4. OSI-Schicht 1 – Bitübertragungsschicht

4.1 OSI-Schicht 1 – Bitübertragungsschicht

Die Bitübertragungsschicht ist die unterste offizielle Schicht des OSI-Modells.

Sie beschreibt, wie einzelne Bits physisch übertragen werden.

Das bedeutet:

Daten werden auf Schicht 1 nicht als Webseite,
Datei,
IP-Adresse
oder TCP-Verbindung betrachtet,
sondern nur als Folge von Bits.

Ein Bit kann zwei Zustände haben:

0
1

Diese Bits werden je nach Medium als Signale übertragen.

Grundaufgabe der Bitübertragungsschicht

Die Hauptaufgabe der Bitübertragungsschicht ist:

Bits über ein physisches Medium übertragen.

Dabei geht es vor allem um:

- elektrische Signale
- optische Signale
- Funksignale
- Stecker
- Schnittstellen
- Übertragungsgeschwindigkeit
- Signalpegel
- Taktung
- physische Verbindung
- Netzwerkkarte
- Hub

Merksatz:

Schicht 1 = Bits und Signale.

Einordnung im OSI-Modell

OSI-Schicht Name Aufgabe
7 Anwendungsschicht Netzwerkdienste für Anwendungen
6 Darstellungsschicht Darstellung, Codierung, Kompression, Verschlüsselung
5 Sitzungsschicht Sitzungen verwalten
4 Transportschicht Transport zwischen Anwendungen
3 Vermittlungsschicht IP-Adressierung und Routing
2 Sicherungsschicht lokale Übertragung mit Frames und MAC-Adressen
1 Bitübertragungsschicht Bits als Signale übertragen

Wichtig:

Schicht 1 ist die unterste offizielle OSI-Schicht.

Abgrenzung zu Schicht 0

In unserem Lernsystem gibt es vorher das Kapitel Schicht 0.

Schicht 0 ist aber keine offizielle OSI-Schicht.

Bereich Bedeutung
Schicht 0 Verkabelung, Übertragungsmedien, physische Infrastruktur
OSI-Schicht 1 Bitübertragung, Signale, Pegel, Schnittstellen

Vereinfacht:

Schicht 0 = worüber übertragen wird.
Schicht 1 = wie Bits als Signale übertragen werden.

Beispiel:

Twisted-Pair-Kabel = Schicht 0 / Medium
elektrische Signalübertragung über das Kabel = Schicht 1

Merksatz:

Schicht 0 ist die physische Grundlage.
Schicht 1 überträgt Bits als Signale.

Begriff: Bit

Ein Bit ist die kleinste Informationseinheit in der digitalen Datenverarbeitung.

Ein Bit kann zwei Zustände haben:

0
1

Auf Schicht 1 werden Bits physisch übertragen.

Je nach Technik können diese Zustände dargestellt werden durch:

- elektrische Spannungszustände
- Lichtimpulse
- Funksignale
- Signaländerungen

Merksatz:

Bit = kleinste Informationseinheit.

Begriff: Signal

Ein Signal ist die physische Darstellung von Information.

Auf Schicht 1 werden Bits als Signale übertragen.

Beispiele:

Medium Signalart
Kupferkabel elektrische Signale
Lichtwellenleiter optische Signale
WLAN elektromagnetische Funksignale

Wichtig:

Schicht 1 kennt keine IP-Adressen,
keine MAC-Adressen
und keine Ports.

Schicht 1 überträgt nur Signale.

Merksatz:

Signal = physische Darstellung von Bits.

Elektrische Signalübertragung

Bei Kupferkabeln werden Bits als elektrische Signale übertragen.

Typische Medien:

- Twisted-Pair-Kabel
- Koaxialkabel

Beispiel:

Bei Ethernet über Twisted Pair werden elektrische Signale über Kupferadern übertragen.

Wichtig:

Die Qualität der elektrischen Übertragung hängt unter anderem von Kabellänge,
Kabelqualität,
Störungen
und Steckverbindungen ab.

Merksatz:

Kupfer überträgt elektrisch.

Optische Signalübertragung

Bei Lichtwellenleitern werden Bits als Lichtsignale übertragen.

Typisches Medium:

Lichtwellenleiter

Andere Bezeichnungen:

Glasfaser
LWL
Fiber

Vorteile:

- hohe Datenraten
- lange Strecken
- geringe Störempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Einflüssen

Wichtig:

Niemals direkt in eine Glasfaser oder in optische Ports schauen.

Merksatz:

Glasfaser überträgt optisch.

Funkübertragung

Bei WLAN werden Bits über Funk übertragen.

Typische Technik:

IEEE 802.11

Typische Frequenzbereiche:

2,4 GHz
5 GHz
6 GHz

Bei Funkübertragung ist die Signalqualität stark abhängig von:

- Entfernung
- Hindernissen
- Störungen
- Kanalbelegung
- Antennen
- Sendeleistung
- Anzahl der Clients

Merksatz:

WLAN überträgt per Funk.

Begriff: Physische Schnittstelle

Eine physische Schnittstelle ist der konkrete Anschluss oder Übergang zur Übertragung.

Beispiele:

- RJ45-Anschluss
- Glasfaseranschluss
- SFP-Port mit SFP-Modul
- WLAN-Funkschnittstelle
- Netzwerkkarte

Wichtig:

Die physische Schnittstelle stellt die Verbindung zur Übertragungstechnik bereit.

Merksatz:

Physische Schnittstelle = Anschluss zur Datenübertragung.

Netzwerkkarte

Die Netzwerkkarte ist das Bindeglied zwischen Rechner und Netzwerk.

Andere Bezeichnungen:

Netzwerkadapter
NIC
Network Interface Card

Eine Netzwerkkarte kann zum Beispiel sein:

- Ethernet-Netzwerkkarte
- WLAN-Adapter
- Glasfaser-Netzwerkkarte
- Onboard-Netzwerkanschluss
- USB-Netzwerkadapter

Merksatz:

Netzwerkkarte = Schnittstelle zwischen Computer und Netzwerk.

Aufgaben der Netzwerkkarte auf Schicht 1

Auf Schicht 1 ist die Netzwerkkarte für die physische Signalübertragung wichtig.

Typische Aufgaben im Schicht-1-Bezug:

- Bits senden
- Bits empfangen
- Signale erzeugen
- Signale auswerten
- Verbindungsgeschwindigkeit aushandeln
- physische Verbindung herstellen
- Link-Status erkennen

Wichtig:

Moderne Netzwerkkarten haben auch Funktionen,
die Schicht 2 betreffen,
zum Beispiel MAC-Adresse und Frame-Verarbeitung.

Für Schicht 1 ist aber besonders die physische Übertragung entscheidend.

Merksatz:

Netzwerkkarte überträgt Bits zwischen Computer und Netzwerk.

Beispiel:

PC ↔ Switch

Wichtig:

Die physische Verbindung ist grundsätzlich aktiv.

Merksatz:

Viele Netzwerkgeräte besitzen eine Link-LED.

Diese LED zeigt an, ob eine physische Verbindung erkannt wurde.

Typische Anzeigen:

LED aus:
keine physische Verbindung

LED an:
physische Verbindung vorhanden

LED blinkt:
Datenübertragung oder Aktivität

Wichtig:

Die genaue Bedeutung hängt vom Gerät ab.

Merksatz:

Übertragungsgeschwindigkeit

Die Übertragungsgeschwindigkeit beschreibt, mit welcher Datenrate eine Verbindung arbeiten kann.

Beispiele:

100 Mbit/s
1 Gbit/s
2,5 Gbit/s
10 Gbit/s

Die mögliche Geschwindigkeit hängt ab von:

- Netzwerkkarte
- Switch-Port
- Kabel
- Stecker
- Patchfeld
- Standard
- Konfiguration
- Signalqualität

Merksatz:

Die langsamste oder ungeeignete Komponente kann die Verbindung begrenzen.

Auto-Negotiation

Auto-Negotiation bedeutet:

Zwei Netzwerkgeräte handeln automatisch aus,
mit welcher Geschwindigkeit und welchem Duplexmodus sie arbeiten.

Dabei wird zum Beispiel ausgehandelt:

- 100 Mbit/s
- 1 Gbit/s
- 2,5 Gbit/s
- 10 Gbit/s
- Halbduplex
- Vollduplex

Wichtig:

Wenn Kabel,
Port
oder Gegenstelle eine Geschwindigkeit nicht unterstützen,
wird eventuell eine niedrigere Geschwindigkeit genutzt
oder es kommt kein stabiler Link zustande.

Merksatz:

Auto-Negotiation = automatische Aushandlung der Verbindungseigenschaften.

Duplexmodus

Der Duplexmodus beschreibt, ob gleichzeitig gesendet und empfangen werden kann.

Modus Bedeutung
Halbduplex Senden oder Empfangen, aber nicht gleichzeitig
Vollduplex Senden und Empfangen gleichzeitig

Moderne geswitchte Ethernet-Verbindungen arbeiten normalerweise mit Vollduplex.

Historisch war Halbduplex besonders bei Hubs wichtig.

Merksatz:

Vollduplex = gleichzeitig senden und empfangen.

Simplex, Halbduplex und Vollduplex

Begriff Bedeutung Vergleich
Simplex nur eine Richtung Einbahnstraße
Halbduplex abwechselnd in beide Richtungen Baustellenampel
Vollduplex gleichzeitig in beide Richtungen zweispurige Straße

Prüfungshinweis:

Bei modernen Switch-Verbindungen ist Vollduplex üblich.
Bei alten Hub-Umgebungen war Halbduplex typisch.

Hub

Ein Hub ist ein älteres Netzwerkgerät.

Ein Hub arbeitet auf Schicht 1.

Er verteilt eingehende Signale an alle angeschlossenen Ports.

Das bedeutet:

Ein Signal, das an einem Port eingeht,
wird an alle anderen Ports weitergegeben.

Ein Hub wertet keine MAC-Adressen aus.

Ein Hub wertet keine IP-Adressen aus.

Merksatz:

Hub = Schicht 1, verteilt Signale an alle Ports.

Hub im Vergleich zum Switch

Gerät typische Schicht Arbeitsweise
Hub Schicht 1 verteilt Signale an alle Ports
Switch Schicht 2 leitet Frames anhand von MAC-Adressen weiter

Wichtig:

Ein Hub ist kein Switch.

Ein Hub ist deutlich einfacher und älter.

Ein Switch ist heute die übliche Komponente im LAN.

Merksatz:

Hub verteilt blind.
Switch entscheidet anhand von MAC-Adressen.

Warum sind Hubs veraltet?

Hubs werden in modernen LANs praktisch nicht mehr eingesetzt.

Nachteile:

- alle Daten werden an alle Ports verteilt
- unnötiger Datenverkehr
- schlechte Netzwerkeffizienz
- nur Halbduplex
- höhere Kollisionsgefahr
- Sniffing einfacher möglich
- keine gezielte Weiterleitung anhand von MAC-Adressen

Moderne Netzwerke verwenden stattdessen Switches.

Merksatz:

Hubs sind durch Switches ersetzt worden.

Kollisionen

Eine Kollision entsteht, wenn mehrere Geräte gleichzeitig auf demselben Übertragungsmedium senden und sich die Signale stören.

Historisch war das besonders bei gemeinsam genutzten Ethernet-Medien und Hubs wichtig.

Bei modernen Switch-Verbindungen mit Vollduplex spielen Kollisionen praktisch keine Rolle mehr.

Merksatz:

Kollision = gleichzeitiges Senden auf gemeinsamem Medium.

Kollisionsdomäne

Eine Kollisionsdomäne ist ein Netzwerkbereich, in dem Kollisionen auftreten können.

Bei einem Hub gehören alle angeschlossenen Geräte zur gleichen Kollisionsdomäne.

Bei einem Switch ist normalerweise jeder Port eine eigene Kollisionsdomäne.

Merksatz:

Hub = eine große Kollisionsdomäne.
Switch = Portweise getrennte Kollisionsbereiche.

CSMA/CD

CSMA/CD steht für:

Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection

Auf Deutsch sinngemäß:

Mehrfachzugriff mit Trägerprüfung und Kollisionserkennung

CSMA/CD wurde bei älteren Ethernet-Umgebungen verwendet, um mit Kollisionen umzugehen.

Grundidee:

Vor dem Senden wird geprüft,
ob das Medium frei ist.

Wenn es trotzdem zu einer Kollision kommt,
wird diese erkannt.

Danach wird später erneut gesendet.

Merksatz:

CSMA/CD = Kollisionserkennung bei älteren drahtgebundenen Ethernet-Umgebungen.

CSMA/CA

CSMA/CA steht für:

Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance

Auf Deutsch sinngemäß:

Mehrfachzugriff mit Trägerprüfung und Kollisionsvermeidung

CSMA/CA wird bei WLAN verwendet.

Grundidee:

Kollisionen sollen möglichst vermieden werden,
weil sie bei Funk schwerer direkt erkannt werden können.

Merksatz:

CSMA/CA = Kollisionsvermeidung bei WLAN.

CSMA/CD und CSMA/CA im Vergleich

Verfahren Bedeutung typischer Bezug
CSMA/CD Collision Detection ältere drahtgebundene Ethernet-Umgebungen
CSMA/CA Collision Avoidance WLAN

Merksätze:

CD = Collision Detection = Kollisionserkennung.

CA = Collision Avoidance = Kollisionsvermeidung.

Schicht 1 und Fehlersuche

Viele Netzwerkprobleme beginnen auf Schicht 1.

Typische Schicht-1-Probleme:

- Kabel nicht gesteckt
- Kabel defekt
- falsches Kabel
- Port defekt
- Netzwerkkarte deaktiviert
- falsches SFP-Modul
- TX/RX bei Glasfaser vertauscht
- zu lange Kabelstrecke
- schlechte Signalqualität
- WLAN-Signal zu schwach
- Stromversorgung fehlt
- Hub oder Medienkonverter defekt

Merksatz:

Bei Netzwerkproblemen zuerst Schicht 1 prüfen.

Typische Prüfungen auf Schicht 1

Sinnvolle Prüfschritte:

1. Ist das Kabel eingesteckt?
2. Leuchtet die Link-LED?
3. Ist der richtige Port verwendet?
4. Ist das Kabel beschädigt?
5. Ist die Netzwerkkarte aktiv?
6. Wird eine Geschwindigkeit ausgehandelt?
7. Unterstützen beide Seiten dieselbe Geschwindigkeit?
8. Ist das SFP-Modul passend?
9. Sind TX und RX richtig verbunden?
10. Ist das WLAN-Signal ausreichend?

Mögliche Werkzeuge:

- Sichtprüfung
- Kabeltester
- Link-LED
- Switch-Port-Status
- Betriebssystemanzeige
- WLAN-Signalstärke
- LWL-Tester

Merksatz:

Schicht 1 prüft man zuerst physisch und elektrisch/optisch/funktechnisch.

Schicht 1 und höhere Schichten

Ein Fehler auf Schicht 1 kann alle höheren Schichten beeinflussen.

Beispiel:

Das bedeutet:

Ohne funktionierende physische Übertragung
kann keine höhere Netzwerkkommunikation stattfinden.

Merksatz:

Ohne Schicht 1 keine höheren Schichten.

Was gehört nicht zu Schicht 1?

Nicht alles, was mit Netzwerk zu tun hat, gehört zu Schicht 1.

Thema typische Schicht
MAC-Adresse Schicht 2
Ethernet-Frame Schicht 2
VLAN Schicht 2
IP-Adresse Schicht 3
Routing Schicht 3
TCP / UDP Schicht 4
Portnummer Schicht 4
DNS Schicht 7
HTTP Schicht 7

Wichtig:

Schicht 1 überträgt Bits.
Sie wertet keine MAC-Adressen,
IP-Adressen
oder Ports aus.

Typische IHK-Fragen

In AP1 und AP2 kann zum Beispiel gefragt werden:

- Welche Aufgabe hat die Bitübertragungsschicht?
- Was wird auf Schicht 1 übertragen?
- Welche Signalarten gibt es?
- Welche Geräte arbeiten auf Schicht 1?
- Was ist ein Hub?
- Warum ist ein Hub kein Switch?
- Was bedeutet Halbduplex?
- Was bedeutet Vollduplex?
- Was bedeutet Auto-Negotiation?
- Was ist CSMA/CD?
- Was ist CSMA/CA?
- Welche Fehler liegen typischerweise auf Schicht 1?
- Warum beeinflusst ein Fehler auf Schicht 1 alle höheren Schichten?

Typische Prüfungsfallen

Schicht 1 überträgt Bits,
keine IP-Pakete im fachlichen Sinne.

Ein Hub arbeitet auf Schicht 1.

Ein Switch arbeitet typischerweise auf Schicht 2.

Ein Router arbeitet typischerweise auf Schicht 3.

Link vorhanden bedeutet nicht automatisch,
dass IP oder DNS funktionieren.

Ein Kabelproblem kann wie ein IP-Problem wirken.

CSMA/CD gehört zu älteren drahtgebundenen Ethernet-Umgebungen.

CSMA/CA gehört zu WLAN.

Halbduplex und Vollduplex nicht verwechseln.

Auto-Negotiation kann durch Kabel- oder Portprobleme beeinflusst werden.

Wichtige Begriffe kurz erklärt

Begriff Kurze Erklärung
Bitübertragungsschicht OSI-Schicht 1, überträgt Bits als Signale
Bit kleinste Informationseinheit, 0 oder 1
Signal physische Darstellung von Information
elektrische Signale Signalübertragung über Kupfer
optische Signale Signalübertragung über Lichtwellenleiter
Funksignale drahtlose Signalübertragung
physische Schnittstelle Anschluss zur Datenübertragung
Netzwerkkarte Schnittstelle zwischen Computer und Netzwerk
NIC Network Interface Card, Netzwerkkarte
Link aktive physische Verbindung
Link-LED Anzeige für physische Verbindung
Auto-Negotiation automatische Aushandlung von Geschwindigkeit und Duplex
Halbduplex abwechselnd senden oder empfangen
Vollduplex gleichzeitig senden und empfangen
Hub Schicht-1-Gerät, verteilt Signale an alle Ports
Kollision gleichzeitiges Senden auf gemeinsamem Medium
Kollisionsdomäne Bereich, in dem Kollisionen auftreten können
CSMA/CD Kollisionserkennung bei älteren Ethernet-Umgebungen
CSMA/CA Kollisionsvermeidung bei WLAN

IHK-sichere Kurzformulierung

Die Bitübertragungsschicht ist Schicht 1 des OSI-Modells. Sie ist für die Übertragung einzelner Bits über ein physisches Medium zuständig. Die Bits werden je nach Medium als elektrische, optische oder elektromagnetische Signale übertragen. Typische Themen sind Netzwerkkarte, physische Schnittstellen, Link, Übertragungsgeschwindigkeit, Duplexmodus, Auto-Negotiation und Hub. Ein Hub arbeitet auf Schicht 1 und verteilt Signale an alle Ports, während ein Switch auf Schicht 2 anhand von MAC-Adressen weiterleitet. Fehler auf Schicht 1 können alle höheren Schichten beeinflussen.

Merksätze

Schicht 1 = Bitübertragungsschicht.

Schicht 1 überträgt Bits als Signale.

Bit = 0 oder 1.

Kupfer = elektrische Signale.

Glasfaser = optische Signale.

WLAN = Funksignale.

Netzwerkkarte = Schnittstelle zwischen Computer und Netzwerk.

Link = aktive physische Verbindung.

Link vorhanden bedeutet nicht automatisch,
dass IP funktioniert.

Auto-Negotiation = automatische Aushandlung.

Halbduplex = abwechselnd.

Vollduplex = gleichzeitig.

Hub = Schicht 1.

Switch = Schicht 2.

Router = Schicht 3.

Hub verteilt Signale an alle Ports.

CSMA/CD = Kollisionserkennung.

CSMA/CA = Kollisionsvermeidung.

Ohne funktionierende Schicht 1
funktionieren die höheren Schichten nicht zuverlässig.

4.2 Bits, Signale und Übertragungsarten

Auf OSI-Schicht 1 werden Daten als Bits übertragen.

Ein Bit ist entweder:

0
oder
1

Damit diese Bits über ein Medium übertragen werden können, müssen sie physisch dargestellt werden.

Das geschieht durch Signale.

Je nach Übertragungsmedium können das sein:

- elektrische Signale
- optische Signale
- Funksignale

Merksatz:

Bits sind logisch.
Signale sind physisch.

Vom Bit zum Signal

Ein Computer verarbeitet digitale Daten als Bits.

Damit diese Bits über ein Netzwerk übertragen werden können, müssen sie in Signale umgesetzt werden.

Beispiel:

Bitfolge:
1 0 1 1 0 0 1

Diese Bitfolge wird auf dem Übertragungsmedium als Signalfolge dargestellt.

Je nach Technik kann das zum Beispiel bedeuten:

- unterschiedliche Spannungszustände
- Lichtimpulse
- Frequenzänderungen
- Phasenänderungen
- Signalpegeländerungen

Wichtig:

Schicht 1 beschäftigt sich nicht mit der Bedeutung der Daten.
Sie überträgt nur Bits als Signale.

Merksatz:

Schicht 1 fragt nicht „Was bedeuten die Daten?“,
sondern „Wie werden die Bits übertragen?“

Digitale Daten

Digitale Daten bestehen aus diskreten Werten.

In Computern sind das normalerweise Bits.

Ein Bit kann zwei Zustände annehmen:

Bit Bedeutung
0 Zustand 0
1 Zustand 1

Mehrere Bits ergeben größere Informationseinheiten.

Beispiele:

Einheit Größe
1 Bit kleinste Informationseinheit
1 Byte 8 Bit
1 Kilobyte ungefähr 1000 Byte
1 Megabyte ungefähr 1 Million Byte

Merksatz:

Digitale Daten bestehen aus Bits.

Analoge Signale

Ein analoges Signal kann kontinuierliche Werte annehmen.

Beispiel:

Spannung kann stufenlos steigen oder fallen.

Analoge Signale kennt man zum Beispiel aus:

- klassischer Telefontechnik
- Radio
- Audio
- Funktechnik
- Sensorik

In der Netzwerktechnik werden digitale Daten oft über physische Signale übertragen, die technisch als elektrische, optische oder elektromagnetische Signalverläufe auftreten.

Wichtig:

Die Daten sind digital.
Die physische Übertragung erfolgt über reale Signale.

Merksatz:

Digitale Information wird physisch als Signal übertragen.

Elektrische Signale

Elektrische Signale werden über Kupfer übertragen.

Typische Medien:

- Twisted-Pair-Kabel
- Koaxialkabel

Bei elektrischen Signalen können Bits zum Beispiel durch verschiedene Spannungszustände oder Signalverläufe dargestellt werden.

Typische Einflussfaktoren:

- Kabellänge
- Kabelqualität
- Schirmung
- Dämpfung
- Störungen
- Steckverbindungen
- elektromagnetische Einflüsse

Merksatz:

Kupfer überträgt Bits elektrisch.

Optische Signale

Optische Signale werden über Lichtwellenleiter übertragen.

Typisches Medium:

LWL

Andere Bezeichnungen:

Glasfaser
Fiber

Bei optischen Signalen werden Bits durch Lichtsignale übertragen.

Typische Einflussfaktoren:

- Faserart
- Wellenlänge
- Dämpfung
- Steckverbindungen
- Spleiße
- Verschmutzung
- Biegeradius
- passendes SFP-Modul

Wichtig:

Niemals direkt in Glasfaser oder optische Ports schauen.

Merksatz:

Glasfaser überträgt Bits optisch.

Funksignale

Funksignale werden drahtlos übertragen.

Typisches Beispiel:

WLAN

WLAN nutzt elektromagnetische Wellen.

Typische Einflussfaktoren:

- Entfernung
- Wände
- Decken
- andere WLAN-Netze
- Kanalbelegung
- Frequenzband
- Sendeleistung
- Antennen
- Anzahl der Clients

Merksatz:

WLAN überträgt Bits per Funk.

Signalpegel

Ein Signalpegel beschreibt die Stärke eines Signals.

Je nach Technik kann ein Signalpegel zum Beispiel eine elektrische Spannung, eine optische Leistung oder eine Funk-Signalstärke beschreiben.

Ein zu schwaches Signal kann dazu führen, dass der Empfänger die Bits nicht mehr sicher erkennt.

Mögliche Folgen:

- Übertragungsfehler
- Paketverluste
- niedriger Durchsatz
- Verbindungsabbrüche
- keine Verbindung

Merksatz:

Signalpegel = Stärke eines Signals.

Dämpfung

Dämpfung bedeutet:

Ein Signal wird schwächer.

Dämpfung kann auftreten bei:

- Kupferkabeln
- Glasfaser
- WLAN-Funkstrecken

Typische Ursachen:

- lange Strecke
- schlechte Steckverbindung
- beschädigtes Kabel
- zu enger Biegeradius
- Verschmutzung
- Störungen
- falsches Medium

Merksatz:

Dämpfung = Signalverlust.

Störung

Eine Störung ist eine unerwünschte Beeinflussung eines Signals.

Beispiele:

- elektromagnetische Störung
- Funkstörung
- Rauschen
- schlechte Abschirmung
- Übersprechen zwischen Adern
- Reflexionen
- defekte Komponenten

Störungen können dazu führen, dass Bits falsch erkannt werden.

Merksatz:

Störung = unerwünschte Beeinflussung der Signalübertragung.

Rauschen

Rauschen ist ein unerwünschtes Signal, das das eigentliche Nutzsignal überlagern kann.

Je stärker das Rauschen ist, desto schwieriger kann der Empfänger das Nutzsignal korrekt erkennen.

Wichtig:

Nicht nur die Signalstärke ist entscheidend.
Auch das Verhältnis zwischen Nutzsignal und Störung ist wichtig.

Merksatz:

Rauschen erschwert die sichere Erkennung von Bits.

Signal-Rausch-Abstand

Der Signal-Rausch-Abstand beschreibt das Verhältnis zwischen Nutzsignal und Störsignal.

Abkürzung:

SNR

SNR steht für:

Signal-to-Noise Ratio

Je größer der Signal-Rausch-Abstand ist, desto besser kann der Empfänger das Signal auswerten.

Merksatz:

Hoher SNR = bessere Signalqualität.

Codierung auf Schicht 1

Damit Bits übertragen werden können, müssen sie in eine Signalform gebracht werden.

Das nennt man Codierung.

Codierung bedeutet hier:

Bits werden nach einer festgelegten Regel als Signale dargestellt.

Beispiel vereinfacht:

Bit 1 = bestimmter Signalzustand
Bit 0 = anderer Signalzustand

In echten Netzwerken sind die Codierungsverfahren deutlich komplexer.

Wichtig für die Prüfung:

Die Bitübertragungsschicht legt fest,
wie Bits physisch als Signale übertragen werden.

Merksatz:

Codierung = Regel zur Darstellung von Bits als Signale.

Leitungscodierung

Leitungscodierung beschreibt, wie digitale Bits auf einer Leitung als Signal dargestellt werden.

Dabei geht es zum Beispiel um:

- Signalwechsel
- Spannungszustände
- Taktrückgewinnung
- Störsicherheit
- Synchronisation

Die genaue technische Umsetzung hängt vom jeweiligen Standard ab.

Beispiele für Ethernet-Standards:

- 100BASE-TX
- 1000BASE-T
- 10GBASE-T

Wichtig:

Verschiedene Ethernet-Standards können unterschiedliche Codierungsverfahren nutzen.

Merksatz:

Leitungscodierung macht Bits auf dem Medium übertragbar.

Modulation

Modulation bedeutet:

Ein Trägersignal wird verändert,
um Informationen zu übertragen.

Das ist besonders bei Funktechnik wichtig.

Bei WLAN können Informationen zum Beispiel durch Änderungen von Eigenschaften eines Funksignals übertragen werden.

Solche Eigenschaften können sein:

- Amplitude
- Frequenz
- Phase

Wichtig:

Für AP1/AP2 reicht meistens das Grundverständnis:
Modulation verändert ein Signal,
damit Daten übertragen werden können.

Merksatz:

Modulation = Information auf ein Signal aufprägen.

Amplitude

Amplitude beschreibt vereinfacht die Stärke oder Auslenkung eines Signals.

Bei einem elektrischen Signal kann das mit der Spannung zusammenhängen.

Bei einem Funksignal kann es mit der Signalstärke zusammenhängen.

Merksatz:

Amplitude = Stärke beziehungsweise Auslenkung eines Signals.

Frequenz

Frequenz beschreibt, wie oft sich ein Signal pro Sekunde wiederholt.

Einheit:

Hertz

Abkürzung:

Hz

Beispiele:

2,4 GHz
5 GHz
6 GHz

GHz bedeutet:

Gigahertz

Also:

Milliarden Schwingungen pro Sekunde

Merksatz:

Frequenz = Schwingungen pro Sekunde.

Phase

Phase beschreibt die Lage einer Schwingung zu einem bestimmten Zeitpunkt.

In der Funktechnik kann auch die Phase genutzt werden, um Informationen zu übertragen.

Für die Prüfung reicht meistens:

Phase ist eine Eigenschaft eines Signals.

Merksatz:

Phase = Lage einer Schwingung.

Taktung

Damit Sender und Empfänger Bits richtig verstehen, müssen sie zeitlich zusammenarbeiten.

Der Empfänger muss wissen:

Wann beginnt ein Bit?
Wann endet ein Bit?
Wann soll das Signal ausgewertet werden?

Diese zeitliche Abstimmung nennt man Taktung oder Synchronisation.

Merksatz:

Taktung hilft dem Empfänger,
die Bits zum richtigen Zeitpunkt zu erkennen.

Synchronisation

Synchronisation bedeutet:

Sender und Empfänger stimmen sich zeitlich aufeinander ab.

Ohne Synchronisation könnte der Empfänger die Bitfolge falsch interpretieren.

Beispiel:

Sender sendet eine Folge von Bits.
Empfänger muss erkennen,
wo die einzelnen Bits beginnen und enden.

Merksatz:

Synchronisation = zeitliche Abstimmung zwischen Sender und Empfänger.

Bitrate

Die Bitrate beschreibt, wie viele Bits pro Sekunde übertragen werden.

Einheit:

bit/s

Typische Angaben:

Mbit/s
Gbit/s

Beispiele:

Angabe Bedeutung
100 Mbit/s 100 Millionen Bit pro Sekunde
1 Gbit/s 1 Milliarde Bit pro Sekunde
10 Gbit/s 10 Milliarden Bit pro Sekunde

Merksatz:

Bitrate = Bits pro Sekunde.

Baudrate

Baudrate beschreibt die Anzahl der Signalzustandswechsel oder Symbole pro Sekunde.

Wichtig:

Bitrate und Baudrate sind nicht immer dasselbe.

Ein Symbol kann je nach Codierung oder Modulation mehr als ein Bit enthalten.

Für die Prüfung reicht meistens:

Bitrate = Datenmenge in Bit pro Sekunde.
Baudrate = Symbolrate.

Merksatz:

Bitrate ≠ Baudrate.

Symbol

Ein Symbol ist ein übertragener Signalzustand.

Je nach Verfahren kann ein Symbol ein oder mehrere Bits darstellen.

Beispiel vereinfacht:

einfaches Verfahren:
1 Symbol = 1 Bit

komplexeres Verfahren:
1 Symbol = mehrere Bits

Dadurch können höhere Datenraten erreicht werden.

Merksatz:

Symbol = Signalzustand zur Informationsübertragung.

Bandbreite

Bandbreite kann je nach Zusammenhang unterschiedlich verwendet werden.

In der Netzwerktechnik meint man im Alltag oft:

maximale Übertragungskapazität

Beispiel:

1 Gbit/s Ethernet

Fachlich kann Bandbreite auch einen Frequenzbereich beschreiben.

Wichtig für die Prüfung:

Bandbreite ist nicht automatisch gleich tatsächlicher Durchsatz.

Merksatz:

Bandbreite = mögliche Kapazität,
Durchsatz = tatsächlich erreicht.

Durchsatz

Durchsatz beschreibt die tatsächlich übertragene Datenmenge pro Zeit.

Der Durchsatz ist oft niedriger als die theoretische Bandbreite.

Gründe:

- Protokoll-Overhead
- Störungen
- Wiederholungen
- schwache Signalqualität
- viele Clients
- langsame Gegenstelle
- Engpässe im Netzwerk

Merksatz:

Durchsatz = reale Nutzdatenrate.

Latenz

Latenz beschreibt die Verzögerung bei der Übertragung.

Beispiel:

Wie lange dauert es,
bis ein Signal oder Paket beim Ziel ankommt?

Latenz ist besonders wichtig bei:

- VoIP
- Videokonferenzen
- Gaming
- Echtzeitanwendungen
- industrieller Steuerung

Merksatz:

Latenz = Verzögerungszeit.

Jitter

Jitter beschreibt Schwankungen der Latenz.

Beispiel:

Ein Paket braucht 20 ms.
Das nächste Paket braucht 80 ms.
Das nächste wieder 30 ms.

Solche Schwankungen können Probleme verursachen.

Besonders kritisch bei:

- Sprache
- Video
- Echtzeitkommunikation

Merksatz:

Jitter = schwankende Verzögerung.

Bitfehler

Ein Bitfehler entsteht, wenn ein Bit falsch erkannt wird.

Beispiel:

gesendet: 1
empfangen: 0

Ursachen können sein:

- Störungen
- Dämpfung
- schlechte Signalqualität
- defektes Kabel
- falsche Übertragungsstrecke
- schlechte Funkverbindung

Merksatz:

Bitfehler = Bit wird falsch übertragen oder erkannt.

Bitfehlerrate

Die Bitfehlerrate beschreibt, wie viele Bits fehlerhaft übertragen werden.

Abkürzung:

BER

BER steht für:

Bit Error Rate

Eine hohe Bitfehlerrate weist auf schlechte Übertragungsqualität hin.

Merksatz:

BER = Anteil fehlerhafter Bits.

Schicht 1 und Fehlererkennung

Schicht 1 überträgt Bits als Signale.

Die eigentliche Erkennung fehlerhafter Frames erfolgt häufig auf Schicht 2, zum Beispiel durch Prüfsummen im Ethernet-Frame.

Wichtig:

Schicht 1 kann Ursache für Fehler sein.
Schicht 2 erkennt viele Übertragungsfehler in Frames.

Merksatz:

Schicht 1 verursacht oft Signalprobleme.
Schicht 2 erkennt viele Framefehler.

Typische Schicht-1-Fehlerbilder

Typische Fehlerbilder bei Problemen mit Bits und Signalen:

- kein Link
- instabiler Link
- niedrige ausgehandelte Geschwindigkeit
- viele CRC- oder FCS-Fehler am Switch-Port
- Paketverluste
- niedriger Durchsatz
- hohe Wiederholungsrate
- schlechtes WLAN-Signal
- Glasfaser-Link kommt nicht hoch

Wichtig:

CRC- oder FCS-Fehler werden auf Schicht 2 erkannt,
können aber durch Schicht-1-Probleme verursacht werden.

Merksatz:

Schicht-1-Probleme zeigen sich oft als Fehler auf höheren Schichten.

Beispiele für Schicht-1-Prüfung

Bei Kupfer:

- Kabel steckt richtig?
- Link-LED leuchtet?
- Kabel beschädigt?
- richtige Kabelkategorie?
- richtige Geschwindigkeit?
- Port aktiv?
- Adern korrekt aufgelegt?

Bei LWL:

- passendes SFP-Modul?
- richtige Faserart?
- TX und RX korrekt?
- Stecker sauber?
- Strecke zu lang?
- Dämpfungsbudget eingehalten?

Bei WLAN:

- Signal stark genug?
- richtiger Frequenzbereich?
- Kanal überlastet?
- Störungen vorhanden?
- Access Point richtig positioniert?

Merksatz:

Schicht 1 prüft man immer am Übertragungsmedium und an der Signalqualität.

Was Schicht 1 nicht macht

Schicht 1 überträgt nur Bits.

Schicht 1 entscheidet nicht über:

- MAC-Adressen
- IP-Adressen
- VLANs
- Routing
- TCP-Ports
- UDP-Ports
- DNS-Namen
- HTTP-Anfragen
- Benutzeranmeldungen

Diese Themen gehören zu höheren Schichten.

Merksatz:

Schicht 1 kennt keine Adressen und keine Dienste.

Einordnung wichtiger Begriffe

Begriff Einordnung
Bit Schicht 1
Signal Schicht 1
Spannung Schicht 1
Lichtimpuls Schicht 1
Funksignal Schicht 1
Frequenz Schicht 1
Taktung Schicht 1
Codierung Schicht 1
MAC-Adresse Schicht 2
IP-Adresse Schicht 3
TCP-Port Schicht 4
DNS Schicht 7

Merksatz:

Bit, Signal, Frequenz und Taktung gehören zu Schicht 1.

Typische IHK-Fragen

In AP1 und AP2 kann zum Beispiel gefragt werden:

- Wie werden Bits auf Schicht 1 übertragen?
- Was ist ein Signal?
- Was ist der Unterschied zwischen Bit und Signal?
- Welche Signalarten gibt es?
- Was bedeutet Dämpfung?
- Was bedeutet Signal-Rausch-Abstand?
- Was ist Codierung?
- Was ist Modulation?
- Was ist der Unterschied zwischen Bitrate und Baudrate?
- Was ist ein Bitfehler?
- Was bedeutet Bitfehlerrate?
- Warum ist Bandbreite nicht gleich Durchsatz?
- Warum können Schicht-1-Probleme zu Fehlern auf höheren Schichten führen?

Typische Prüfungsfallen

Bits sind nicht dasselbe wie Signale.

Schicht 1 kennt keine IP-Adressen.

Schicht 1 kennt keine MAC-Adressen.

Schicht 1 kennt keine TCP- oder UDP-Ports.

Dämpfung bedeutet Signalverlust.

Signalstärke allein reicht nicht,
auch Störungen sind wichtig.

Bitrate und Baudrate sind nicht immer gleich.

Bandbreite und Durchsatz sind nicht dasselbe.

CRC-Fehler werden auf Schicht 2 erkannt,
können aber durch Schicht-1-Probleme verursacht werden.

WLAN-Probleme können Funkprobleme sein,
aber auch IP-, DNS- oder Sicherheitsprobleme.

Wichtige Begriffe kurz erklärt

Begriff Kurze Erklärung
Bit kleinste Informationseinheit, 0 oder 1
Signal physische Darstellung von Information
elektrisches Signal Signal über Kupfer
optisches Signal Signal über Lichtwellenleiter
Funksignal drahtloses elektromagnetisches Signal
Signalpegel Stärke eines Signals
Dämpfung Abschwächung eines Signals
Störung unerwünschte Beeinflussung eines Signals
Rauschen unerwünschtes Signal neben dem Nutzsignal
SNR Signal-Rausch-Abstand
Codierung Darstellung von Bits als Signale
Leitungscodierung Codierung für die Übertragung auf Leitungen
Modulation Aufprägen von Information auf ein Signal
Amplitude Stärke beziehungsweise Auslenkung eines Signals
Frequenz Schwingungen pro Sekunde
Phase Lage einer Schwingung
Taktung zeitliche Einteilung der Signalübertragung
Synchronisation zeitliche Abstimmung zwischen Sender und Empfänger
Bitrate Bits pro Sekunde
Baudrate Symbole pro Sekunde
Symbol Signalzustand zur Informationsübertragung
Bandbreite mögliche Kapazität oder Frequenzbereich
Durchsatz tatsächlich erreichte Datenrate
Latenz Verzögerung
Jitter Schwankung der Verzögerung
Bitfehler falsch übertragenes oder falsch erkanntes Bit
BER Bit Error Rate, Bitfehlerrate

IHK-sichere Kurzformulierung

Auf OSI-Schicht 1 werden Bits als physische Signale übertragen. Digitale Daten bestehen aus Bits, die je nach Medium als elektrische, optische oder elektromagnetische Signale dargestellt werden. Damit Sender und Empfänger die Bits korrekt verstehen, sind Codierung, Taktung, Synchronisation, Signalpegel und Signalqualität wichtig. Störungen, Dämpfung oder Rauschen können zu Bitfehlern führen. Schicht 1 kennt keine MAC-Adressen, IP-Adressen oder Ports, sondern ist ausschließlich für die physische Bitübertragung zuständig.

Merksätze

Bits sind logisch.

Signale sind physisch.

Schicht 1 überträgt Bits als Signale.

Kupfer = elektrische Signale.

Glasfaser = optische Signale.

WLAN = Funksignale.

Dämpfung = Signalverlust.

Störung = unerwünschte Beeinflussung.

SNR = Signal-Rausch-Abstand.

Codierung = Bits als Signale darstellen.

Modulation = Information auf ein Signal aufprägen.

Frequenz = Schwingungen pro Sekunde.

Bitrate = Bits pro Sekunde.

Baudrate = Symbole pro Sekunde.

Bitrate und Baudrate sind nicht immer dasselbe.

Bandbreite ist nicht Durchsatz.

Latenz = Verzögerung.

Jitter = schwankende Verzögerung.

Bitfehler = Bit wird falsch erkannt.

Schicht 1 kennt keine MAC-Adresse.

Schicht 1 kennt keine IP-Adresse.

Schicht 1 kennt keine Ports.

Schicht-1-Probleme können höhere Schichten beeinflussen.

4.3 Übertragungsrichtungen, Duplex und Auto-Negotiation

Auf OSI-Schicht 1 ist nicht nur wichtig, dass Bits übertragen werden.

Wichtig ist auch:

In welche Richtung können Daten übertragen werden?
Können beide Seiten gleichzeitig senden?
Welche Geschwindigkeit wird genutzt?
Wie einigen sich zwei Geräte auf die Verbindung?

Diese Themen gehören zur physischen Verbindung und sind besonders wichtig bei Ethernet, Switches, Netzwerkkarten und älterer Hub-Technik.

Grundidee

Wenn zwei Netzwerkgeräte miteinander verbunden sind, müssen sie bestimmte Eigenschaften der Verbindung festlegen.

Dazu gehören zum Beispiel:

- Übertragungsgeschwindigkeit
- Duplexmodus
- Signalart
- physische Verbindung
- unterstützter Standard
- Link-Status

Beispiel:

PC
↔
Switch

Beide Seiten müssen technisch zusammenarbeiten können.

Merksatz:

Eine Netzwerkverbindung funktioniert nur,
wenn beide Seiten kompatible Verbindungseigenschaften nutzen.

Begriff: Übertragungsrichtung

Die Übertragungsrichtung beschreibt, in welche Richtung Daten übertragen werden können.

Es gibt drei wichtige Grundformen:

- Simplex
- Halbduplex
- Vollduplex

Diese Begriffe beschreiben, ob Kommunikation nur in eine Richtung, abwechselnd oder gleichzeitig in beide Richtungen möglich ist.

Merksatz:

Übertragungsrichtung beschreibt,
wie Geräte miteinander senden und empfangen können.

Simplex

Simplex bedeutet:

Datenübertragung nur in eine Richtung.

Ein Gerät sendet.

Das andere Gerät empfängt.

Eine Rückübertragung ist über denselben Kanal nicht vorgesehen.

Alltagsvergleich:

Radio
Lautsprecheranlage
Einbahnstraße

Beispiel:

Sender → Empfänger

Merksatz:

Simplex = nur eine Richtung.

Halbduplex

Halbduplex bedeutet:

Datenübertragung in beide Richtungen,
aber nicht gleichzeitig.

Beide Seiten können senden und empfangen.

Aber:

Wenn eine Seite sendet,
muss die andere Seite warten.

Alltagsvergleich:

Walkie-Talkie
Baustellenampel
einspurige Straße mit wechselnder Fahrtrichtung

Beispiel:

Gerät A sendet → Gerät B empfängt

Danach:

Gerät B sendet → Gerät A empfängt

Merksatz:

Halbduplex = beide Richtungen,
aber nur abwechselnd.

Vollduplex

Vollduplex bedeutet:

Datenübertragung in beide Richtungen gleichzeitig.

Beide Geräte können zur gleichen Zeit senden und empfangen.

Alltagsvergleich:

Telefonat
zweispurige Straße
gleichzeitiges Sprechen und Hören

Beispiel:

Gerät A sendet gleichzeitig zu Gerät B.
Gerät B sendet gleichzeitig zu Gerät A.

Merksatz:

Vollduplex = senden und empfangen gleichzeitig.

Simplex, Halbduplex und Vollduplex im Vergleich

Modus Richtung Gleichzeitig? Beispiel
Simplex nur eine Richtung nein Radio
Halbduplex beide Richtungen nein, nur abwechselnd Walkie-Talkie
Vollduplex beide Richtungen ja Telefonat

Prüfungstauglich:

Simplex = eine Richtung.
Halbduplex = abwechselnd.
Vollduplex = gleichzeitig.

Duplex bei Ethernet

Moderne Ethernet-Verbindungen über Switches arbeiten normalerweise mit Vollduplex.

Beispiel:

PC ↔ Switch

Der PC kann gleichzeitig Daten senden und empfangen.

Der Switch kann ebenfalls gleichzeitig senden und empfangen.

Das ist effizienter als Halbduplex.

Merksatz:

Moderne Switch-Verbindungen arbeiten normalerweise mit Vollduplex.

Halbduplex bei älterer Technik

Halbduplex war besonders bei älteren Ethernet-Umgebungen wichtig.

Typisches Gerät:

Hub

Ein Hub arbeitet auf OSI-Schicht 1.

Er verteilt Signale an alle Ports.

Da alle Geräte sich das gleiche Übertragungsmedium teilen, konnte nicht jedes Gerät gleichzeitig störungsfrei senden.

Dadurch waren Kollisionen möglich.

Merksatz:

Halbduplex gehört vor allem zu älterer Hub-Technik.

Hub und Halbduplex

Ein Hub verteilt eingehende Signale an alle angeschlossenen Ports.

Er entscheidet nicht anhand von MAC-Adressen.

Er versteht keine Frames.

Er kennt keine IP-Adressen.

Dadurch teilen sich alle angeschlossenen Geräte denselben Übertragungsbereich.

Folgen:

- nur abwechselndes Senden sinnvoll
- Kollisionen möglich
- geringere Effizienz
- alle Geräte teilen sich die Bandbreite

Merksatz:

Hub = Schicht 1 und typisch Halbduplex.

Switch und Vollduplex

Ein Switch arbeitet typischerweise auf OSI-Schicht 2.

Er leitet Ethernet-Frames anhand von MAC-Adressen gezielt weiter.

Bei modernen Switch-Verbindungen hat jeder Port eine eigene Verbindung zum angeschlossenen Gerät.

Dadurch ist Vollduplex möglich.

Vorteile:

- gleichzeitiges Senden und Empfangen
- keine klassischen Kollisionen pro Vollduplex-Link
- bessere Leistung
- gezielte Weiterleitung
- weniger unnötiger Datenverkehr

Merksatz:

Switch = Schicht 2 und typisch Vollduplex.

Kollisionen

Eine Kollision entsteht, wenn mehrere Geräte gleichzeitig auf einem gemeinsam genutzten Medium senden.

Die Signale überlagern sich.

Dadurch können Daten nicht korrekt übertragen werden.

Kollisionen waren vor allem wichtig bei:

- Koaxial-Ethernet
- Hub-Netzwerken
- Halbduplex-Ethernet

Bei modernen geswitchten Vollduplex-Verbindungen spielen klassische Kollisionen praktisch keine Rolle mehr.

Merksatz:

Kollision = gleichzeitiges Senden auf gemeinsamem Medium.

Kollisionsdomäne

Eine Kollisionsdomäne ist ein Netzwerkbereich, in dem Kollisionen auftreten können.

Bei einem Hub:

Alle angeschlossenen Geräte befinden sich in einer gemeinsamen Kollisionsdomäne.

Bei einem Switch:

Jeder Port ist normalerweise eine eigene Kollisionsdomäne.

Wichtig:

Vollduplex-Verbindungen vermeiden klassische Kollisionen.

Merksatz:

Hub = eine gemeinsame Kollisionsdomäne.
Switch = getrennte Kollisionsbereiche pro Port.

CSMA/CD

CSMA/CD steht für:

Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection

Auf Deutsch sinngemäß:

Mehrfachzugriff mit Trägerprüfung und Kollisionserkennung

Dieses Verfahren wurde bei älteren Ethernet-Umgebungen verwendet.

Grundidee:

Gerät prüft, ob das Medium frei ist.
Wenn frei, wird gesendet.
Wenn trotzdem eine Kollision entsteht, wird sie erkannt.
Danach wird später erneut gesendet.

Merksatz:

CSMA/CD = Kollisionserkennung bei älterem Ethernet.

Warum CSMA/CD heute weniger wichtig ist

In modernen LANs werden fast immer Switches verwendet.

Switch-Verbindungen arbeiten meist mit Vollduplex.

Dadurch gibt es keine klassische gemeinsame Kollisionsdomäne mehr wie bei Hubs.

Deshalb ist CSMA/CD heute vor allem historisch und prüfungsbezogen wichtig.

Merksatz:

CSMA/CD ist wichtig zum Verständnis alter Ethernet-Technik.

CSMA/CA im Vergleich

CSMA/CA steht für:

Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance

Das bedeutet:

Kollisionsvermeidung

CSMA/CA wird bei WLAN verwendet.

Warum?

Bei Funk können Kollisionen schwieriger direkt erkannt werden.
Deshalb versucht WLAN, Kollisionen vorher zu vermeiden.

Vergleich:

Verfahren Bedeutung typischer Einsatz
CSMA/CD Collision Detection älteres kabelgebundenes Ethernet
CSMA/CA Collision Avoidance WLAN

Merksatz:

CD = Detection = Erkennung.
CA = Avoidance = Vermeidung.

Übertragungsgeschwindigkeit

Die Übertragungsgeschwindigkeit beschreibt, mit welcher Datenrate eine Verbindung arbeitet.

Typische Ethernet-Geschwindigkeiten:

Bezeichnung Datenrate
Fast Ethernet 100 Mbit/s
Gigabit Ethernet 1 Gbit/s
2.5 Gigabit Ethernet 2,5 Gbit/s
5 Gigabit Ethernet 5 Gbit/s
10 Gigabit Ethernet 10 Gbit/s

Wichtig:

Die tatsächlich nutzbare Geschwindigkeit hängt von allen beteiligten Komponenten ab.

Merksatz:

Die langsamste oder ungeeignete Komponente begrenzt die Verbindung.

Was beeinflusst die Geschwindigkeit?

Die ausgehandelte oder mögliche Verbindungsgeschwindigkeit hängt ab von:

- Netzwerkkarte
- Switch-Port
- Kabelkategorie
- Kabellänge
- Patchfeld
- Netzwerkdose
- Patchkabel
- SFP-Modul
- Glasfaserart
- Treiber
- Konfiguration
- Signalqualität

Beispiel:

Eine 10-Gbit/s-Netzwerkkarte bringt nichts,
wenn der Switch-Port nur 1 Gbit/s unterstützt.

Merksatz:

Die gesamte Strecke muss zur gewünschten Geschwindigkeit passen.

Auto-Negotiation

Auto-Negotiation bedeutet:

Zwei Netzwerkgeräte handeln automatisch die Verbindungseigenschaften aus.

Dabei geht es zum Beispiel um:

- Geschwindigkeit
- Duplexmodus
- teilweise weitere Fähigkeiten

Beispiel:

PC unterstützt 1 Gbit/s.
Switch unterstützt 1 Gbit/s.
Kabel ist geeignet.

Dann können beide Seiten 1 Gbit/s Vollduplex aushandeln.

Merksatz:

Auto-Negotiation = automatische Aushandlung der Verbindung.

Was wird bei Auto-Negotiation ausgehandelt?

Typische Eigenschaften:

- 10 Mbit/s
- 100 Mbit/s
- 1 Gbit/s
- 2,5 Gbit/s
- 5 Gbit/s
- 10 Gbit/s
- Halbduplex
- Vollduplex

Wichtig:

Beide Seiten müssen die jeweilige Betriebsart unterstützen.

Wenn eine Seite etwas nicht unterstützt, wird eine andere gemeinsame Möglichkeit gewählt.

Merksatz:

Es wird eine gemeinsame Betriebsart gesucht.

Beispiel Auto-Negotiation

Gerät A unterstützt:

10 Mbit/s
100 Mbit/s
1 Gbit/s

Gerät B unterstützt:

10 Mbit/s
100 Mbit/s

Gemeinsam möglich ist maximal:

100 Mbit/s

Ergebnis:

Die Verbindung arbeitet mit 100 Mbit/s,
obwohl Gerät A 1 Gbit/s könnte.

Merksatz:

Beide Seiten bestimmen gemeinsam die Verbindung.

Warum wird manchmal nur 100 Mbit/s ausgehandelt?

Eine Verbindung kann auf 100 Mbit/s zurückfallen, obwohl eigentlich 1 Gbit/s erwartet wird.

Mögliche Ursachen:

- defektes Kabel
- nur vier Adern verbunden
- schlechte Netzwerkdose
- falsch aufgelegtes Verlegekabel
- defekter Switch-Port
- alte Netzwerkkarte
- alter Switch
- falsche Konfiguration
- schlechte Signalqualität

Wichtig:

Gigabit-Ethernet benötigt bei Twisted Pair alle 8 Adern.

Merksatz:

Nur 100 Mbit/s statt 1 Gbit/s kann ein Verkabelungsproblem sein.

Duplex-Mismatch

Ein Duplex-Mismatch entsteht, wenn zwei Geräte unterschiedliche Duplexmodi verwenden.

Beispiel:

Gerät A: Vollduplex
Gerät B: Halbduplex

Mögliche Folgen:

- schlechte Leistung
- Paketverluste
- viele Fehler
- langsame Verbindung
- Verbindungsprobleme

Duplex-Mismatch war früher häufiger, wenn Auto-Negotiation deaktiviert oder falsch konfiguriert wurde.

Merksatz:

Duplex-Mismatch = beide Seiten nutzen nicht denselben Duplexmodus.

Warum ist Duplex-Mismatch problematisch?

Wenn eine Seite Vollduplex nutzt, erwartet sie gleichzeitiges Senden und Empfangen.

Wenn die andere Seite Halbduplex nutzt, erwartet sie abwechselnde Übertragung und mögliche Kollisionen.

Dadurch interpretieren beide Seiten die Verbindung unterschiedlich.

Das kann zu Fehlern und schlechter Leistung führen.

Merksatz:

Beide Seiten müssen beim Duplexmodus zusammenpassen.

Manuelle Konfiguration

Manchmal kann Geschwindigkeit oder Duplexmodus manuell eingestellt werden.

Beispiel:

Switch-Port fest auf 100 Mbit/s Vollduplex

Das kann in Sonderfällen sinnvoll sein.

Aber:

Wenn nur eine Seite manuell eingestellt wird
und die andere Seite Auto-Negotiation nutzt,
können Probleme entstehen.

Prüfungstauglich:

Auto-Negotiation sollte konsistent auf beiden Seiten betrachtet werden.

Merksatz:

Manuelle Einstellungen müssen auf beiden Seiten passen.

die aktuell ausgehandelte Verbindungsgeschwindigkeit.

Beispiele:

100 Mbit/s
1 Gbit/s
10 Gbit/s

- im Betriebssystem
- im Switch-Interface
- in der Router- oder Firewall-Oberfläche
- über Monitoring
- teilweise über LED-Farben am Port

Merksatz:

Typische Zustände:

Zustand Bedeutung
Link up physische Verbindung aktiv
Link down keine physische Verbindung
Link flapping Verbindung geht ständig hoch und runter 
- defektes Kabel
- schlechten Stecker
- defekten Port
- falsches SFP-Modul
- schlechte Signalqualität
- Stromproblem
- Treiberproblem

Merksatz:

Viele Netzwerkgeräte zeigen über LEDs den Zustand der Verbindung an.

Mögliche Anzeigen:

- LED aus: kein Link
- LED an: Link vorhanden
- LED blinkt: Aktivität
- verschiedene Farben: unterschiedliche Geschwindigkeiten

Wichtig:

Die genaue Bedeutung hängt vom Gerät ab.

Merksatz:

LEDs helfen,
ersetzen aber keine genaue Prüfung.

Speed und Duplex in der Fehlersuche

Bei Netzwerkproblemen sollte man prüfen:

- Ist der Link aktiv?
- Welche Geschwindigkeit wurde ausgehandelt?
- Welcher Duplexmodus wird genutzt?
- Gibt es Fehlerzähler am Port?
- Gibt es CRC- oder FCS-Fehler?
- Gibt es Link-Flapping?
- Sind beide Seiten korrekt konfiguriert?
- Passt das Kabel zur Geschwindigkeit?

Merksatz:

Typische Fehlerbilder

Fehlerbild mögliche Ursache
kein Link Kabel, Port, Netzwerkkarte, SFP, Gegenstelle
nur 100 Mbit/s statt 1 Gbit/s Aderproblem, altes Gerät, schlechte Strecke
schlechter Durchsatz Duplex-Mismatch, Fehler, Störungen
Link flapping instabile physische Verbindung
viele CRC-Fehler Signalproblem, Kabelproblem
WLAN langsam Signal, Kanal, Störung, viele Clients

Wichtig:

Ein Schicht-1-Problem kann sich wie ein höheres Netzwerkproblem anfühlen.

Merksatz:

Physische Fehler zeigen sich oft als Performance-Probleme.

Halbduplex, Vollduplex und WLAN

WLAN arbeitet nicht wie eine klassische Vollduplex-Kabelverbindung.

WLAN ist ein geteiltes Funkmedium.

Mehrere Clients teilen sich die Funkzeit.

Vereinfacht:

Ein Gerät sendet,
andere warten.

Darum wird WLAN oft halbduplexartig beschrieben.

Merksatz:

WLAN ist ein geteiltes Medium,
nicht wie eine Vollduplex-Switch-Verbindung.

Vollduplex bedeutet nicht doppelte Internetgeschwindigkeit

Vollduplex bedeutet:

gleichzeitig senden und empfangen.

Es bedeutet nicht automatisch:

doppelte Internetgeschwindigkeit

Die tatsächliche Internetgeschwindigkeit hängt unter anderem ab von:

- Internetanschluss
- Router
- Switch
- Server
- Gegenstelle
- Auslastung
- Protokoll-Overhead

Merksatz:

Vollduplex beschreibt die Richtung,
nicht allein die Internetgeschwindigkeit.

Einordnung in das Schichtenmodell

Thema typische Schicht
Simplex Schicht 1
Halbduplex Schicht 1
Vollduplex Schicht 1
Auto-Negotiation Schicht 1
Link-Speed Schicht 1
Hub Schicht 1
Switch-Weiterleitung Schicht 2
MAC-Adresse Schicht 2
IP-Adresse Schicht 3
TCP-/UDP-Port Schicht 4

Wichtig:

Duplex und Geschwindigkeit gehören zur physischen Verbindung.
MAC-Adressierung und Frames gehören zur Schicht 2.

Was gehört nicht zu Duplex?

Duplex beschreibt nur die Übertragungsrichtung.

Duplex beschreibt nicht:

- IP-Adresse
- Subnetzmaske
- Gateway
- DNS-Server
- TCP-Port
- Anwendung
- Benutzerrechte
- Verschlüsselung auf Anwendungsebene

Merksatz:

Duplex ist eine Eigenschaft der Verbindung,
nicht der IP-Konfiguration.

Typische IHK-Fragen

In AP1 und AP2 kann zum Beispiel gefragt werden:

- Was bedeutet Simplex?
- Was bedeutet Halbduplex?
- Was bedeutet Vollduplex?
- Welcher Duplexmodus ist bei modernen Switch-Verbindungen üblich?
- Warum waren Hubs problematisch?
- Was ist eine Kollision?
- Was ist eine Kollisionsdomäne?
- Was bedeutet CSMA/CD?
- Was bedeutet CSMA/CA?
- Was ist Auto-Negotiation?
- Warum kann eine Verbindung nur 100 Mbit/s statt 1 Gbit/s aushandeln?
- Was ist ein Duplex-Mismatch?
- Warum ist WLAN nicht wie eine Vollduplex-Kabelverbindung?

Typische Prüfungsfallen

Simplex bedeutet nur eine Richtung.

Halbduplex bedeutet abwechselnd.

Vollduplex bedeutet gleichzeitig.

Vollduplex bedeutet nicht automatisch doppelte Internetgeschwindigkeit.

Hubs arbeiten auf Schicht 1.

Switches arbeiten typischerweise auf Schicht 2.

Hubs teilen eine Kollisionsdomäne.

Moderne Switch-Verbindungen haben normalerweise keine klassischen Kollisionen.

Auto-Negotiation muss auf beiden Seiten sinnvoll zusammenpassen.

Nur 100 Mbit/s statt 1 Gbit/s kann an der Verkabelung liegen.

Gigabit über Twisted Pair benötigt alle 8 Adern.

WLAN ist ein geteiltes Funkmedium.

Wichtige Begriffe kurz erklärt

Begriff Kurze Erklärung
Simplex Übertragung nur in eine Richtung
Halbduplex Übertragung in beide Richtungen, aber abwechselnd
Vollduplex Übertragung in beide Richtungen gleichzeitig
Duplexmodus Art der Übertragungsrichtung
Hub Schicht-1-Gerät, verteilt Signale an alle Ports
Switch Schicht-2-Gerät, leitet Frames anhand von MAC-Adressen weiter
Kollision gleichzeitiges Senden auf gemeinsamem Medium
Kollisionsdomäne Bereich, in dem Kollisionen auftreten können
CSMA/CD Kollisionserkennung bei älterem Ethernet
CSMA/CA Kollisionsvermeidung bei WLAN
Auto-Negotiation automatische Aushandlung von Geschwindigkeit und Duplex
Link-Speed aktuell ausgehandelte Verbindungsgeschwindigkeit
Link-Status Zustand der physischen Verbindung
Link flapping Verbindung geht ständig hoch und runter
Duplex-Mismatch unterschiedliche Duplexmodi auf beiden Seiten
CRC-Fehler erkannter Übertragungsfehler auf Frame-Ebene
FCS-Fehler Fehler bei der Frame-Prüfsumme

IHK-sichere Kurzformulierung

Simplex, Halbduplex und Vollduplex beschreiben die Richtung der Datenübertragung. Simplex bedeutet Übertragung nur in eine Richtung. Halbduplex bedeutet Übertragung in beide Richtungen, aber nur abwechselnd. Vollduplex bedeutet gleichzeitiges Senden und Empfangen. Moderne Ethernet-Verbindungen über Switches arbeiten normalerweise mit Vollduplex. Hubs arbeiten auf Schicht 1, verteilen Signale an alle Ports und bilden eine gemeinsame Kollisionsdomäne. Auto-Negotiation dient dazu, Verbindungseigenschaften wie Geschwindigkeit und Duplexmodus automatisch zwischen zwei Geräten auszuhandeln.

Merksätze

Simplex = eine Richtung.

Halbduplex = abwechselnd.

Vollduplex = gleichzeitig.

Moderne Switch-Verbindungen sind meist Vollduplex.

Hub = Schicht 1.

Switch = Schicht 2.

Hub verteilt Signale an alle Ports.

Hub = gemeinsame Kollisionsdomäne.

Switch = gezielte Weiterleitung anhand von MAC-Adressen.

Kollision = gleichzeitiges Senden auf gemeinsamem Medium.

CSMA/CD = Kollisionserkennung.

CSMA/CA = Kollisionsvermeidung.

Auto-Negotiation = automatische Aushandlung.

Link-Speed = ausgehandelte Geschwindigkeit.

Duplex-Mismatch = beide Seiten passen nicht zusammen.

Nur 100 Mbit/s statt 1 Gbit/s kann ein Verkabelungsproblem sein.

Gigabit über Twisted Pair braucht alle 8 Adern.

WLAN ist ein geteiltes Medium.

Duplex beschreibt die Übertragungsrichtung,
nicht die IP-Konfiguration.

4.4 Geräte und Komponenten auf Schicht 1

Auf OSI-Schicht 1 geht es um die physische Übertragung von Bits.

Deshalb gehören zu Schicht 1 vor allem Geräte und Komponenten, die Signale senden, empfangen, verstärken, umsetzen oder weiterleiten.

Typische Schicht-1-Komponenten sind:

- Netzwerkkarte
- Hub
- Repeater
- Medienkonverter
- SFP-Modul
- Kabel
- Stecker
- Antennen
- physische Schnittstellen

Wichtig:

Schicht-1-Geräte verstehen keine IP-Adressen.
Schicht-1-Geräte treffen keine Routing-Entscheidungen.
Schicht-1-Geräte werten keine TCP- oder UDP-Ports aus.

Grundidee von Schicht-1-Komponenten

Schicht-1-Komponenten arbeiten mit Signalen.

Sie beschäftigen sich mit Fragen wie:

Kommt ein Signal an?
Ist das Signal stark genug?
Wird das Signal korrekt übertragen?
Passt das Medium?
Passt die Schnittstelle?
Besteht ein Link?
Welche Geschwindigkeit ist möglich?

Merksatz:

Schicht-1-Komponenten arbeiten mit Bits und Signalen.

Netzwerkkarte

Eine Netzwerkkarte verbindet ein Endgerät mit dem Netzwerk.

Andere Bezeichnungen:

Netzwerkadapter
NIC
Network Interface Card

Beispiele:

- Ethernet-Port am PC
- WLAN-Adapter im Notebook
- USB-LAN-Adapter
- Glasfaser-Netzwerkkarte
- Onboard-LAN-Port

Auf Schicht 1 ist die Netzwerkkarte zuständig für:

- Signale senden
- Signale empfangen
- Link erkennen
- Geschwindigkeit aushandeln
- physische Verbindung bereitstellen

Merksatz:

Netzwerkkarte = physische Schnittstelle zwischen Gerät und Netzwerk.

Netzwerkkarte und Schicht 2

Eine Netzwerkkarte hat auch Aufgaben auf Schicht 2.

Dazu gehört zum Beispiel:

- MAC-Adresse
- Ethernet-Frame-Verarbeitung
- Zugriff auf das lokale Netz

Wichtig:

Die Netzwerkkarte kann Schicht 1 und Schicht 2 betreffen.

Für Schicht 1 ist besonders wichtig:

Wie werden Bits als Signale übertragen?

Für Schicht 2 ist besonders wichtig:

Wie werden Frames mit MAC-Adressen übertragen?

Merksatz:

NIC ist physisch Schicht 1,
arbeitet aber auch mit Schicht-2-Funktionen.

Begriff: Hub

Ein Hub ist ein altes Netzwerkgerät auf OSI-Schicht 1.

Ein Hub verbindet mehrere Geräte miteinander.

Er arbeitet sehr einfach:

Ein Signal kommt an einem Port an.
Der Hub gibt dieses Signal an alle anderen Ports weiter.

Ein Hub prüft nicht:

- Ziel-MAC-Adresse
- IP-Adresse
- TCP-Port
- VLAN
- Anwendung

Merksatz:

Hub = Schicht-1-Gerät, verteilt Signale an alle Ports.

Hub-Arbeitsweise

Beispiel:

PC A sendet Daten an PC B.

Bei einem Hub passiert vereinfacht:

PC A sendet ein Signal an den Hub.
Der Hub verteilt das Signal an alle Ports.
PC B bekommt das Signal.
PC C und PC D bekommen das Signal ebenfalls.

Der Hub weiß nicht, für wen die Daten bestimmt sind.

Er verteilt nur das Signal.

Merksatz:

Hub leitet nicht gezielt weiter,
sondern verteilt an alle.

Warum ist ein Hub veraltet?

Hubs sind heute praktisch veraltet.

Nachteile:

- alle Geräte teilen sich die Bandbreite
- alle Signale werden an alle Ports verteilt
- Kollisionen sind möglich
- nur Halbduplex
- schlechte Effizienz
- einfache Mithörbarkeit im Netz
- keine MAC-Adress-Tabelle
- keine VLAN-Unterstützung

Heute werden im LAN fast immer Switches eingesetzt.

Merksatz:

Hubs wurden durch Switches ersetzt.

Hub und Kollisionsdomäne

Bei einem Hub teilen sich alle angeschlossenen Geräte dasselbe Übertragungsmedium.

Das bedeutet:

Alle Geräte befinden sich in einer gemeinsamen Kollisionsdomäne.

Wenn zwei Geräte gleichzeitig senden, kann es zu Kollisionen kommen.

Merksatz:

Hub = eine gemeinsame Kollisionsdomäne.

Hub und Broadcast-Domäne

Ein Hub trennt keine Broadcast-Domänen.

Da ein Hub nur Signale verteilt, bleiben alle angeschlossenen Geräte im selben lokalen Netzwerkbereich.

Wichtig:

Broadcast-Domänen werden typischerweise durch Router oder Layer-3-Grenzen getrennt.
VLANs können Broadcast-Domänen logisch trennen.

Ein Hub kann das nicht.

Merksatz:

Hub trennt weder Kollisionsdomänen noch Broadcast-Domänen.

Begriff: Repeater

Ein Repeater ist ein Gerät, das Signale erneut aufbereitet und weiterleitet.

Aufgabe:

Ein schwächer gewordenes Signal wird aufgenommen,
regeneriert
und weitergegeben.

Ein Repeater arbeitet auf Schicht 1.

Er versteht keine IP-Adressen.

Er versteht keine MAC-Adressen.

Merksatz:

Repeater = Signal auffrischen und weiterleiten.

Warum braucht man Repeater?

Signale werden über eine Strecke schwächer.

Das nennt man:

Dämpfung

Wenn ein Signal zu schwach wird, kann der Empfänger es nicht mehr korrekt erkennen.

Ein Repeater kann helfen, eine physische Strecke zu verlängern, indem er das Signal neu erzeugt.

Wichtig:

Ein Repeater verbessert nicht die logische Netzstruktur.
Er arbeitet nur auf Signalebene.

Merksatz:

Repeater bekämpft Signalverlust,
aber ersetzt keine saubere Netzplanung.

Repeater im Vergleich zum Hub

Ein Hub kann vereinfacht als Mehrport-Repeater betrachtet werden.

Gerät Aufgabe Schicht
Repeater Signal auffrischen und weitergeben 1
Hub Signal an mehrere Ports verteilen 1

Beide arbeiten auf Schicht 1.

Beide werten keine MAC-Adressen oder IP-Adressen aus.

Merksatz:

Hub = Repeater mit mehreren Ports.

Begriff: Medienkonverter

Ein Medienkonverter verbindet unterschiedliche Übertragungsmedien miteinander.

Typisches Beispiel:

Kupfer Ethernet
↔
Lichtwellenleiter Ethernet

Dabei wird zum Beispiel ein elektrisches Signal in ein optisches Signal umgesetzt.

Oder umgekehrt:

optisch
↔
elektrisch

Merksatz:

Medienkonverter = Übergang zwischen unterschiedlichen Medien.

Medienkonverter und Schicht 1

Ein Medienkonverter arbeitet hauptsächlich auf Schicht 1.

Er verändert normalerweise nicht:

- IP-Adresse
- MAC-Adresse
- TCP-Port
- UDP-Port
- Anwendung

Er sorgt dafür, dass die physische Übertragung über ein anderes Medium möglich wird.

Beispiel:

Switch mit RJ45-Port
→ Kupferkabel
→ Medienkonverter
→ Glasfaser
→ Medienkonverter
→ Kupferkabel
→ anderes Gerät

Merksatz:

Medienkonverter wandelt das Medium,
nicht die Netzwerkadresse.

Begriff: SFP-Modul

SFP steht für:

Small Form-factor Pluggable

Ein SFP-Modul ist ein steckbares Netzwerkmodul.

Es wird eingesetzt in:

- Switches
- Routern
- Firewalls
- Server-Netzwerkkarten
- Medienkonvertern

Ein SFP-Modul stellt die passende physische Schnittstelle bereit.

Beispiele:

- Glasfaser-Multimode
- Glasfaser-Singlemode
- RJ45-Kupfer
- DAC-Kabel
- AOC-Kabel

Merksatz:

SFP = steckbare physische Netzwerkschnittstelle.

SFP-Port und SFP-Modul

Ein SFP-Port ist nur der Steckplatz.

Das SFP-Modul ist die eigentliche Schnittstelle.

Beispiel:

Switch hat SFP-Port.
Glasfaser-SFP wird eingesteckt.
LC-Glasfaser-Patchkabel wird angeschlossen.

Wichtig:

Ohne passendes SFP-Modul ist der SFP-Port nicht nutzbar.

Merksatz:

SFP-Port = Steckplatz.
SFP-Modul = Schnittstelle.

SFP und Datenrate

Verschiedene Modularten unterstützen unterschiedliche Datenraten.

Modulart typische Datenrate
SFP 1 Gbit/s
SFP+ 10 Gbit/s
SFP28 25 Gbit/s
QSFP+ 40 Gbit/s
QSFP28 100 Gbit/s

Für AP1/AP2 ist besonders wichtig:

SFP häufig 1 Gbit/s.
SFP+ häufig 10 Gbit/s.

Merksatz:

Modul und Port müssen zur Datenrate passen.

SFP und Kompatibilität

Bei SFP-Verbindungen müssen mehrere Dinge zusammenpassen.

Wichtige Punkte:

- Datenrate
- Faserart
- Wellenlänge
- Reichweite
- Steckertyp
- Gegenstelle
- Herstellerkompatibilität
- Switch-Unterstützung

Wenn etwas nicht passt, entsteht oft kein Link.

Typische Fehler:

falsches Modul
falsche Faser
falsche Wellenlänge
TX/RX vertauscht
Modul wird vom Switch nicht unterstützt

Merksatz:

Bei SFP muss die gesamte Verbindung passen.

Kabel als Schicht-1-Komponente

Kabel gehören zur physischen Übertragung.

Beispiele:

- Twisted-Pair-Kabel
- Koaxialkabel
- Lichtwellenleiter
- Patchkabel
- Verlegekabel
- DAC-Kabel

Kabel beeinflussen:

- Signalqualität
- maximale Entfernung
- mögliche Datenrate
- Störanfälligkeit
- Dämpfung
- Link-Stabilität

Merksatz:

Kabel sind Grundlage der physischen Übertragung.

Stecker und Anschlüsse

Stecker und Anschlüsse sind ebenfalls wichtig für Schicht 1.

Beispiele:

- RJ45
- LC
- SC
- ST
- SFP-Port
- Netzwerkdose
- Patchfeld-Port

Schlechte oder verschmutzte Steckverbindungen können zu Fehlern führen.

Mögliche Folgen:

- kein Link
- instabiler Link
- viele Fehler
- niedrige Geschwindigkeit
- Paketverluste

Merksatz:

Schlechte Steckverbindungen verursachen oft Schicht-1-Probleme.

Antennen als Schicht-1-Komponente

Bei WLAN sind Antennen Teil der physischen Übertragung.

Antennen senden und empfangen elektromagnetische Wellen.

Sie beeinflussen:

- Reichweite
- Abstrahlrichtung
- Signalqualität
- Funkzellen
- Verbindungsstabilität

Wichtig:

Eine Antenne erzeugt keine zusätzliche Energie.
Sie verteilt vorhandene Energie anders.

Merksatz:

Antenne = Schicht-1-Komponente für Funkübertragung.

Access Point und Schicht 1

Ein Access Point hat Schicht-1-Funktionen.

Dazu gehören:

- Funksignale senden
- Funksignale empfangen
- Frequenzband nutzen
- Kanäle verwenden
- Signalstärke beeinflussen
- Antennen nutzen

Aber ein Access Point arbeitet nicht nur auf Schicht 1.

Er hat auch Schicht-2-Funktionen.

Zum Beispiel:

- WLAN-Frames
- MAC-Adressen
- SSID
- Authentifizierung
- Verbindung zum LAN

Merksatz:

Access Point betrifft Schicht 1 und Schicht 2.

Switch und Schicht 1

Ein Switch hat physische Ports.

Diese Ports gehören aus Sicht der Signalübertragung zu Schicht 1.

Beispiele:

- RJ45-Port
- SFP-Port
- Link-Speed
- Auto-Negotiation
- Link-Status

Die eigentliche Switch-Funktion ist aber Schicht 2.

Ein Switch leitet Ethernet-Frames anhand von MAC-Adressen weiter.

Merksatz:

Switch-Port hat Schicht-1-Anteil.
Switch-Weiterleitung ist Schicht 2.

Router und Schicht 1

Ein Router hat ebenfalls physische Schnittstellen.

Beispiele:

- Ethernet-Port
- SFP-Port
- WAN-Port
- WLAN-Funkschnittstelle

Diese physischen Anschlüsse gehören zur Übertragung auf Schicht 1.

Die eigentliche Routing-Funktion gehört aber zu Schicht 3.

Ein Router leitet IP-Pakete zwischen Netzen weiter.

Merksatz:

Router-Port hat Schicht-1-Anteil.
Routing ist Schicht 3.

Firewall und Schicht 1

Auch eine Firewall besitzt physische Schnittstellen.

Beispiele:

- LAN-Port
- WAN-Port
- DMZ-Port
- SFP-Port

Diese Ports ermöglichen die physische Verbindung.

Die eigentliche Firewall-Funktion arbeitet aber auf höheren Schichten.

Zum Beispiel:

- IP-Adressen
- Ports
- Protokolle
- Regeln
- Sitzungen
- Anwendungen

Merksatz:

Firewall-Port ist physisch.
Firewall-Regeln sind höhere Schichten.

Gerät versus Funktion

Ein Gerät kann mehrere Schichten betreffen.

Beispiel Switch:

Schicht 1:
physischer Port,
Link,
Geschwindigkeit,
Signalübertragung

Schicht 2:
MAC-Adressen,
Frames,
Switching,
VLANs

Beispiel Router:

Schicht 1:
physische Schnittstelle

Schicht 3:
IP-Adresse,
Routing,
Weiterleitung zwischen Netzen

Wichtig:

Die Schicht hängt von der betrachteten Funktion ab.

Merksatz:

Nicht nur das Gerät zählt,
sondern welche Funktion gemeint ist.

Typische Gerätezuordnung

Gerät / Komponente typische Schicht Begründung
Kabel 0 / 1 physisches Medium
Stecker 0 / 1 physische Verbindung
Netzwerkkarte 1 / 2 Signalübertragung und MAC-Funktion
Hub 1 verteilt Signale
Repeater 1 regeneriert Signale
Medienkonverter 1 wandelt Übertragungsmedium
SFP-Modul 1 physische Schnittstelle
Access Point 1 / 2 Funk und WLAN-Zugriff
Switch 2 leitet Frames anhand von MAC-Adressen
Router 3 leitet IP-Pakete zwischen Netzen
Firewall 3 / 4 / 7 filtert je nach Funktion auf mehreren Schichten

Merksatz:

Die Funktion entscheidet über die Schicht.

Schicht-1-Geräte erkennen

Ein Gerät oder eine Komponente ist Schicht 1, wenn es hauptsächlich um Folgendes geht:

- Signal
- Bitübertragung
- Medium
- Link
- Pegel
- elektrische Übertragung
- optische Übertragung
- Funkübertragung
- Geschwindigkeit
- Duplex
- physische Verbindung

Ein Gerät ist nicht nur deshalb Schicht 1, weil es einen Anschluss hat.

Beispiel:

Ein Router hat physische Anschlüsse,
aber seine Hauptfunktion ist Routing auf Schicht 3.

Merksatz:

Schicht 1 erkennt man an Signal und physischer Übertragung.

Was Schicht-1-Geräte nicht auswerten

Reine Schicht-1-Geräte werten nicht aus:

- MAC-Adressen
- IP-Adressen
- VLAN-Tags
- TCP-Ports
- UDP-Ports
- DNS-Namen
- HTTP-Inhalte
- Benutzerkonten

Beispiel Hub:

Er verteilt Signale,
ohne die Zieladresse zu beachten.

Merksatz:

Schicht 1 kennt keine logischen Adressen.

Typische Schicht-1-Fehler durch Komponenten

Fehlerbild mögliche Schicht-1-Ursache
kein Link Kabel, Port, Netzwerkkarte, SFP, Strom
Link flapping defektes Kabel, Wackelkontakt, SFP-Problem
nur 100 Mbit/s Aderproblem, alte Komponente, schlechte Strecke
viele CRC-Fehler Signalqualität, Kabel, Störung
LWL-Link down TX/RX vertauscht, falsches Modul, verschmutzter Stecker
WLAN schwach Antenne, Entfernung, Hindernisse, Störung
Medienkonverter ohne Verbindung Strom, falsches Medium, falsche Geschwindigkeit

Merksatz:

Physische Komponenten sind häufig Ursache für instabile Verbindungen.

Fehlersuche bei Schicht-1-Komponenten

Sinnvolle Prüffragen:

1. Ist das Gerät eingeschaltet?
2. Ist das Kabel korrekt gesteckt?
3. Leuchtet die Link-LED?
4. Ist der richtige Port verwendet?
5. Ist das Kabel beschädigt?
6. Passt das SFP-Modul?
7. Passt die Geschwindigkeit?
8. Ist TX/RX bei LWL korrekt?
9. Ist die WLAN-Signalstärke ausreichend?
10. Gibt es Fehlerzähler am Switch-Port?

Merksatz:

Bei Schicht 1 zuerst physisch prüfen,
dann logisch weitergehen.

Beispiel: Kein Link am PC

Fehlerbild:

PC hat keine Netzwerkverbindung.

Mögliche Schicht-1-Ursachen:

- Netzwerkkabel nicht gesteckt
- Patchkabel defekt
- Netzwerkdose nicht gepatcht
- Switch-Port deaktiviert
- Netzwerkkarte deaktiviert
- falscher Port
- Kabelbruch
- keine Stromversorgung beim Switch

Erst danach prüft man höhere Schichten wie:

IP-Adresse
Gateway
DNS
Firewall

Merksatz:

Beispiel: Glasfaser-Link kommt nicht hoch

Fehlerbild:

Zwei Switches sind über LWL verbunden,
aber es entsteht kein Link.

Mögliche Schicht-1-Ursachen:

- falsches SFP-Modul
- SFP nicht unterstützt
- Multimode und Singlemode verwechselt
- falsche Wellenlänge
- TX und RX vertauscht
- Glasfaser defekt
- Stecker verschmutzt
- Strecke zu lang
- Dämpfung zu hoch

Merksatz:

Bei LWL zuerst Modul, Faser, TX/RX und Stecker prüfen.

Beispiel: WLAN-Verbindung instabil

Fehlerbild:

WLAN verbindet sich,
bricht aber immer wieder ab.

Mögliche Schicht-1-Ursachen:

- schwaches Signal
- große Entfernung
- ungünstige Access-Point-Position
- Störungen
- falsches Frequenzband
- überlasteter Kanal
- schlechte Antennenposition
- Hindernisse

Mögliche höhere Ursachen:

- falsches Passwort
- DHCP-Problem
- VLAN-Fehler
- Firewall-Regeln
- DNS-Problem

Merksatz:

WLAN-Fehler können Schicht 1,
Schicht 2
oder höhere Schichten betreffen.

Praktische Reihenfolge bei Netzwerkfehlern

Eine einfache Reihenfolge:

1. Stromversorgung prüfen
2. Kabel und Stecker prüfen
3. Link-LED prüfen
4. Portstatus prüfen
5. Geschwindigkeit und Duplex prüfen
6. Fehlerzähler prüfen
7. IP-Adresse prüfen
8. Gateway prüfen
9. DNS prüfen
10. Anwendung prüfen

Warum?

Wenn die physische Verbindung nicht funktioniert,
können die höheren Schichten nicht zuverlässig arbeiten.

Merksatz:

Von unten nach oben prüfen.

Einordnung nach OSI-Schichten

Prüfung typische Schicht
Kabel gesteckt? 1
Link-LED an? 1
Geschwindigkeit ausgehandelt? 1
MAC-Adresse sichtbar? 2
VLAN korrekt? 2
IP-Adresse vorhanden? 3
Gateway erreichbar? 3
TCP-Port offen? 4
DNS-Auflösung funktioniert? 7
Webseite lädt? 7

Merksatz:

Erst Link,
dann MAC,
dann IP,
dann Dienst.

Typische IHK-Fragen

In AP1 und AP2 kann zum Beispiel gefragt werden:

- Welche Geräte arbeiten auf Schicht 1?
- Warum arbeitet ein Hub auf Schicht 1?
- Was macht ein Repeater?
- Was macht ein Medienkonverter?
- Was ist ein SFP-Modul?
- Warum ist ein Switch nicht einfach ein Schicht-1-Gerät?
- Warum kann ein Gerät mehrere Schichten betreffen?
- Welche Schicht hat ein Router?
- Welche Schicht hat ein Hub?
- Warum entscheidet die Funktion über die Schicht?
- Welche Schicht prüft man bei fehlendem Link zuerst?

Typische Prüfungsfallen

Ein Hub ist kein Switch.

Ein Hub arbeitet auf Schicht 1.

Ein Switch arbeitet typischerweise auf Schicht 2.

Ein Router arbeitet typischerweise auf Schicht 3.

Ein Medienkonverter arbeitet hauptsächlich auf Schicht 1.

Ein SFP-Port ist nicht dasselbe wie ein SFP-Modul.

Ein Gerät kann mehrere Schichten betreffen.

Die betrachtete Funktion entscheidet über die Schicht.

Reine Schicht-1-Geräte kennen keine MAC-Adressen.

Reine Schicht-1-Geräte kennen keine IP-Adressen.

Kein Link ist zuerst ein Schicht-1-Problem.

Wichtige Begriffe kurz erklärt

Begriff Kurze Erklärung
Schicht-1-Komponente Komponente für physische Bit- und Signalübertragung
Netzwerkkarte Schnittstelle zwischen Endgerät und Netzwerk
NIC Network Interface Card
Hub verteilt Signale an alle Ports
Repeater regeneriert und verstärkt Signale
Medienkonverter wandelt zwischen Übertragungsmedien
SFP steckbares Netzwerkmodul
SFP-Port Steckplatz für ein SFP-Modul
SFP-Modul physische Schnittstelle für Kupfer oder Glasfaser
Kabel physisches Übertragungsmedium
Stecker physische Verbindung zwischen Komponenten
Antenne sendet und empfängt Funkwellen
Access Point WLAN-Zugangspunkt, betrifft Schicht 1 und 2
Switch leitet Frames anhand von MAC-Adressen weiter
Router leitet IP-Pakete zwischen Netzen weiter
Firewall filtert Datenverkehr je nach Funktion auf mehreren Schichten
Link aktive physische Verbindung
Link flapping instabile physische Verbindung
Kollisionsdomäne Bereich, in dem Kollisionen auftreten können

IHK-sichere Kurzformulierung

Zu OSI-Schicht 1 gehören Geräte und Komponenten, die für die physische Übertragung von Bits als Signale zuständig sind. Dazu zählen zum Beispiel Netzwerkkarten, Hubs, Repeater, Medienkonverter, SFP-Module, Kabel, Stecker und Antennen. Ein Hub arbeitet auf Schicht 1, weil er eingehende Signale an alle Ports weitergibt, ohne MAC- oder IP-Adressen auszuwerten. Ein Switch besitzt zwar physische Ports, seine eigentliche Weiterleitungsfunktion arbeitet aber auf Schicht 2 anhand von MAC-Adressen. Bei der Schichtzuordnung ist deshalb immer die betrachtete Funktion entscheidend.

Merksätze

Schicht 1 = Bits und Signale.

Schicht-1-Geräte arbeiten mit physischer Übertragung.

Hub = Schicht 1.

Repeater = Schicht 1.

Medienkonverter = hauptsächlich Schicht 1.

SFP-Modul = physische Schnittstelle.

Kabel und Stecker sind physische Komponenten.

Antennen gehören zur Funkübertragung.

Access Point betrifft Schicht 1 und 2.

Switch-Port hat Schicht-1-Anteil.

Switch-Weiterleitung ist Schicht 2.

Router-Port hat Schicht-1-Anteil.

Routing ist Schicht 3.

Die Funktion entscheidet über die Schicht.

Reine Schicht-1-Geräte kennen keine MAC-Adressen.

Reine Schicht-1-Geräte kennen keine IP-Adressen.

Kein Link bedeutet zuerst Schicht 1 prüfen.

Erst physisch prüfen,
dann logisch weitergehen.

4.5 Fehlersuche auf Schicht 1

Fehler auf OSI-Schicht 1 betreffen die physische Übertragung.

Das bedeutet:

Es gibt ein Problem mit Kabel,
Stecker,
Port,
Signal,
Funk,
Glasfaser,
SFP-Modul
oder Netzwerkkarte.

Schicht 1 ist bei der Fehlersuche besonders wichtig, weil ohne funktionierende physische Verbindung keine höheren Schichten zuverlässig arbeiten können.

Merksatz:

Ohne Schicht 1 keine Netzwerkkommunikation.

Grundidee der Schicht-1-Fehlersuche

Auf Schicht 1 prüft man zuerst, ob überhaupt eine physische Verbindung besteht.

Typische Fragen:

Ist das Kabel eingesteckt?
Leuchtet die Link-LED?
Ist der richtige Port verwendet?
Ist das Kabel beschädigt?
Ist die Netzwerkkarte aktiv?
Ist das SFP-Modul passend?
Ist das WLAN-Signal stark genug?

Erst wenn die physische Verbindung funktioniert, prüft man höhere Schichten wie MAC, IP, DNS oder Anwendung.

Merksatz:

Erst physisch prüfen,
dann logisch weitergehen.

Typische Schicht-1-Fehler

Typische Fehler auf Schicht 1 sind:

- Kabel nicht eingesteckt
- Kabel defekt
- falsches Kabel
- beschädigter Stecker
- defekte Netzwerkdose
- falsch aufgelegtes Verlegekabel
- defekter Switch-Port
- Netzwerkkarte deaktiviert
- falsches SFP-Modul
- TX und RX bei LWL vertauscht
- zu hohe Dämpfung
- WLAN-Signal zu schwach
- Stromversorgung fehlt
- Medienkonverter defekt
- falsche Geschwindigkeit ausgehandelt

Merksatz:

Schicht-1-Fehler sind oft einfache physische Ursachen.

Fehlerbild: Kein Link

Die physische Verbindung wird nicht erkannt.

Typische Hinweise:

- Link-LED ist aus
- Betriebssystem zeigt „Netzwerkkabel wurde entfernt“
- Switch-Port ist down
- kein Link am Medienkonverter
- kein Link am SFP-Port

Mögliche Ursachen:

- Kabel nicht gesteckt
- falscher Port
- defektes Kabel
- defekte Netzwerkdose
- defekter Switch-Port
- Netzwerkkarte deaktiviert
- falsches oder inkompatibles SFP-Modul
- kein Strom am Gerät
- TX/RX bei Glasfaser vertauscht

Merksatz:

Die Verbindung geht ständig hoch und runter.

Typische Anzeige:

Mögliche Ursachen:

- Wackelkontakt
- defektes Patchkabel
- beschädigte Netzwerkdose
- schlechter Stecker
- defekter Port
- falsches SFP-Modul
- schlechte Glasfaserverbindung
- zu hohe Dämpfung
- Stromproblem
- Treiberproblem

Merksatz:

Link flapping weist auf eine instabile physische Verbindung hin.

Fehlerbild: Nur 100 Mbit/s statt 1 Gbit/s

Wenn eine Verbindung nur 100 Mbit/s statt 1 Gbit/s aushandelt, kann das ein Hinweis auf ein Verkabelungsproblem sein.

Mögliche Ursachen:

- nicht alle 8 Adern verbunden
- defektes Patchkabel
- falsch aufgelegte Netzwerkdose
- defektes Verlegekabel
- altes Gerät unterstützt nur 100 Mbit/s
- Switch-Port unterstützt nur 100 Mbit/s
- schlechte Signalqualität
- falsche Auto-Negotiation

Wichtig:

100BASE-TX nutzt bei Twisted Pair typischerweise 4 Adern.
1000BASE-T nutzt alle 8 Adern.

Merksatz:

Nur 100 Mbit/s statt 1 Gbit/s kann an fehlenden oder fehlerhaften Adern liegen.

Fehlerbild: Schlechter Durchsatz

Schlechter Durchsatz bedeutet:

Die tatsächlich erreichte Datenrate ist niedriger als erwartet.

Mögliche Schicht-1-Ursachen:

- schlechte Signalqualität
- beschädigtes Kabel
- zu lange Strecke
- falsche Kabelkategorie
- elektromagnetische Störungen
- schlechte Steckverbindung
- Duplex-Mismatch
- viele Übertragungsfehler
- schwaches WLAN-Signal
- überlasteter Funkkanal

Wichtig:

Schlechter Durchsatz kann auch durch höhere Schichten verursacht werden.
Man muss deshalb systematisch prüfen.

Merksatz:

Schlechter Durchsatz kann physische Ursachen haben,
muss aber nicht.

Fehlerbild: Paketverluste

Paketverluste bedeuten:

Daten erreichen ihr Ziel nicht zuverlässig.

Mögliche Schicht-1-Ursachen:

- instabile Verbindung
- schlechte Signalqualität
- defektes Kabel
- schlechte Funkverbindung
- Dämpfung
- Störungen
- Fehler auf der Glasfaserstrecke
- Link flapping

Wichtig:

Paketverluste werden auf höheren Schichten sichtbar,
können aber auf Schicht 1 verursacht werden.

Merksatz:

Physische Probleme können sich als Paketverluste zeigen.

Fehlerbild: Viele CRC- oder FCS-Fehler

CRC- oder FCS-Fehler werden bei Ethernet-Frames erkannt.

Das gehört fachlich zur Schicht 2.

Die Ursache liegt aber häufig auf Schicht 1.

Mögliche Schicht-1-Ursachen:

- defektes Kabel
- schlechte Steckverbindung
- elektromagnetische Störungen
- zu lange Kabelstrecke
- beschädigtes Patchfeld
- defekter Port
- schlechte Glasfaserverbindung
- Duplex-Probleme

Wichtig:

Schicht 2 erkennt den Fehler.
Schicht 1 verursacht ihn oft.

Merksatz:

CRC/FCS-Fehler sind ein Hinweis auf mögliche Signalprobleme.

Fehlerbild: WLAN langsam oder instabil

Bei WLAN können Schicht-1-Probleme durch die Funkübertragung entstehen.

Mögliche Ursachen:

- Signal zu schwach
- zu große Entfernung
- Wände oder Decken
- Störungen durch andere Funkquellen
- überlasteter Kanal
- falsches Frequenzband
- ungünstige Access-Point-Position
- zu viele Clients
- schlechte Antennenposition

Wichtig:

WLAN-Probleme können auch durch Authentifizierung,
VLAN,
DHCP,
DNS
oder Firewall-Regeln entstehen.

Merksatz:

WLAN-Fehlersuche beginnt mit Signal und Funkumgebung.

Fehlerbild: Glasfaser-Link kommt nicht hoch

Bei LWL-Verbindungen gibt es typische Schicht-1-Fehler.

Mögliche Ursachen:

- falsches SFP-Modul
- SFP nicht vom Switch unterstützt
- Multimode und Singlemode verwechselt
- falsche Wellenlänge
- falscher Steckertyp
- TX und RX vertauscht
- Glasfaser beschädigt
- Stecker verschmutzt
- Strecke zu lang
- Dämpfung zu hoch
- Gegenstelle nicht aktiv

Wichtig:

Niemals direkt in Glasfaser oder optische Ports schauen.

Merksatz:

Bei LWL zuerst Modul, Faser, TX/RX und Sauberkeit prüfen.

Fehlerbild: PoE-Gerät startet nicht

PoE steht für:

Power over Ethernet

Wenn ein PoE-Gerät nicht startet, kann auch das ein physisches Problem sein.

Typische PoE-Geräte:

- Access Point
- IP-Kamera
- VoIP-Telefon

Mögliche Ursachen:

- Switch liefert kein PoE
- PoE am Port deaktiviert
- PoE-Budget überschritten
- Kabel defekt
- zu lange Strecke
- Endgerät benötigt mehr Leistung
- falscher PoE-Standard
- defektes Endgerät

Merksatz:

Bei PoE immer Datenverbindung und Stromversorgung prüfen.

Schicht-1-Prüfung bei Kupfer

Bei Twisted-Pair-Kupfer prüft man:

1. Ist das Kabel eingesteckt?
2. Ist das Patchkabel intakt?
3. Leuchtet die Link-LED?
4. Ist die Netzwerkdose richtig gepatcht?
5. Ist das Verlegekabel korrekt aufgelegt?
6. Ist die richtige Kabelkategorie vorhanden?
7. Ist die maximale Länge eingehalten?
8. Wird die erwartete Geschwindigkeit ausgehandelt?
9. Gibt es Fehlerzähler am Switch-Port?
10. Gibt es Störquellen in der Nähe?

Merksatz:

Bei Kupfer zuerst Kabel, Dose, Patchfeld und Port prüfen.

Schicht-1-Prüfung bei LWL

Bei Lichtwellenleitern prüft man:

1. Passt das SFP-Modul?
2. Passt die Datenrate?
3. Passt Multimode oder Singlemode?
4. Passt die Wellenlänge?
5. Passt der Steckertyp?
6. Sind TX und RX richtig verbunden?
7. Sind die Stecker sauber?
8. Ist die Strecke zu lang?
9. Ist die Dämpfung zu hoch?
10. Ist die Gegenstelle aktiv?

Wichtig:

Glasfaserstecker sind empfindlich gegenüber Schmutz.

Merksatz:

Bei LWL müssen Modul, Faser und Strecke zusammenpassen.

Schicht-1-Prüfung bei WLAN

Bei WLAN prüft man:

1. Ist WLAN am Client aktiviert?
2. Ist der Access Point aktiv?
3. Ist die Signalstärke ausreichend?
4. Ist das passende Frequenzband gewählt?
5. Ist der Kanal überlastet?
6. Gibt es Störungen?
7. Ist die Entfernung zu groß?
8. Sind Hindernisse vorhanden?
9. Ist die Antennenposition sinnvoll?
10. Sind zu viele Clients verbunden?

Danach prüft man höhere Themen wie:

- Passwort
- Authentifizierung
- VLAN
- DHCP
- DNS
- Firewall

Merksatz:

Bei WLAN zuerst Funkqualität,
dann Netzwerkkonfiguration prüfen.

Werkzeuge für Schicht-1-Fehlersuche

Typische Werkzeuge:

Werkzeug Einsatz
Sichtprüfung Kabel, Stecker, LEDs prüfen
Link-LED physische Verbindung erkennen
Kabeltester Adern und Durchgang prüfen
Netzwerktester Verkabelung und Link prüfen
Switch-Port-Status Link, Speed, Duplex, Fehlerzähler prüfen
LWL-Reinigungswerkzeug Glasfaserstecker reinigen
optischer Leistungsmesser LWL-Signalstärke messen
WLAN-Analyzer Signalstärke, Kanäle und Störungen prüfen
Betriebssystemanzeige Link-Speed und Adapterstatus prüfen

Merksatz:

Gute Fehlersuche nutzt Beobachtung,
Messung
und systematische Eingrenzung.

Switch-Port-Status

Ein Switch kann wichtige Informationen zur Verbindung anzeigen.

Typische Werte:

- Link up / down
- Geschwindigkeit
- Duplexmodus
- Fehlerzähler
- CRC-Fehler
- FCS-Fehler
- Paketanzahl
- Port deaktiviert oder aktiv
- PoE-Status

Diese Informationen helfen, physische Probleme zu erkennen.

Merksatz:

Switch-Port-Statistiken sind sehr hilfreich bei Schicht-1-Fehlern.

Betriebssystemanzeige

Auch das Betriebssystem zeigt oft Informationen zur Verbindung.

Beispiele:

- Netzwerkadapter aktiv oder deaktiviert
- Verbindungsgeschwindigkeit
- WLAN-Signalstärke
- verbundene SSID
- kein Netzwerkkabel erkannt
- IP-Adresse vorhanden oder nicht

Wichtig:

Die Betriebssystemanzeige zeigt nicht immer die Ursache,
aber oft den ersten Hinweis.

Merksatz:

Adapterstatus und Link-Speed im Betriebssystem prüfen.

Ping und Schicht 1

Ping prüft nicht direkt Schicht 1.

Ping nutzt ICMP und gehört damit zu höheren Schichten.

Trotzdem kann Ping bei der Fehlersuche helfen.

Beispiel:

Kein Ping möglich

Das kann viele Ursachen haben:

- kein Link
- falsche IP-Adresse
- falsches Gateway
- Firewall blockiert ICMP
- Zielgerät aus
- Routing-Problem

Wichtig:

Merksatz:

Ping ist hilfreich,
aber kein reiner Schicht-1-Test.

ipconfig, ifconfig und ip addr

Befehle wie ipconfig, ifconfig oder ip addr zeigen Netzwerkinformationen an.

Sie zeigen zum Beispiel:

- IP-Adresse
- Netzmaske
- Gateway
- Adapterstatus
- MAC-Adresse

Wichtig:

Diese Befehle prüfen nicht nur Schicht 1,
sondern auch höhere Schichten.

Trotzdem sieht man oft Hinweise auf:

- Adapter deaktiviert
- kein Link
- keine IP-Adresse
- falsche Schnittstelle

Merksatz:

Betriebssystembefehle helfen,
aber Schicht 1 muss physisch geprüft werden.

Systematische Fehlersuche von unten nach oben

Eine gute Reihenfolge:

1. Stromversorgung prüfen
2. Kabel und Stecker prüfen
3. Link-LED prüfen
4. Portstatus prüfen
5. Geschwindigkeit und Duplex prüfen
6. Fehlerzähler prüfen
7. MAC/VLAN prüfen
8. IP-Adresse prüfen
9. Gateway prüfen
10. DNS prüfen
11. Anwendung prüfen

Diese Reihenfolge orientiert sich am Schichtenmodell.

Merksatz:

Erst Schicht 1,
dann Schicht 2,
dann Schicht 3,
dann höhere Schichten.

Beispiel: Internet funktioniert nicht

Fehlerbild:

Ein PC kommt nicht ins Internet.

Nicht sofort mit DNS oder Router beginnen.

Zuerst prüfen:

- Netzwerkkabel steckt?
- Link-LED leuchtet?
- Adapter aktiv?
- richtige Geschwindigkeit?
- Switch-Port aktiv?

Danach:

- IP-Adresse vorhanden?
- Gateway erreichbar?
- DNS funktioniert?
- Firewall blockiert?
- Internetanschluss aktiv?

Merksatz:

Internetproblem kann bei Schicht 1 beginnen.

Beispiel: Server nicht erreichbar

Fehlerbild:

Ein Server ist nicht erreichbar.

Mögliche Schicht-1-Prüfung:

- Server eingeschaltet?
- Netzwerkkarte aktiv?
- Kabel gesteckt?
- Link am Serverport?
- Link am Switchport?
- richtige Geschwindigkeit?
- Fehler am Port?
- SFP korrekt?
- Stromversorgung vorhanden?

Danach prüft man:

- VLAN
- IP-Adresse
- Routing
- Firewall
- Dienst läuft?

Merksatz:

Server nicht erreichbar heißt nicht automatisch Anwendungsfehler.

Beispiel: Drucker im Netzwerk nicht erreichbar

Fehlerbild:

Netzwerkdrucker antwortet nicht.

Schicht-1-Prüfung:

- Drucker eingeschaltet?
- Netzwerkkabel gesteckt?
- Link-LED am Drucker?
- Netzwerkdose gepatcht?
- Switch-Port aktiv?
- PoE relevant?
- WLAN-Signal ausreichend, falls WLAN-Drucker?

Danach:

- IP-Adresse korrekt?
- Drucker im richtigen VLAN?
- DNS-Name korrekt?
- Druckdienst erreichbar?

Merksatz:

Auch Druckerprobleme zuerst physisch eingrenzen.

Schicht-1-Fehler und höhere Symptome

Ein physischer Fehler kann sich auf höheren Schichten zeigen.

sichtbares Problem mögliche physische Ursache
Webseite lädt langsam schlechte Verbindung, Paketverluste
VPN bricht ab instabiler Link
VoIP klingt schlecht Jitter durch Verbindungsprobleme
Dateiübertragung langsam schlechte Signalqualität
DNS wirkt langsam Paketverluste oder instabile Verbindung
Server nicht erreichbar kein Link oder Port down

Merksatz:

Höhere Symptome können durch untere Schichten verursacht werden.

Was Schicht 1 nicht löst

Nicht jedes Problem ist Schicht 1.

Wenn Schicht 1 funktioniert, können Probleme trotzdem entstehen durch:

- falsches VLAN
- falsche IP-Adresse
- falsche Subnetzmaske
- falsches Gateway
- DHCP-Problem
- DNS-Problem
- Firewall-Regel
- Dienst läuft nicht
- falscher Benutzerzugriff
- Zertifikatsproblem

Merksatz:

Schicht 1 ist die Basis,
aber nicht die einzige Fehlerquelle.

Typische IHK-Fragen

In AP1 und AP2 kann zum Beispiel gefragt werden:

- Welche Fehler gehören typischerweise zu Schicht 1?
- Warum prüft man bei Netzwerkproblemen zuerst die physische Verbindung?
- Was bedeutet kein Link?
- Was bedeutet Link flapping?
- Warum kann nur 100 Mbit/s statt 1 Gbit/s ausgehandelt werden?
- Warum können CRC-Fehler auf ein Schicht-1-Problem hinweisen?
- Welche Ursachen kann ein nicht funktionierender LWL-Link haben?
- Welche Werkzeuge helfen bei der Schicht-1-Fehlersuche?
- Warum ist Ping kein reiner Schicht-1-Test?
- Wie geht man bei einer Netzwerkstörung systematisch vor?

Typische Prüfungsfallen

Wichtige Begriffe kurz erklärt

Begriff Kurze Erklärung
Schicht-1-Fehler Fehler bei physischer Übertragung
kein Link keine aktive physische Verbindung
Link flapping Verbindung geht ständig hoch und runter
Link-Speed ausgehandelte Verbindungsgeschwindigkeit
Duplex Übertragungsrichtung der Verbindung
CRC-Fehler erkannter Fehler bei Frame-Prüfung
FCS-Fehler Fehler bei der Frame-Prüfsumme
Dämpfung Abschwächung eines Signals
Signalqualität Güte des empfangenen Signals
Kabeltester Werkzeug zur Prüfung von Kabeln
WLAN-Analyzer Werkzeug zur Prüfung von Funkumgebung
optischer Leistungsmesser Messgerät für LWL-Signalstärke
Switch-Port-Status Anzeige von Link, Speed, Duplex und Fehlern
Ping ICMP-Test für Erreichbarkeit auf höheren Schichten
PoE Stromversorgung über Netzwerkkabel

IHK-sichere Kurzformulierung

Fehlersuche auf OSI-Schicht 1 bedeutet, die physische Verbindung und Signalübertragung zu prüfen. Typische Schicht-1-Fehler sind nicht gesteckte oder defekte Kabel, fehlender Link, falsche Geschwindigkeit, Link flapping, defekte Ports, falsche SFP-Module, vertauschte TX/RX-Fasern, schlechte Signalqualität oder schwaches WLAN-Signal. Werkzeuge wie Link-LED, Kabeltester, Switch-Port-Status, Fehlerzähler, WLAN-Analyzer oder LWL-Messgeräte helfen bei der Eingrenzung. Bei Netzwerkproblemen sollte zuerst die physische Verbindung geprüft werden, bevor höhere Schichten wie IP, DNS oder Anwendungen untersucht werden.

Merksätze

Schicht-1-Fehlersuche = physische Verbindung prüfen.

Kein Link = zuerst Schicht 1 prüfen.

Link-LED hilft,
ist aber kein vollständiger Test.

Link vorhanden bedeutet nicht automatisch IP korrekt.

Link flapping = instabile physische Verbindung.

Nur 100 Mbit/s statt 1 Gbit/s kann ein Kabelproblem sein.

Gigabit über Twisted Pair braucht alle 8 Adern.

CRC/FCS-Fehler können durch Schicht-1-Probleme entstehen.

Bei Kupfer: Kabel, Dose, Patchfeld, Port prüfen.

Bei LWL: Modul, Faser, TX/RX, Stecker prüfen.

Bei WLAN: Signal, Kanal, Störung, Entfernung prüfen.

Ping ist kein reiner Schicht-1-Test.

Erst physisch,
dann logisch.

Von unten nach oben prüfen.

Schicht 1 ist die Grundlage für alle höheren Schichten.

4.6 Merksätze und Prüfungswissen zu OSI-Schicht 1

Diese Seite fasst die wichtigsten Inhalte zur OSI-Schicht 1 zusammen.

OSI-Schicht 1 heißt:

Bitübertragungsschicht

Sie ist die unterste offizielle Schicht des OSI-Modells.

Ihre Hauptaufgabe ist:

Bits als physische Signale übertragen.

Wichtig:

Schicht 1 kennt keine IP-Adressen,
keine MAC-Adressen,
keine Ports
und keine Anwendungen.

Grundidee von Schicht 1

Schicht 1 beschäftigt sich mit der physischen Übertragung.

Dabei geht es um:

- Bits
- Signale
- elektrische Übertragung
- optische Übertragung
- Funkübertragung
- Signalpegel
- Taktung
- Synchronisation
- Geschwindigkeit
- Duplex
- physische Schnittstellen
- Link-Status

Merksatz:

Schicht 1 = Bits und Signale.

Offizielle Einordnung im OSI-Modell

OSI-Schicht Name Kurzaufgabe
7 Anwendungsschicht Netzwerkdienste für Anwendungen
6 Darstellungsschicht Daten darstellen, codieren, verschlüsseln
5 Sitzungsschicht Sitzungen verwalten
4 Transportschicht Ende-zu-Ende-Transport
3 Vermittlungsschicht IP-Adressierung und Routing
2 Sicherungsschicht Frames und MAC-Adressen
1 Bitübertragungsschicht Bits als Signale übertragen

Wichtig:

Schicht 1 ist die unterste offizielle OSI-Schicht.

Schicht 0 und Schicht 1 unterscheiden

In unserem Lernsystem wurde vorher Schicht 0 als Lernhilfe verwendet.

Schicht 0 ist nicht offiziell im OSI-Modell.

Bereich Bedeutung
Schicht 0 Übertragungsmedien und Verkabelung
Schicht 1 Bitübertragung über Signale

Beispiel:

Twisted-Pair-Kabel = Schicht 0 / Medium
elektrische Signalübertragung = Schicht 1

Glasfaser = Schicht 0 / Medium
Lichtsignal = Schicht 1

Merksatz:

Schicht 0 = worüber übertragen wird.
Schicht 1 = wie Bits übertragen werden.

Bit und Signal

Begriff Bedeutung
Bit kleinste Informationseinheit, 0 oder 1
Signal physische Darstellung eines Bits oder einer Bitfolge

Ein Bit ist logisch.

Ein Signal ist physisch.

Beispiel:

Bitfolge:
1 0 1 1

Diese Bitfolge muss auf dem Medium als Signal dargestellt werden.

Merksatz:

Bits sind logisch.
Signale sind physisch.

Signalarten

Je nach Medium gibt es unterschiedliche Signalarten.

Medium Signalart
Kupferkabel elektrische Signale
Lichtwellenleiter optische Signale
WLAN elektromagnetische Funksignale

Merksätze:

Kupfer = elektrisch.

Glasfaser = optisch.

WLAN = Funk.

Elektrische Übertragung

Elektrische Übertragung findet über Kupfer statt.

Typische Medien:

- Twisted-Pair-Kabel
- Koaxialkabel

Typische Einflussfaktoren:

- Kabellänge
- Kabelqualität
- Schirmung
- Steckverbindungen
- elektromagnetische Störungen
- Dämpfung

Merksatz:

Kupfer überträgt Bits als elektrische Signale.

Optische Übertragung

Optische Übertragung findet über Lichtwellenleiter statt.

Andere Bezeichnungen:

- LWL
- Glasfaser
- Fiber

Typische Einflussfaktoren:

- Faserart
- Wellenlänge
- SFP-Modul
- Steckverbindungen
- Verschmutzung
- Dämpfung
- Biegeradius
- TX/RX

Wichtig:

Niemals direkt in Glasfaser oder optische Ports schauen.

Merksatz:

Glasfaser überträgt Bits als Lichtsignale.

Funkübertragung

Funkübertragung findet bei WLAN statt.

Typische Frequenzbereiche:

- 2,4 GHz
- 5 GHz
- 6 GHz

Typische Einflussfaktoren:

- Entfernung
- Wände
- Decken
- Störungen
- Kanalbelegung
- Signalstärke
- Access-Point-Position
- Anzahl der Clients

Merksatz:

WLAN überträgt Bits per Funk.

Codierung

Codierung bedeutet:

Bits werden nach einer festgelegten Regel als Signale dargestellt.

Vereinfacht:

Bit 0 = bestimmter Signalzustand
Bit 1 = anderer Signalzustand

In echten Netzwerken sind die Verfahren komplexer.

Für die Prüfung reicht:

Schicht 1 legt fest,
wie Bits physisch übertragen werden.

Merksatz:

Codierung macht Bits auf dem Medium übertragbar.

Modulation

Modulation bedeutet:

Information wird auf ein Signal aufgeprägt.

Besonders wichtig ist Modulation bei Funktechnik.

Eigenschaften eines Signals können verändert werden, zum Beispiel:

- Amplitude
- Frequenz
- Phase

Merksatz:

Modulation = Information auf ein Signal aufprägen.

Taktung und Synchronisation

Sender und Empfänger müssen zeitlich zusammenpassen.

Der Empfänger muss erkennen:

Wann beginnt ein Bit?
Wann endet ein Bit?
Wann soll das Signal ausgewertet werden?

Dazu dienen:

- Taktung
- Synchronisation

Merksatz:

Synchronisation sorgt dafür,
dass Sender und Empfänger die Bitfolge gleich verstehen.

Bitrate und Baudrate

Begriff Bedeutung
Bitrate übertragene Bits pro Sekunde
Baudrate übertragene Symbole pro Sekunde

Wichtig:

Bitrate und Baudrate sind nicht immer dasselbe.

Ein Symbol kann je nach Verfahren ein oder mehrere Bits darstellen.

Merksatz:

Bitrate = Bits pro Sekunde.
Baudrate = Symbole pro Sekunde.

Bandbreite, Durchsatz und Latenz

Diese Begriffe werden oft verwechselt.

Begriff Bedeutung
Bandbreite theoretische oder mögliche Übertragungskapazität
Durchsatz tatsächlich erreichte Datenrate
Latenz Verzögerungszeit
Jitter Schwankung der Verzögerung

Prüfungsfalle:

Bandbreite ist nicht automatisch Durchsatz.

Merksätze:

Bandbreite = möglich.

Durchsatz = tatsächlich erreicht.

Latenz = Verzögerung.

Jitter = schwankende Verzögerung.

Dämpfung und Signalqualität

Dämpfung bedeutet:

Ein Signal wird schwächer.

Signalqualität beschreibt:

wie gut ein Signal beim Empfänger ankommt.

Typische Ursachen schlechter Signalqualität:

- zu lange Strecke
- defektes Kabel
- schlechte Steckverbindung
- Störungen
- Rauschen
- Verschmutzung bei LWL
- falsches SFP-Modul
- schwaches WLAN-Signal

Merksatz:

Dämpfung = Signalverlust.

SNR

SNR steht für:

Signal-to-Noise Ratio

Auf Deutsch:

Signal-Rausch-Abstand

Ein hoher SNR-Wert bedeutet:

Das Nutzsignal ist deutlich stärker als das Störsignal.

Ein niedriger SNR-Wert bedeutet:

Das Nutzsignal ist schwerer vom Rauschen zu unterscheiden.

Merksatz:

Hoher SNR = bessere Signalqualität.

Bitfehler und Bitfehlerrate

Ein Bitfehler entsteht, wenn ein Bit falsch erkannt wird.

Beispiel:

gesendet: 1
empfangen: 0

Die Bitfehlerrate beschreibt, wie viele Bits fehlerhaft übertragen werden.

Abkürzung:

BER

BER steht für:

Bit Error Rate

Merksatz:

BER = Anteil fehlerhafter Bits.

Simplex, Halbduplex und Vollduplex

Modus Bedeutung Beispiel
Simplex nur eine Richtung Radio
Halbduplex beide Richtungen, aber abwechselnd Walkie-Talkie
Vollduplex beide Richtungen gleichzeitig Telefonat

Prüfungstauglich:

Simplex = eine Richtung.
Halbduplex = abwechselnd.
Vollduplex = gleichzeitig.

Merksatz:

Vollduplex ist bei modernen Switch-Verbindungen üblich.

Auto-Negotiation

Auto-Negotiation bedeutet:

Zwei Netzwerkgeräte handeln automatisch Verbindungseigenschaften aus.

Dazu gehören zum Beispiel:

- Geschwindigkeit
- Duplexmodus
- unterstützte Betriebsarten

Beispiel:

PC und Switch einigen sich auf 1 Gbit/s Vollduplex.

Wichtig:

Beide Seiten müssen die Betriebsart unterstützen.

Merksatz:

Auto-Negotiation = automatische Aushandlung der Verbindung.

Typische Bedeutung:

Anzeige Bedeutung
LED aus kein Link
LED an Link vorhanden
LED blinkt Aktivität
andere Farbe oft andere Geschwindigkeit

Wichtig:

Merksatz:

Hub

Ein Hub ist ein altes Schicht-1-Gerät.

Ein Hub arbeitet so:

Signal kommt an einem Port an.
Hub verteilt das Signal an alle anderen Ports.

Ein Hub prüft nicht:

- MAC-Adresse
- IP-Adresse
- VLAN
- TCP-Port
- Anwendung

Merksatz:

Hub = Schicht 1,
verteilt Signale an alle Ports.

Repeater

Ein Repeater arbeitet auf Schicht 1.

Aufgabe:

Signal aufnehmen,
neu aufbereiten,
weitergeben.

Ein Repeater hilft gegen Signalabschwächung.

Er trifft aber keine logischen Weiterleitungsentscheidungen.

Merksatz:

Repeater = Signal regenerieren.

Medienkonverter

Ein Medienkonverter verbindet unterschiedliche Übertragungsmedien.

Typisches Beispiel:

Kupfer Ethernet
↔
Glasfaser Ethernet

Er wandelt zum Beispiel:

elektrisches Signal
↔
optisches Signal

Wichtig:

Ein Medienkonverter ändert normalerweise keine IP-Adresse.

Merksatz:

Medienkonverter = Medium wandeln,
nicht IP-Adresse ändern.

SFP-Modul

SFP steht für:

Small Form-factor Pluggable

Ein SFP-Modul ist ein steckbares Netzwerkmodul.

Es stellt eine physische Schnittstelle bereit.

Beispiele:

- Multimode-LWL
- Singlemode-LWL
- RJ45-Kupfer
- DAC
- AOC

Merksatz:

SFP = steckbare physische Netzwerkschnittstelle.

SFP-Port und SFP-Modul

Nicht verwechseln:

Begriff Bedeutung
SFP-Port Steckplatz am Gerät
SFP-Modul eingesteckte physische Schnittstelle

Prüfungsfalle:

Ein SFP-Port allein ist noch keine Glasfaserverbindung.

Merksatz:

SFP-Port = Steckplatz.
SFP-Modul = Schnittstelle.

Kollisionen

Eine Kollision entsteht, wenn mehrere Geräte gleichzeitig auf einem gemeinsamen Medium senden.

Das war besonders relevant bei:

- Koaxial-Ethernet
- Hubs
- Halbduplex-Ethernet

Bei modernen Switch-Verbindungen mit Vollduplex spielen klassische Kollisionen praktisch keine Rolle mehr.

Merksatz:

Kollision = gleichzeitiges Senden auf gemeinsamem Medium.

Kollisionsdomäne

Eine Kollisionsdomäne ist ein Bereich, in dem Kollisionen auftreten können.

Bei einem Hub:

alle Ports in einer gemeinsamen Kollisionsdomäne

Bei einem Switch:

normalerweise jeder Port eigene Kollisionsdomäne

Merksatz:

Hub = eine Kollisionsdomäne.
Switch = getrennte Kollisionsbereiche pro Port.

CSMA/CD und CSMA/CA

Verfahren Bedeutung Einsatz
CSMA/CD Collision Detection älteres kabelgebundenes Ethernet
CSMA/CA Collision Avoidance WLAN

CSMA/CD bedeutet:

Kollisionserkennung

CSMA/CA bedeutet:

Kollisionsvermeidung

Merksatz:

CD = Detection.
CA = Avoidance.

Typische Schicht-1-Geräte und Komponenten

Gerät / Komponente Schicht-1-Bezug
Netzwerkkarte sendet und empfängt Signale
Hub verteilt Signale
Repeater regeneriert Signale
Medienkonverter wandelt Übertragungsmedium
SFP-Modul stellt physische Schnittstelle bereit
Kabel physisches Medium
Stecker physische Verbindung
Antenne Funkübertragung
Access Point Funk auf Schicht 1, WLAN-Zugriff auf Schicht 2
Switch-Port physischer Anschluss auf Schicht 1

Wichtig:

Ein Gerät kann mehrere Schichten betreffen.
Die betrachtete Funktion entscheidet über die Schicht.

Gerätezuordnung für die Prüfung

Gerät typische Hauptschicht
Hub Schicht 1
Repeater Schicht 1
Medienkonverter Schicht 1
Switch Schicht 2
Bridge Schicht 2
Router Schicht 3
Layer-3-Switch Schicht 2 und 3
Firewall je nach Funktion Schicht 3, 4 oder 7
Access Point Schicht 1 und 2

Merksatz:

Hub = Schicht 1.
Switch = Schicht 2.
Router = Schicht 3.

Was Schicht 1 nicht macht

Schicht 1 macht nicht:

- MAC-Adressen auswerten
- Ethernet-Frames gezielt weiterleiten
- VLANs trennen
- IP-Adressen verwalten
- Routing durchführen
- TCP- oder UDP-Ports auswerten
- DNS-Namen auflösen
- Webseiten bereitstellen
- Benutzer authentifizieren

Merksatz:

Schicht 1 kennt keine logischen Adressen und keine Dienste.

Typische Schicht-1-Fehler

Typische Fehler:

- kein Link
- Link flapping
- Kabel defekt
- Stecker beschädigt
- falsches SFP-Modul
- TX/RX bei LWL vertauscht
- WLAN-Signal zu schwach
- falsche Geschwindigkeit
- Duplex-Mismatch
- zu hohe Dämpfung
- schlechte Signalqualität
- Stromversorgung fehlt

Merksatz:

Schicht-1-Fehler sind physische Verbindungsfehler.

Fehlerbild: Kein Link

keine aktive physische Verbindung.

Mögliche Ursachen:

- Kabel nicht gesteckt
- falscher Port
- defektes Kabel
- defekter Switch-Port
- Netzwerkkarte deaktiviert
- falsches SFP-Modul
- TX/RX vertauscht
- kein Strom

Merksatz:

Fehlerbild: Nur 100 Mbit/s statt 1 Gbit/s

Mögliche Ursachen:

- nur 4 Adern verbunden
- Kabel defekt
- Dose falsch aufgelegt
- Patchfeldproblem
- altes Gerät
- schlechter Port
- schlechte Signalqualität

Wichtig:

1000BASE-T benötigt alle 8 Adern.

Merksatz:

Gigabit über Twisted Pair braucht alle 8 Adern.

Fehlerbild: CRC- oder FCS-Fehler

CRC- und FCS-Fehler werden auf Schicht 2 erkannt.

Die Ursache liegt aber oft auf Schicht 1.

Mögliche Ursachen:

- schlechtes Kabel
- Störungen
- schlechte Steckverbindung
- zu lange Strecke
- Duplex-Probleme
- schlechte Glasfaserstrecke

Merksatz:

Schicht 2 erkennt den Fehler,
Schicht 1 verursacht ihn oft.

Schicht-1-Fehlersuche

Sinnvolle Reihenfolge:

1. Strom prüfen
2. Kabel prüfen
3. Stecker prüfen
4. Link-LED prüfen
5. Port prüfen
6. Geschwindigkeit prüfen
7. Duplex prüfen
8. Fehlerzähler prüfen
9. SFP / LWL prüfen
10. WLAN-Signal prüfen

Danach:

MAC,
VLAN,
IP,
DNS,
Anwendung

Merksatz:

Erst physisch,
dann logisch.

Typische Werkzeuge

Werkzeug Einsatz
Sichtprüfung Kabel, Stecker, LEDs prüfen
Kabeltester Adern und Durchgang prüfen
Switch-Port-Status Link, Speed, Duplex, Fehler prüfen
Betriebssystemanzeige Adapterstatus und Link-Speed prüfen
WLAN-Analyzer Signal, Kanal und Störungen prüfen
optischer Leistungsmesser LWL-Signal prüfen
LWL-Reinigungswerkzeug Glasfaserstecker reinigen

Merksatz:

Gute Fehlersuche kombiniert Prüfen, Messen und Eingrenzen.

Schicht-1-Fehler und höhere Symptome

Schicht-1-Fehler können sich wie höhere Netzwerkprobleme anfühlen.

Symptom mögliche Schicht-1-Ursache
Webseite langsam Paketverluste durch schlechte Verbindung
VPN bricht ab Link flapping
VoIP klingt schlecht Jitter durch instabile Verbindung
Dateiübertragung langsam schlechte Signalqualität
Server nicht erreichbar kein Link
WLAN langsam schwaches Signal oder Störungen

Merksatz:

Probleme oben können unten verursacht werden.

Prüfungswissen: wichtigste Zuordnungen

Begriff richtige Einordnung
Bit Schicht 1
Signal Schicht 1
Link Schicht 1
Hub Schicht 1
Repeater Schicht 1
Medienkonverter Schicht 1
SFP-Modul Schicht 1
MAC-Adresse Schicht 2
Ethernet-Frame Schicht 2
VLAN Schicht 2
IP-Adresse Schicht 3
Routing Schicht 3
TCP-Port Schicht 4
DNS Schicht 7

Merksatz:

Signal = Schicht 1.
MAC = Schicht 2.
IP = Schicht 3.
Port = Schicht 4.

Typische IHK-Fragen

In AP1 und AP2 kann zum Beispiel gefragt werden:

- Welche Aufgabe hat die Bitübertragungsschicht?
- Was wird auf Schicht 1 übertragen?
- Was ist der Unterschied zwischen Bit und Signal?
- Welche Signalarten gibt es?
- Was macht ein Hub?
- Was macht ein Repeater?
- Was macht ein Medienkonverter?
- Was ist ein SFP-Modul?
- Was bedeutet Auto-Negotiation?
- Was bedeutet Simplex, Halbduplex und Vollduplex?
- Was ist eine Kollision?
- Was ist eine Kollisionsdomäne?
- Was bedeutet CSMA/CD?
- Was bedeutet CSMA/CA?
- Welche Fehler gehören zu Schicht 1?
- Warum prüft man bei Netzwerkfehlern zuerst Schicht 1?

Typische Prüfungsfallen

Schicht 1 ist die unterste offizielle OSI-Schicht.

Schicht 1 überträgt Bits,
keine IP-Pakete im fachlichen Sinne.

Bits und Signale sind nicht dasselbe.

Schicht 1 kennt keine MAC-Adressen.

Schicht 1 kennt keine IP-Adressen.

Schicht 1 kennt keine TCP- oder UDP-Ports.

Hub ist Schicht 1.

Switch ist typischerweise Schicht 2.

Router ist typischerweise Schicht 3.

Link vorhanden bedeutet nicht automatisch,
dass IP korrekt ist.

Kein Link ist zuerst ein Schicht-1-Problem.

CRC/FCS-Fehler werden auf Schicht 2 erkannt,
können aber durch Schicht 1 verursacht werden.

Gigabit über Twisted Pair braucht alle 8 Adern.

WLAN ist ein geteiltes Funkmedium.

Auto-Negotiation kann durch Kabelprobleme beeinflusst werden.

Wichtige Begriffe kurz erklärt

Begriff Kurze Erklärung
Bitübertragungsschicht OSI-Schicht 1
Bit kleinste Informationseinheit
Signal physische Darstellung von Information
elektrische Signale Übertragung über Kupfer
optische Signale Übertragung über Licht
Funksignale drahtlose Übertragung
Codierung Darstellung von Bits als Signale
Modulation Information auf ein Signal aufprägen
Taktung zeitliche Einteilung der Übertragung
Synchronisation zeitliche Abstimmung
Bitrate Bits pro Sekunde
Baudrate Symbole pro Sekunde
Dämpfung Signalverlust
SNR Signal-Rausch-Abstand
BER Bitfehlerrate
Link aktive physische Verbindung
Auto-Negotiation automatische Aushandlung
Simplex eine Richtung
Halbduplex abwechselnd
Vollduplex gleichzeitig
Hub Schicht-1-Gerät
Repeater Signalregenerator
Medienkonverter wandelt Übertragungsmedien
SFP steckbares Netzwerkmodul

IHK-sichere Gesamtformulierung

Die Bitübertragungsschicht ist Schicht 1 des OSI-Modells. Sie ist für die physische Übertragung einzelner Bits über ein Übertragungsmedium zuständig. Bits werden je nach Medium als elektrische, optische oder elektromagnetische Signale übertragen. Zur Schicht 1 gehören Themen wie Signalpegel, Codierung, Modulation, Taktung, Synchronisation, Link, Übertragungsgeschwindigkeit, Duplexmodus, Auto-Negotiation, Hub, Repeater, Medienkonverter und SFP-Module. Schicht 1 kennt keine MAC-Adressen, IP-Adressen oder TCP-/UDP-Ports. Fehler auf Schicht 1 können alle höheren Schichten beeinflussen und sollten bei der Fehlersuche zuerst geprüft werden.

Wichtigste Merksätze

Schicht 1 = Bitübertragungsschicht.

Schicht 1 ist die unterste offizielle OSI-Schicht.

Schicht 1 überträgt Bits als Signale.

Bits sind logisch.

Signale sind physisch.

Kupfer = elektrische Signale.

Glasfaser = optische Signale.

WLAN = Funksignale.

Codierung = Bits als Signale darstellen.

Modulation = Information auf ein Signal aufprägen.

Dämpfung = Signalverlust.

SNR = Signal-Rausch-Abstand.

Bitrate = Bits pro Sekunde.

Baudrate = Symbole pro Sekunde.

Bandbreite ist nicht Durchsatz.

Simplex = eine Richtung.

Halbduplex = abwechselnd.

Vollduplex = gleichzeitig.

Auto-Negotiation = automatische Aushandlung.

Link = aktive physische Verbindung.

Link vorhanden bedeutet nicht automatisch IP korrekt.

Hub = Schicht 1.

Switch = Schicht 2.

Router = Schicht 3.

Medienkonverter = hauptsächlich Schicht 1.

SFP-Modul = physische Schnittstelle.

Schicht 1 kennt keine MAC-Adressen.

Schicht 1 kennt keine IP-Adressen.

Schicht 1 kennt keine Ports.

Kein Link = zuerst Schicht 1 prüfen.

Erst physisch,
dann logisch.

Ohne funktionierende Schicht 1
funktionieren höhere Schichten nicht zuverlässig.