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OSI-Modell sowie wichtige IPv4- und IPv6-Adressen

OSI-Modell sowie wichtige IPv4- und IPv6-Adressen


Was ist das OSI-Modell?

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Das OSI-Modell ist ein Referenzmodell, das die Netzwerkkommunikation in sieben Schichten unterteilt.

Jede Schicht erfüllt bestimmte Aufgaben und stellt der darüberliegenden Schicht Dienste bereit. Dadurch lassen sich Netzwerkfunktionen einheitlich beschreiben und Fehler systematisch eingrenzen.


Welche sieben Schichten besitzt das OSI-Modell?

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Schicht Bezeichnung Aufgabe Beispiele
7 Anwendung Netzwerkdienste für Anwendungen HTTP, DNS, DHCP, SMTP
6 Darstellung Datenformate, Verschlüsselung und Komprimierung TLS, UTF-8, JPEG
5 Sitzung Aufbau, Steuerung und Beendigung von Sitzungen Sitzungsverwaltung
4 Transport Ende-zu-Ende-Übertragung, Ports und Zuverlässigkeit TCP, UDP
3 Vermittlung logische Adressierung und Weiterleitung zwischen Netzwerken IPv4, IPv6, ICMP
2 Sicherung Übertragung innerhalb eines lokalen Netzwerks über MAC-Adressen Ethernet, WLAN
1 Bitübertragung Übertragung von Bits als elektrische, optische oder Funksignale Kabel, Glasfaser, Funk

Wie kann man sich die Reihenfolge der OSI-Schichten merken?

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Von Schicht 7 bis Schicht 1:

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  • Anwendung
  • Darstellung
  • Sitzung
  • Transport
  • Vermittlung
  • Sicherung
  • Bitübertragung

Welche Protokolldateneinheiten werden im OSI-Modell verwendet?

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OSI-Schicht Protokolldateneinheit
Schicht 7–5 Daten
Schicht 4 Segment bei TCP beziehungsweise Datagramm bei UDP
Schicht 3 Paket
Schicht 2 Frame
Schicht 1 Bits

Was bedeutet Kapselung?

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Bei der Kapselung ergänzt jede Schicht die Daten um eigene Steuerinformationen.

Daten
→ Segment beziehungsweise Datagramm
→ Paket
→ Frame
→ Bits

Beim Empfänger werden diese Informationen in umgekehrter Reihenfolge wieder entfernt. Dieser Vorgang heißt Entkapselung.


Auf welchen OSI-Schichten arbeiten wichtige Netzwerkgeräte?

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  • Hub und Repeater: Schicht 1
  • Switch und Bridge: hauptsächlich Schicht 2
  • Router: Schicht 3
  • Firewall: abhängig von der Bauart auf Schicht 3 bis 7
  • Gateway: kann Funktionen auf mehreren Schichten übernehmen

Was ist der Unterschied zwischen MAC-Adresse, IP-Adresse und Port?

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  • MAC-Adresse: identifiziert eine Netzwerkschnittstelle im lokalen Netzwerk auf Schicht 2
  • IP-Adresse: identifiziert ein Gerät beziehungsweise eine Schnittstelle logisch im IP-Netzwerk auf Schicht 3
  • Portnummer: ordnet die Kommunikation einer Anwendung oder einem Dienst auf Schicht 4 zu

Beispiel: 192.168.1.10:443

  • 192.168.1.10 ist die IP-Adresse.
  • 443 ist der Port des HTTPS-Dienstes.

Wie unterscheiden sich OSI- und TCP/IP-Modell?

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Das OSI-Modell besitzt sieben Schichten. Das praktisch verwendete TCP/IP-Modell fasst diese Funktionen in vier Schichten zusammen.

TCP/IP-Modell OSI-Modell
Anwendung Schicht 5–7
Transport Schicht 4
Internet Schicht 3
Netzzugang Schicht 1–2

Wie hilft das OSI-Modell bei der Fehlersuche?

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Die Fehlersuche kann von unten nach oben durchgeführt werden:

  1. Schicht 1: Kabel, Funkverbindung und Link prüfen
  2. Schicht 2: MAC-Adresse, Switch und VLAN prüfen
  3. Schicht 3: IP-Adresse, Präfix und Gateway prüfen
  4. Schicht 4: Ports, TCP und UDP prüfen
  5. Schicht 5–7: Sitzung, Verschlüsselung, DNS und Anwendung prüfen

Was ist eine IPv4-Adresse?

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Eine IPv4-Adresse ist eine 32 Bit lange logische Adresse. Sie besteht aus vier Dezimalzahlen zwischen 0 und 255.

Beispiel: 192.168.1.10

Das Präfix gibt an, wie viele Bits den Netzanteil bilden.

Beispiel: 192.168.1.10/24


Welche wichtigen besonderen IPv4-Adressen und Adressbereiche gibt es?

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Adresse oder Bereich Bedeutung
10.0.0.0/8 privater IPv4-Adressbereich
172.16.0.0/12 privater IPv4-Adressbereich
192.168.0.0/16 privater IPv4-Adressbereich
127.0.0.0/8 Loopback-Bereich
127.0.0.1 eigener Computer, Localhost
169.254.0.0/16 automatische Link-Local-Adresse, beispielsweise bei fehlendem DHCP
0.0.0.0 nicht festgelegte beziehungsweise unbekannte Adresse
0.0.0.0/0 IPv4-Standardroute zu allen Netzen
224.0.0.0/4 Multicast-Adressen
255.255.255.255 begrenzte Broadcast-Adresse
100.64.0.0/10 Shared Address Space für Carrier-Grade NAT

Was ist der Unterschied zwischen privaten und öffentlichen IPv4-Adressen?

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  • Private IPv4-Adressen: werden in lokalen Netzwerken verwendet und nicht im öffentlichen Internet weitergeleitet
  • Öffentliche IPv4-Adressen: sind weltweit eindeutig und grundsätzlich über das Internet erreichbar

Private IPv4-Adressen benötigen für den Zugriff auf das Internet meistens NAT beziehungsweise PAT.


Was sind Netzwerk-, Host- und Broadcast-Adresse?

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  • Netzwerkadresse: bezeichnet das gesamte Netzwerk
  • Hostadresse: wird einem Gerät im Netzwerk zugewiesen
  • Broadcast-Adresse: sendet Daten an alle Geräte eines IPv4-Netzes

Beispiel für 192.168.1.0/24:

Adresstyp Adresse
Netzwerkadresse 192.168.1.0
erste nutzbare Hostadresse 192.168.1.1
letzte nutzbare Hostadresse 192.168.1.254
Broadcast-Adresse 192.168.1.255

Ist die erste nutzbare IPv4-Adresse immer das Standardgateway?

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Nein. Häufig wird die erste oder letzte nutzbare Adresse als Standardgateway verwendet, dies ist aber nur eine Konvention.

Bei 192.168.1.0/24 könnte das Gateway beispielsweise 192.168.1.1 sein. Grundsätzlich kann jedoch jede geeignete Hostadresse verwendet werden.


Was bedeutet die Präfixlänge bei IPv4?

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Die Präfixlänge gibt an, wie viele Bits der IPv4-Adresse zum Netzanteil gehören.

Präfix Subnetzmaske
/8 255.0.0.0
/16 255.255.0.0
/24 255.255.255.0
/30 255.255.255.252

Je größer die Präfixlänge, desto kleiner ist das Netzwerk.


Wie wird die Anzahl der nutzbaren IPv4-Hostadressen berechnet?

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Bei einem klassischen IPv4-Subnetz gilt:

Hostbits = 32 - Präfixlänge

nutzbare Hostadressen = 2ᴴᵒˢᵗᵇⁱᵗˢ - 2

Die Netzwerk- und Broadcast-Adresse werden normalerweise abgezogen.

Beispiel /24:

32 - 24 = 8 Hostbits

2⁸ - 2 = 254 nutzbare Hostadressen

Für besondere Netze wie /31 gelten abweichende Regeln.


Was ist eine IPv6-Adresse?

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Eine IPv6-Adresse ist eine 128 Bit lange logische Adresse. Sie wird hexadezimal in acht Blöcken dargestellt.

Beispiel:

2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0010

Ein typisches IPv6-Netz verwendet ein /64-Präfix.


Wie kann eine IPv6-Adresse gekürzt werden?

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Führende Nullen eines Blocks dürfen entfernt werden:

0db8 wird zu db8

Eine zusammenhängende Folge aus Nullblöcken darf einmal durch :: ersetzt werden:

2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0010

wird zu:

2001:db8::10

:: darf innerhalb einer Adresse nur einmal verwendet werden.


Welche wichtigen IPv6-Adressen und Adressbereiche gibt es?

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Adresse oder Bereich Erkennungsmerkmal Bedeutung
2000::/3 beginnt mit 2 oder 3 Global Unicast
fc00::/7 beginnt mit fc oder fd Unique Local Address
fd00::/8 beginnt mit fd üblicher lokal erzeugter ULA-Bereich
fe80::/10 beginnt mit fe8 bis feb Link-Local Unicast
ff00::/8 beginnt mit ff Multicast
::1/128 ::1 Loopback-Adresse
::/128 :: nicht festgelegte Adresse
::/0 ::/0 IPv6-Standardroute zu allen Netzen

Woran erkennt man eine IPv6-Global-Unicast-Adresse?

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Global-Unicast-Adressen gehören zum Bereich 2000::/3.

Der erste Block liegt zwischen:

2000 und 3fff

Diese Adressen sind grundsätzlich weltweit eindeutig und im Internet routbar.


Woran erkennt man eine IPv6-Link-Local-Adresse?

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Link-Local-Adressen gehören zum Bereich fe80::/10.

Der erste Block liegt zwischen:

fe80 und febf

Sie gelten nur innerhalb des lokalen Netzwerksegments und werden nicht durch Router weitergeleitet.


Woran erkennt man eine IPv6-Unique-Local-Adresse?

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Unique-Local-Adressen gehören zum Bereich fc00::/7.

Der erste Block liegt zwischen:

fc00 und fdff

In der Praxis beginnen lokal erzeugte ULA-Adressen normalerweise mit fd. Sie sind für interne Netzwerke vorgesehen und werden nicht im öffentlichen Internet geroutet.


Was ist der Unterschied zwischen Link-Local, Unique Local und Global Unicast?

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Adresstyp Gültigkeitsbereich Weiterleitung durch Router
Link Local nur im lokalen Netzwerksegment nein
Unique Local innerhalb privater Netzwerke oder Organisationen intern möglich
Global Unicast weltweites Netzwerk und Internet ja

Was ist die IPv6-Loopback-Adresse?

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Die IPv6-Loopback-Adresse lautet:

::1

Sie verweist auf den eigenen Computer und entspricht der IPv4-Adresse 127.0.0.1.


Was bedeutet die IPv6-Adresse ::?

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:: ist die nicht festgelegte IPv6-Adresse.

Sie wird verwendet, wenn ein Gerät noch keine eigene IPv6-Adresse besitzt. Sie entspricht funktional der IPv4-Adresse 0.0.0.0.


Gibt es bei IPv6 eine Broadcast-Adresse?

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Nein. IPv6 verwendet keine Broadcast-Adressen.

Für die Kommunikation mit mehreren Geräten werden Multicast-Adressen aus dem Bereich ff00::/8 verwendet.


Was ist eine Anycast-Adresse?

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Bei Anycast wird dieselbe IP-Adresse mehreren Geräten zugewiesen. Das Netzwerk leitet die Daten normalerweise zum aus Routing-Sicht nächstgelegenen Gerät.

Anycast besitzt keinen eigenen IPv6-Adressbereich. Verwendet werden normale Unicast-Adressen.


Welche Unterschiede bestehen zwischen IPv4 und IPv6?

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Merkmal IPv4 IPv6
Adresslänge 32 Bit 128 Bit
Darstellung dezimal hexadezimal
Beispiel 192.168.1.10 2001:db8::10
Broadcast vorhanden nicht vorhanden
automatische lokale Adresse 169.254.0.0/16 fe80::/10
privater Bereich RFC-1918-Adressen Unique Local Address
Adressraum ungefähr 4,3 Milliarden wesentlich größer

Welche IPv4- und IPv6-Adressen sollte man sich besonders merken?

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IPv4:

  • 127.0.0.1 – Loopback
  • 169.254.0.0/16 – Link Local beziehungsweise APIPA
  • 10.0.0.0/8 – privat
  • 172.16.0.0/12 – privat
  • 192.168.0.0/16 – privat
  • 224.0.0.0/4 – Multicast
  • 255.255.255.255 – Broadcast
  • 0.0.0.0/0 – Standardroute

IPv6:

  • ::1 – Loopback
  • :: – nicht festgelegte Adresse
  • fe80::/10 – Link Local
  • fc00::/7 – Unique Local
  • 2000::/3 – Global Unicast
  • ff00::/8 – Multicast
  • ::/0 – Standardroute