (SSL), Transport Layer Security (TLS)

290

7.5.1 Secure Shell (SSH)

290

7.5.2 SSL und TLS

292

7.5.3 Quantensichere Verschlüsselung

293

7.5.4 Konfiguration des SSH-Servers

296

7.5.5 Konfiguration des SSH-Clients

298

7.6 Praxisübungen

298

7.6.1 HTTP, Sicherheit

298

7.6.2 E-Mail

299

7.6.3 SSH, TLS/SSL

299

8 Netzwerkanwendungen

301

8.1 Datenübertragung

301

8.1.1 File Transfer Protocol (FTP), Server

301

8.1.2 File Transfer Protocol (FTP), Clients

302

8.1.3 Benutzerkommandos für FTP- und SFTP-Sitzungen

303

8.1.4 Datentransfer mit »netread« und »netwrite«

305

8.1.5 Öffentlichen Schlüssel für SSH-Anwendungen zum Server übertragen

307

8.1.6 Secure Copy (scp), Ersatz für Remote Copy (rcp)

310

8.1.7 SSHFS: entfernte Verzeichnisse lokal nutzen

310

8.2 Aufbau eines SSH-Tunnels

313

8.3 Fernsitzungen

314

8.3.1 Telnet

314

8.3.2 Secure Shell (SSH), nur Textdarstellung

315

8.3.3 Display-Umleitung für X11-Sitzungen

315

8.3.4 SSH zur Display-Umleitung für X11

316

8.3.5 Virtual Network Computing (VNC)

318

8.3.6 X2Go (Server und Client)

320

8.3.7 Remote Desktop Protocol (RDP)

324

8.4 Telefonie-Anwendungen über Netzwerke (VoIP)

327

8.4.1 Grundlagen

327

8.4.2 Endeinrichtungen und ihre Konfiguration

331

8.4.3 Besonderheiten der Netzwerkinfrastruktur für VoIP

332

8.4.4 Sonderfall Fax: T38

333

8.4.5 Sicherheit

334

8.4.6 Anwendungsbeispiel: »Gegensprechanlage« im LAN mittels VoIP

334

8.5 Kleiner Einstieg in Nextcloud

335

8.6 Fernwartung mit RustDesk

340

9 Netzwerkpraxis

345

9.1 Planung von Netzwerken

345

9.1.1 Bedarf ermitteln

345

9.1.2 Ermitteln des Ist-Zustands

347

9.1.3 Berücksichtigung räumlicher und baulicher Verhältnisse

348

9.1.4 Investitionssicherheit

348

9.1.5 Ausfallsicherheiten vorsehen

349

9.1.6 Zentrales oder verteiltes Switching

350

9.2 Netzwerke mit Kupferkabeln

352

9.2.1 Kabel (Cat. 5 und Cat. 7)

353

9.2.2 Anforderungen an Kabeltrassen und Installationskanäle

353

9.2.3 Dosen und Patchfelder

354

9.3 Netzwerke mit Glasfaserkabeln

356

9.3.1 Kabeltrassen für LWL-Kabel

357

9.3.2 Dosen, Stecker und Patchfelder

358

9.3.3 Medienkonverter

359

9.3.4 LWL-Multiplexer

361

9.4 Geräte für Netzwerkverbindungen und -dienste

362

9.4.1 Netzwerkkarten

362

9.4.2 WLAN-Router und -Sticks

363

9.4.3 Router

364

9.4.4 Switches

370

9.4.5 Printserver

373

9.4.6 Netzwerkspeicher (NAS)

375

9.4.7 Modems für den Netzzugang

376

9.5 Einbindung externer Netzwerkteilnehmer

380

9.6 Sicherheit

380

9.6.1 Abschottung wichtiger Rechner

382

9.6.2 Netzwerkverbindung mit einem Virtual Private Network (VPN)

384

9.6.3 WLAN sicher konfigurieren

390

9.6.4 SSH-Tunnel mit PuTTy aufbauen

391

9.6.5 Sichere Konfiguration von Printservern

393

9.6.6 Sicherer E-Mail-Verkehr

395

9.6.7 Sicherer Internetzugang mit IPv6

396

9.6.8 Mit Portknocking Brute-Force-Angriffe vermeiden

397

9.6.9 Sichere DNS-Abfragen

398

9.6.10 Zero Trust – vertraue niemandem!

399

9.7 Prüf- und Diagnoseprogramme für Netzwerke

399

9.7.1 Rechtliche Hinweise

399

9.7.2 Verbindungen mit »netstat« anzeigen

400

9.7.3 Hosts und Ports mit »nmap« finden

403

9.7.4 MAC-Adressen-Inventur: netdiscover

407

9.7.5 Datenverkehr protokollieren (Wireshark, tcpdump)

408

9.7.6 Netzaktivitäten mit »darkstat« messen

410

9.7.7 Netzlast mit »fping« erzeugen

412

9.7.8 Weitere Einsatzmöglichkeiten von »fping«

412

9.7.9 Die Erreichbarkeit von Hosts mit »ping« bzw. »ping6« prüfen

415

9.7.10 Weitere Systemabfragen auf Linux-Systemen

416

9.7.11 Netzwerküberwachung im Terminal mit »NetWatch«

417