3.2 Physische Verbindung und Netzwerkschnittstelle prüfen

Kupfer-Ethernet

Endgerät
  → Netzwerkkarte
    → RJ45-Stecker
      → Patchkabel
        → Netzwerkdose
          → Gebäudeverkabelung
            → Patchpanel
              → Patchkabel
                → Switchport

Glasfaserverbindung

Gerät
  → Netzwerkkarte
    → Transceiver
      → Glasfaserkabel
        → Patchfeld
          → Glasfaserstrecke
            → Transceiver
              → Switchport

WLAN-Verbindung

Client
  → WLAN-Adapter
    → Funkverbindung
      → Access Point
        → Ethernet-Uplink
          → Switchport

Jede Komponente kann vollständig ausfallen oder die Verbindung nur zeitweise beeinträchtigen.

• kein Linkstatus,
• Adapter wird vom Betriebssystem nicht erkannt,
• Verbindung wechselt zwischen aktiv und getrennt,
• ausgehandelte Geschwindigkeit ist unerwartet niedrig,
• Halbduplex statt Vollduplex,
• steigende CRC-, Frame- oder Carrier-Fehler,
• steigende Paketverluste direkt an der Schnittstelle,
• Verbindung bricht bei Bewegung des Kabels ab,
• Switchport meldet häufige Link-Up- und Link-Down-Ereignisse,
• Transceiver wird nicht erkannt,
• Schnittstelle wird durch Energiesparfunktionen deaktiviert,
• Treiber startet wiederholt neu,
• nur dieser Switchport oder dieses Kabel ist betroffen,
• Datendurchsatz ist deutlich geringer als bei einer Vergleichsverbindung.

Einzelne ältere Fehlerzähler beweisen keine aktuelle Störung. Entscheidend ist, ob die Zähler während des Fehlerzeitraums weiter ansteigen.

Sicherheitsregeln bei Glasfaser

• Niemals direkt in einen Glasfaseranschluss oder Transceiver sehen.
• Schutzkappen nicht unnötig entfernen.
• Steckerflächen nicht berühren.
• Reinigungs- und Prüfverfahren des Herstellers beachten.
• Transceiver nicht während einer unklaren produktiven Verbindung entfernen.

[CHANGE][DISRUPT] Das Entfernen eines Kabels oder Transceivers unterbricht die Verbindung.

Linux-Beispiel

<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST,LOWER_UP>

Eine Schnittstelle kann administrativ UP sein, obwohl kein Kabel angeschlossen und kein physischer Link vorhanden ist.

Alle sichtbaren Netzwerkadapter

[RO] Get-NetAdapter |
    Sort-Object Name |
    Format-Table Name,
                 InterfaceDescription,
                 ifIndex,
                 Status,
                 LinkSpeed,
                 MacAddress

Auch ausgeblendete Adapter anzeigen

[RO] Get-NetAdapter -IncludeHidden |
    Sort-Object Name |
    Format-Table Name,
                 InterfaceDescription,
                 ifIndex,
                 Status,
                 LinkSpeed,
                 MacAddress

Bestimmten Adapter vollständig anzeigen

[RO] Get-NetAdapter -Name 'Ethernet' |
    Format-List *

Physische Adapter anzeigen

[RO] Get-NetAdapter -Physical |
    Format-Table Name,
                 InterfaceDescription,
                 Status,
                 LinkSpeed,
                 MacAddress

Grafische Adapterübersicht öffnen

[RO] ncpa.cpl

Wichtige Felder

Virtuelle Adapter, VPN-Adapter und Hypervisorinterfaces müssen von der tatsächlich verwendeten physischen Schnittstelle unterschieden werden.

Grundlegende Statistiken

[RO] Get-NetAdapterStatistics

Bestimmten Adapter vollständig anzeigen

[RO] Get-NetAdapterStatistics -Name 'Ethernet' |
    Format-List *

Kompakte Übersicht

[RO] Get-NetAdapterStatistics -Name 'Ethernet' |
    Select-Object Name,
                  ReceivedBytes,
                  ReceivedUnicastPackets,
                  ReceivedDiscardedPackets,
                  ReceivedPacketErrors,
                  SentBytes,
                  SentUnicastPackets,
                  OutboundDiscardedPackets,
                  OutboundPacketErrors

Zähler zu zwei Zeitpunkten vergleichen

[RO] $Vorher = Get-NetAdapterStatistics -Name 'Ethernet'

Start-Sleep -Seconds 30

$Nachher = Get-NetAdapterStatistics -Name 'Ethernet'

[PSCustomObject]@{
    ZeitraumSekunden        = 30
    EmpfangeneBytes         = $Nachher.ReceivedBytes - $Vorher.ReceivedBytes
    GesendeteBytes          = $Nachher.SentBytes - $Vorher.SentBytes
    Empfangsfehler          = $Nachher.ReceivedPacketErrors - $Vorher.ReceivedPacketErrors
    Sendefehler             = $Nachher.OutboundPacketErrors - $Vorher.OutboundPacketErrors
    Empfangsverwerfungen    = $Nachher.ReceivedDiscardedPackets - $Vorher.ReceivedDiscardedPackets
    Sendeverwerfungen       = $Nachher.OutboundDiscardedPackets - $Vorher.OutboundDiscardedPackets
}

Start-Sleep verändert keine Netzwerkkonfiguration, verlängert aber die Ausführung der Messung. Die Zähler werden nur gelesen.

Bewertung

Die genaue Herkunft einzelner Zähler hängt vom Netzwerktreiber und Adapter ab.

Treiberinformationen des Adapters

[RO] Get-NetAdapter -Name 'Ethernet' |
    Select-Object Name,
                  InterfaceDescription,
                  DriverInformation,
                  DriverFileName,
                  DriverVersion,
                  DriverDate

Falls die Treiberdetails in der Ausgabe des eingesetzten Systems nicht vollständig bereitgestellt werden:

[RO] Get-CimInstance Win32_PnPSignedDriver |
    Where-Object DeviceClass -eq 'NET' |
    Select-Object DeviceName,
                  Manufacturer,
                  DriverProviderName,
                  DriverVersion,
                  DriverDate,
                  IsSigned

Erweiterte Eigenschaften anzeigen

[RO] Get-NetAdapterAdvancedProperty -Name 'Ethernet'

Energiespareinstellungen anzeigen

[RO] Get-NetAdapterPowerManagement -Name 'Ethernet'

Hardwarestatus über den Geräte-Manager

[RO] devmgmt.msc

Zu prüfen sind:

• Warnsymbol am Gerät,
• Gerätestatus,
• Treiberversion,
• Treiberdatum,
• Hersteller,
• Energieverwaltung,
• Ereignisse des Geräts.

Erweiterte Eigenschaften besitzen je nach Hersteller, Treiber und Sprache unterschiedliche Namen. Werte dürfen nicht anhand fremder Beispiele ungeprüft verändert werden.

[CHANGE][DISRUPT] Änderungen an Geschwindigkeit, Duplex, Offloading,
Puffern oder Energieverwaltung können die Verbindung unterbrechen
oder die Leistung verschlechtern.

Kurzübersicht aller Schnittstellen

[RO] ip -brief link

Bestimmte Schnittstelle

[RO] ip link show dev eth0

Linkstatus aus sysfs

[RO] cat /sys/class/net/eth0/operstate

[RO] cat /sys/class/net/eth0/carrier

Typische Ausgabe von carrier:

Der Zugriff kann abhängig von Treiber, Interfacezustand und Berechtigungen fehlschlagen.

Schnittstellenereignisse live beobachten

[RO] ip monitor link

Beenden mit:

Strg+C

Damit können Link-Up-, Link-Down- und andere Schnittstellenänderungen während der Fehlerreproduktion beobachtet werden.

Falls ethtool installiert ist:

[RO][PRIV] sudo ethtool eth0

Typische relevante Felder:

Speed: 1000Mb/s
Duplex: Full
Auto-negotiation: on
Link detected: yes

Treiber- und Firmwareinformationen

[RO][PRIV] sudo ethtool -i eth0

Treiberstatistiken

[RO][PRIV] sudo ethtool -S eth0

Pause-Frame-Einstellungen anzeigen

[RO][PRIV] sudo ethtool -a eth0

Energy Efficient Ethernet anzeigen

[RO][PRIV] sudo ethtool --show-eee eth0

Nicht jeder Treiber unterstützt alle Abfragen. Eine Meldung wie Operation not supported kann bedeuten, dass Adapter oder Treiber die entsprechende Funktion nicht bereitstellen.

Standardstatistiken anzeigen

[RO] ip -s link show dev eth0

Detailliertere Standardstatistiken:

[RO] ip -s -s link show dev eth0

Beispielstruktur:

RX: bytes  packets  errors  dropped  missed  mcast
TX: bytes  packets  errors  dropped  carrier collsns

Zähler aus sysfs

[RO] grep . /sys/class/net/eth0/statistics/*

Ausgewählte Zähler:

[RO] for Datei in \
  rx_packets rx_bytes rx_errors rx_dropped \
  tx_packets tx_bytes tx_errors tx_dropped \
  collisions; do
    printf '%-20s ' "$Datei"
    cat "/sys/class/net/eth0/statistics/$Datei"
done

Zweimal messen

[RO] ip -s link show dev eth0

Fehler reproduzieren oder einen definierten Zeitraum abwarten:

[RO] ip -s link show dev eth0

Nur wenn sich ein Fehlerzähler im relevanten Zeitraum erhöht, besteht ein zeitlicher Zusammenhang zur aktuellen Störung.

Kernelmeldungen des aktuellen Starts

[RO][PRIV] sudo journalctl -k -b

Nach typischen Netzwerkmeldungen suchen:

[RO][PRIV] sudo journalctl -k -b |
    grep -Ei 'link.*(up|down)|carrier|duplex|firmware|eth|network|reset|timeout'

Meldungen einer bestimmten Schnittstelle

[RO][PRIV] sudo journalctl -k -b |
    grep -F 'eth0'

NetworkManager-Protokoll

[RO][PRIV] sudo journalctl -b -u NetworkManager

systemd-networkd-Protokoll

[RO][PRIV] sudo journalctl -b -u systemd-networkd

Je nach Distribution und Netzwerkkonfiguration wird nur einer dieser Dienste verwendet. Die tatsächliche Netzwerkverwaltung muss auf dem System bestimmt werden.

Typische Hinweise:

• Link is Down,
• Link is Up,
• NIC Link is Down,
• Firmware konnte nicht geladen werden,
• Adapter wurde zurückgesetzt,
• Übertragung ist abgelaufen,
• Verbindung wurde neu ausgehandelt.

Hardwareports und Gerätenamen zuordnen

[RO] networksetup -listallhardwareports

Beispiel:

Hardware Port: Ethernet
Device: en0
Ethernet Address: 00:11:22:33:44:55

Alle Schnittstellen anzeigen

[RO] ifconfig

Bestimmte Schnittstelle anzeigen

[RO] ifconfig en0

Wichtige Felder:

Status eines Netzwerkdienstes

[RO] networksetup -getinfo "Ethernet"

Der Dienstname muss vorher mit folgendem Befehl ermittelt werden:

[RO] networksetup -listallnetworkservices

Medienstatus

[RO] networksetup -getMedia "Ethernet"

Die Verfügbarkeit und Ausgabe von -getMedia hängen vom Adapter, Treiber und Netzwerkdienst ab.

Interfaceübersicht mit Zählern

[RO] netstat -ib

Nur eine bestimmte Schnittstelle:

[RO] netstat -ib -I en0

Regelmäßig aktualisierte Anzeige:

[RO] netstat -w 1 -I en0

Beenden mit:

Strg+C

Je nach macOS-Version enthält die Ausgabe unter anderem:

• eingehende Pakete,
• eingehende Fehler,
• eingehende Bytes,
• ausgehende Pakete,
• ausgehende Fehler,
• ausgehende Bytes,
• Kollisionen,
• Drops.

Systembericht zur Netzwerkkonfiguration

[RO][SENS] system_profiler SPNetworkDataType

Der Systembericht kann interne Netzwerk-, Geräte- und Dienstinformationen enthalten und sollte bei einer Weitergabe entsprechend behandelt werden.

Beispiel einer erwarteten Verbindung

Endgerät: Gigabit-Ethernet
Switchport: Gigabit-Ethernet
Kabel: für Gigabit geeignet
Erwartung: 1000 Mbit/s, Full Duplex
Gemessen: 100 Mbit/s, Full Duplex

Mögliche Ursachen:

• beschädigtes oder unvollständig aufgelegtes Kabel,
• nicht geeignete Verkabelung,
• Switchport auf 100 Mbit/s begrenzt,
• USB-Adapter unterstützt nur Fast Ethernet,
• Dockingstation oder Zwischenadapter begrenzt die Geschwindigkeit,
• manuell erzwungene Einstellung,
• Aushandlungsproblem.

Duplex-Mismatch

Ein Duplex-Mismatch kann entstehen, wenn eine Seite fest auf Vollduplex gestellt ist, während die andere Seite anders konfiguriert ist oder keine passende Aushandlung erfolgt.

Mögliche Symptome:

• geringer Durchsatz,
• Kollisionen beziehungsweise Late Collisions,
• Framefehler,
• gute Leistung in eine Richtung und schlechte in die andere,
• stark schwankende Antwortzeiten.

Empfehlung

Bei modernen Ethernetverbindungen sollte Autonegotiation normalerweise auf beiden Seiten konsistent verwendet werden. Eine manuelle Einstellung darf nur entsprechend Herstellerdokumentation und abgestimmt auf beiden Seiten vorgenommen werden.

[CHANGE][DISRUPT] Geschwindigkeit und Duplex nicht einseitig und nicht
ohne dokumentierten Rückweg verändern.

Wichtige Einschränkungen

• Nicht jeder Treiber stellt alle Zähler bereit.
• Gleichnamige Zähler können je nach Hersteller unterschiedlich detailliert sein.
• Ein Gesamtwert seit dem letzten Neustart enthält möglicherweise alte Ereignisse.
• Zähler können bei Neustart, Treiberneustart oder Gerätewechsel zurückgesetzt werden.
• Dropped bedeutet nicht automatisch einen physischen Kabeldefekt.
• Software, Pufferknappheit und Überlastung können ebenfalls Verwerfungen erzeugen.

Geeignete Messung

1. Ausgangswerte notieren.
2. Fehler reproduzieren.
3. Zähler erneut erfassen.
4. Differenz berechnen.
5. Gegenseite im selben Zeitraum prüfen.

Eine Verbindung besitzt zwei Enden:

Client-NIC ←→ Switchport

Ein Client kann beispielsweise nur Empfangsfehler melden, während der Switch Sendefehler oder Linkabbrüche protokolliert.

Auf beiden Seiten sollten geprüft werden:

Die konkreten Switchbefehle unterscheiden sich je nach Hersteller und Betriebssystem. Sie dürfen nicht aus Beispielen anderer Plattformen übernommen werden.

Ausgangslage

CLIENT-023 verliert wiederholt den Link.

Kontrollierter Vergleich

Wichtig

• Der Ersatz muss für Geschwindigkeit und Medientyp geeignet sein.
• Ein anderer Switchport kann einem anderen VLAN zugeordnet sein.
• Ein Portwechsel muss genehmigt und dokumentiert werden.
• Kabel und Ports dürfen nicht wahllos aus produktiven Verbindungen entfernt werden.
• Nach dem Test muss der vorgesehene Zustand wiederhergestellt werden.

[CHANGE][DISRUPT] Kabel- und Portwechsel unterbrechen bestehende Verbindungen.

Zusätzliche mögliche Fehlerstellen:

Notebook
  → USB-C- beziehungsweise Thunderbolt-Port
    → Dockingstation
      → interner Netzwerkadapter
        → RJ45-Port
          → Netzwerkkabel

Zu prüfen sind:

• Stromversorgung der Dockingstation,
• verwendeter Notebookanschluss,
• USB-C- oder Thunderbolt-Verbindung,
• Firmware der Dockingstation,
• Treiber des integrierten Netzwerkadapters,
• Linkgeschwindigkeit,
• Energiesparzustand,
• Verhalten nach Standby,
• Vergleich ohne Dockingstation,
• Vergleich mit einem freigegebenen Ersatzadapter.

Typische Symptome

• Adapter verschwindet nach dem Aufwachen,
• Link wird erkannt, aber regelmäßig neu ausgehandelt,
• Geschwindigkeit ist auf 100 Mbit/s begrenzt,
• MAC-Adresse ändert sich,
• Verbindung bricht bei hoher Last ab,
• mehrere Geräte an der Dockingstation fallen gleichzeitig aus.

Ein Treiber- oder Firmwareupdate sollte nur nach Prüfung von Modell, Hardwareversion, Herstellerdokumentation, Freigabe und Rückweg erfolgen.

Mögliche Hinweise:

• Fehler tritt nach Standby oder Ruhezustand auf,
• Link ist nach dem Aufwachen vorhanden, aber keine Kommunikation möglich,
• Adapter verschwindet zeitweise,
• Verbindung funktioniert nach Adapterneustart wieder,
• Dockingstation muss neu verbunden werden,
• Ereignisprotokoll zeigt Treiber- oder Energieereignisse.

Windows-Einstellungen nur anzeigen

[RO] Get-NetAdapterPowerManagement -Name 'Ethernet'

Windows-Ereignisse des Netzwerkadapters suchen

[RO] Get-WinEvent -LogName System -MaxEvents 1000 |
    Where-Object {
        $_.ProviderName -match 'NDIS|Kernel-PnP|Netwtw|e1d|e2f|Network'
    } |
    Select-Object TimeCreated,
                  Id,
                  ProviderName,
                  LevelDisplayName,
                  Message

Providernamen unterscheiden sich je nach Adapter und Treiber. Der Filter ist deshalb nur eine erste Suche.

Linux

[RO][PRIV] sudo journalctl -b |
    grep -Ei 'suspend|resume|link.*(up|down)|network|firmware'

macOS

[RO] pmset -g log |
    grep -Ei 'sleep|wake'

Energiesparfunktionen sollten nicht dauerhaft deaktiviert werden, solange der Zusammenhang nicht belegt ist.

Netzwerkadapter können bestimmte Aufgaben in Hardware oder Treiber ausführen:

• Checksum Offload,
• Large Send Offload,
• Receive Segment Coalescing,
• Receive Side Scaling,
• VLAN-Offload,
• IPsec-Offload,
• Generic Segmentation Offload,
• Generic Receive Offload.

Diese Funktionen können CPU-Last reduzieren und den Durchsatz erhöhen. Gleichzeitig können sie die Darstellung in einem lokalen Paketmitschnitt beeinflussen.

Beispielsweise kann Wireshark auf dem sendenden Host scheinbar ungültige Prüfsummen anzeigen, obwohl die korrekte Prüfsumme erst später vom Netzwerkadapter berechnet wird.

Angezeigter Checksum-Fehler im lokalen Mitschnitt
≠ automatisch beschädigtes Paket im Netzwerk

Vor einer Änderung müssen geprüft werden:

• Herstellerdokumentation,
• Treiberversion,
• bekannte Fehler,
• Vergleichsmessung an einem externen Messpunkt,
• Auswirkung auf Produktion,
• Rückweg.

[CHANGE][DISRUPT] Offloading-Funktionen nicht pauschal als
„Problemlösung“ deaktivieren.

Ein Adapterneustart kann einen vorübergehend fehlerhaften Treiber- oder Gerätezustand beheben. Er beseitigt aber möglicherweise nur das Symptom und zerstört den ursprünglichen Diagnosezustand.

Vorher erfassen

• Adapterstatus,
• IP-Konfiguration,
• Routingtabelle,
• Fehlerzähler,
• Treiberversion,
• Ereignisprotokolle,
• laufende Verbindungen,
• Zeitpunkt des letzten Linkwechsels.

Windows

[PRIV][CHANGE][DISRUPT] Restart-NetAdapter -Name 'Ethernet'

Linux

[PRIV][CHANGE][DISRUPT] sudo ip link set dev eth0 down

[PRIV][CHANGE][DISRUPT] sudo ip link set dev eth0 up

macOS

[PRIV][CHANGE][DISRUPT] sudo ifconfig en0 down

[PRIV][CHANGE][DISRUPT] sudo ifconfig en0 up

Bei einer Remoteverbindung kann der Administrator durch das Deaktivieren der verwendeten Schnittstelle den eigenen Zugriff verlieren. Ein Adapterneustart darf remote nur mit gesichertem alternativem Zugangsweg durchgeführt werden.

Merksatz

Ansehen → Status lesen → Zähler vergleichen → Gegenseite prüfen
→ kontrolliert tauschen → erneut messen

Die Beispielnamen Ethernet, eth0 und en0 müssen durch die zuvor eindeutig ermittelte Schnittstelle ersetzt werden.

Ticketnummer:
Prüfzeitpunkt:
Zeitzone:
Betroffenes Gerät:
Betriebssystem:
Standort:
Verbindungsart:

SCHNITTSTELLE

Adaptername:
Schnittstellenindex:
Adaptermodell:
MAC-Adresse:
Treiberanbieter:
Treiberversion:
Treiberdatum:
Firmwareversion:
Administrativer Status:
Operativer Status:
Link erkannt: Ja / Nein
Geschwindigkeit:
Duplex:
Autonegotiation:
MTU:
Energy Efficient Ethernet:
Energieverwaltung:

PHYSISCHE STRECKE

Endgeräteport:
Adapter oder Dockingstation:
Patchkabel:
Netzwerkdose:
Patchpanel:
Switch:
Switchport:
VLAN:
Transceivertyp:
Fasertyp:
Linkanzeige Client:
Linkanzeige Switch:

ZÄHLER VORHER

Zeitpunkt:
RX-Pakete:
RX-Bytes:
RX-Fehler:
RX-Drops:
CRC-Fehler:
Framefehler:
TX-Pakete:
TX-Bytes:
TX-Fehler:
TX-Drops:
Kollisionen:
Link-Down-Ereignisse:

ZÄHLER NACHHER

Zeitpunkt:
RX-Pakete:
RX-Bytes:
RX-Fehler:
RX-Drops:
CRC-Fehler:
Framefehler:
TX-Pakete:
TX-Bytes:
TX-Fehler:
TX-Drops:
Kollisionen:
Link-Down-Ereignisse:

DIFFERENZ UND BEWERTUNG

-
-
-

VERGLEICHSTEST

Getauschte Komponente:
Ausgangszustand dokumentiert:
Erwartetes Ergebnis:
Tatsächliches Ergebnis:
Ursprünglicher Zustand wiederhergestellt:

TREIBER- UND SWITCHMELDUNGEN

-
-
-

Arbeitshypothese:
Beleg:
Durchgeführte Änderung:
Rückweg:
Abschlussprüfung:
Ermittelte Ursache:

Microsoft

• Get-NetAdapter
• Get-NetAdapterStatistics
• Get-NetAdapterAdvancedProperty
• Get-NetAdapterPowerManagement
• Restart-NetAdapter
• Erweiterte NIC-Eigenschaften

Linux

• Linux Interface Statistics – Kernel-Dokumentation
• ethtool-Netlink – Kernel-Dokumentation
• ip-link – Linux Manual Page
• Lokale Befehlsreferenz: man ethtool

Apple

• Netzwerkstatus auf dem Mac prüfen
• Netzwerkumgebungen auf dem Mac verwenden
• Lokale Befehlsreferenzen: man ifconfig, man netstat, man networksetup, man system_profiler und man pmset

Verfügbare Statistiken und Eigenschaften hängen vom Betriebssystem, Adapter, Treiber, Transceiver und Hersteller ab. Nicht angezeigte Zähler dürfen nicht als Wert null interpretiert werden.