Lokale Übertragung vs. Weiterleitung
Direkte Zustellung vs. Weiterleitung über Vermittler
Lokale Übertragung vs. Weiterleitung
Einführung
Sie haben gelernt, dass Frames für lokale Übertragung und Pakete für globales Routing verwendet werden. In dieser Lektion lernen Sie, wie Geräte entscheiden, ob Daten direkt zugestellt oder weitergeleitet werden müssen.
Zwei grundlegende Szenarien
Szenario A: Lokale Übertragung (direkt)
Situation: Sender und Empfänger im selben Netzwerk
PC A (192.168.1.10) →→→ PC B (192.168.1.20)
↓ ↑
└────── Switch ──────┘
Was passiert:
- Direkte Zustellung über Switch
- Nur ein Frame notwendig
- Keine Router beteiligt
Szenario B: Weiterleitung (über Router)
Situation: Sender und Empfänger in verschiedenen Netzwerken
PC A (192.168.1.10) → Router → Server (8.8.8.8)
Netz A Gateway Internet
Was passiert:
- Zustellung über einen oder mehrere Router
- Mehrere Frames (bei jedem Hop neu)
- Routing-Entscheidungen unterwegs
Entscheidung: Lokal oder weitergeleitet?
Die zentrale Frage
Jedes Gerät stellt sich die Frage:
"Ist das Ziel im selben Netz wie ich?"
Antwort JA: → Direkte Zustellung (nur Schicht 2 - Frame)
Antwort NEIN: → An Gateway senden (Schicht 3 - Routing)
Wie wird das entschieden?
Durch Vergleich von IP-Adresse und Subnetzmaske:
Meine IP: 192.168.1.10
Subnetzmaske: 255.255.255.0
→ Mein Netzwerk: 192.168.1.0/24
Ziel-IP: 192.168.1.20
Subnetzmaske: 255.255.255.0
→ Ziel-Netzwerk: 192.168.1.0/24
Vergleich: 192.168.1.0 == 192.168.1.0?
→ JA → Gleiches Netz → Direkt senden
Anderes Beispiel:
Meine IP: 192.168.1.10
Subnetzmaske: 255.255.255.0
→ Mein Netzwerk: 192.168.1.0/24
Ziel-IP: 8.8.8.8
Subnetzmaske: 255.255.255.0
→ Ziel-Netzwerk: 8.8.8.0/24
Vergleich: 192.168.1.0 == 8.8.8.0?
→ NEIN → Anderes Netz → An Gateway senden
Direkte Zustellung im selben Netz
Schritt-für-Schritt-Ablauf
Beispiel: PC A (192.168.1.10) sendet an PC B (192.168.1.20)
1. PC A prüft:
Ziel: 192.168.1.20
Meine Subnetzmaske: 255.255.255.0
Berechnung: Gleiches Netz? → JA
Entscheidung: Direkt senden
2. PC A braucht MAC-Adresse:
Frage: "Welche MAC-Adresse hat 192.168.1.20?"
→ ARP-Anfrage: "Wer hat 192.168.1.20?"
→ ARP-Antwort: "Ich! Meine MAC: BB:BB:BB:BB:BB:BB"
3. PC A erstellt Frame:
+--------------------------------+
| Dest MAC: BB:BB:BB:BB:BB:BB | ← PC B
| Source MAC: AA:AA:AA:AA:AA:AA | ← PC A
| EtherType: 0x0800 |
+--------------------------------+
| IP-Paket |
| Source IP: 192.168.1.10 |
| Dest IP: 192.168.1.20 |
+--------------------------------+
4. Switch verarbeitet:
1. Frame empfangen
2. Ziel-MAC nachschlagen: BB:BB:BB:BB:BB:BB
3. Port gefunden: Port 5
4. Frame an Port 5 weiterleiten
5. PC B empfängt:
1. Frame empfangen
2. MAC-Adresse prüfen: Für mich? → JA
3. Frame auspacken
4. IP-Paket verarbeiten
5. Daten an Anwendung weiterleiten
Wichtige Eigenschaften
Lokale Zustellung:
- ✅ Schnell: Nur ein Hop (Switch)
- ✅ Einfach: Keine Routing-Entscheidungen
- ✅ Broadcast möglich: Alle im Netz erreichbar
- ✅ Direkt: Sender und Empfänger "sehen" sich
Weiterleitung über Vermittler
Schritt-für-Schritt-Ablauf
Beispiel: PC A (192.168.1.10) sendet an Server (8.8.8.8)
1. PC A prüft:
Ziel: 8.8.8.8
Meine Subnetzmaske: 255.255.255.0
Berechnung: Gleiches Netz? → NEIN
Entscheidung: An Gateway senden (192.168.1.1)
2. PC A braucht MAC-Adresse des Gateways:
Frage: "Welche MAC-Adresse hat Gateway 192.168.1.1?"
→ ARP-Anfrage oder aus Cache
→ MAC-Adresse: RR:RR:RR:RR:RR:RR
3. PC A erstellt Frame:
+--------------------------------+
| Dest MAC: RR:RR:RR:RR:RR:RR | ← Router!
| Source MAC: AA:AA:AA:AA:AA:AA | ← PC A
+--------------------------------+
| IP-Paket |
| Source IP: 192.168.1.10 | ← Bleibt
| Dest IP: 8.8.8.8 | ← Bleibt
| TTL: 64 |
+--------------------------------+
Wichtig:
- MAC-Adresse: Zum Router (nicht zum Server!)
- IP-Adresse: Zum Server (bleibt unverändert)
4. Router empfängt:
1. Frame empfangen
2. Für mich? (MAC prüfen) → JA
3. Frame auspacken
4. IP-Paket untersuchen
- Ziel: 8.8.8.8
- TTL: 64 → um 1 verringern → 63
5. Routing-Tabelle prüfen
- Nächster Hop: 10.0.0.1
6. Neues Frame erstellen
5. Router erstellt neues Frame:
+--------------------------------+
| Dest MAC: XX:XX:XX:XX:XX:XX | ← Nächster Router
| Source MAC: RR:RR:RR:RR:RR:RR | ← Dieser Router
+--------------------------------+
| IP-Paket |
| Source IP: 192.168.1.10 | ← Unverändert
| Dest IP: 8.8.8.8 | ← Unverändert
| TTL: 63 | ← -1
+--------------------------------+
6. Prozess wiederholt sich:
Router 1 → Router 2 → Router 3 → ... → Ziel-Server
Jeder Router:
- Empfängt Frame
- Packt IP-Paket aus
- Prüft Routing-Tabelle
- Verringert TTL
- Erstellt neues Frame
- Sendet an nächsten Hop
TTL (Time To Live)
Zweck: Verhindern von Endlos-Schleifen
Funktionsweise:
Start: TTL = 64
Nach Router 1: TTL = 63
Nach Router 2: TTL = 62
...
Nach Router 64: TTL = 0 → VERWERFEN
Bei TTL = 0:
Router sendet ICMP-Nachricht:
"Time Exceeded" zurück an Sender
Typische Start-Werte:
- Linux/macOS: 64
- Windows: 128
- Cisco: 255
Entscheidungsgrundlagen unterwegs
Im Endgerät: Gateway-Entscheidung
Routing-Tabelle eines PCs:
Ziel-Netzwerk Gateway Interface
192.168.1.0/24 direkt eth0
0.0.0.0/0 192.168.1.1 eth0 ← Default Route
Bedeutung:
- 192.168.1.0/24: Lokale Geräte direkt ansprechen
- 0.0.0.0/0: Alles andere über Gateway 192.168.1.1
Prüfung:
1. Ziel: 192.168.1.20
→ Passt auf 192.168.1.0/24 → Direkt
2. Ziel: 8.8.8.8
→ Passt NICHT auf 192.168.1.0/24
→ Passt auf 0.0.0.0/0 (Default)
→ Über Gateway 192.168.1.1
Im Router: Routing-Tabelle
Routing-Tabelle eines Routers:
Ziel-Netzwerk Nächster Hop Metrik Interface
192.168.1.0/24 direkt 0 eth0
10.0.0.0/8 10.0.0.1 10 eth1
8.8.8.0/24 203.0.113.1 50 eth2
0.0.0.0/0 203.0.113.254 100 eth2
Entscheidungsprozess:
1. Empfange Paket mit Ziel 8.8.8.8
2. Prüfe Routing-Tabelle:
- 192.168.1.0/24? → NEIN
- 10.0.0.0/8? → NEIN
- 8.8.8.0/24? → JA! → An 203.0.113.1
3. Verringere TTL
4. Erstelle neues Frame mit MAC von 203.0.113.1
5. Sende Frame
Longest Prefix Match:
- Spezifischste Route gewinnt
- 8.8.8.0/24 hat Vorrang vor 0.0.0.0/0
ARP-Rolle
Lokale Übertragung:
PC braucht MAC von Ziel-IP
→ ARP: "Wer hat IP 192.168.1.20?"
→ PC B antwortet: "Ich, meine MAC ist BB:BB..."
Weiterleitung:
PC braucht MAC von Gateway
→ ARP: "Wer hat IP 192.168.1.1?"
→ Router antwortet: "Ich, meine MAC ist RR:RR..."
Wichtig: ARP funktioniert nur lokal (im selben Broadcast-Domain)!
Vergleich: Lokal vs. Weitergeleitet
Tabellarischer Überblick
| Aspekt | Lokale Übertragung | Weiterleitung |
|---|---|---|
| Netzwerk | Gleiches | Verschiedene |
| Geräte | Switch | Router |
| Hops | 1 | Mehrere |
| MAC-Ziel | Ziel-Gerät | Gateway |
| IP-Ziel | Ziel-Gerät | Ziel-Gerät |
| Frame | 1 Frame | Mehrere Frames |
| Broadcast | Möglich | Nicht möglich |
| Geschwindigkeit | Schneller | Langsamer |
Praktische Beispiele
Lokal:
Drucker im Büro: 192.168.1.50
→ Direkter Zugriff über Switch
→ Schnell, einfach
Weitergeleitet:
Google-Server: 8.8.8.8
→ Über Router ins Internet
→ Viele Hops, langsamer
Zusammenfassung
Kernkonzepte
1. Entscheidung: Lokal oder weitergeleitet?
- Durch Subnetzmaske bestimmt
- Gleiches Netz → Direkt
- Anderes Netz → Über Gateway
2. Lokale Übertragung
- Direkt über Switch
- Ein Frame
- Schnell und einfach
- ARP für MAC-Auflösung
3. Weiterleitung
- Über einen oder mehrere Router
- Mehrere Frames (bei jedem Hop neu)
- IP-Adressen bleiben, MAC-Adressen ändern sich
- TTL verhindert Schleifen
4. Entscheidungsgrundlagen
- Routing-Tabelle in jedem Gerät
- Longest Prefix Match
- Default Route als Fallback
Warum das wichtig ist
Ohne Verständnis:
- ❌ "Warum brauche ich ein Gateway?"
- ❌ "Warum ändert sich die MAC-Adresse?"
- ❌ "Was macht ein Router anders als ein Switch?"
Mit Verständnis:
- ✅ Switch = lokale Zustellung (Layer 2, MAC)
- ✅ Router = Weiterleitung (Layer 3, IP)
- ✅ MAC-Adressen sind nur lokal gültig
- ✅ IP-Adressen sind global (Ende zu Ende)
Ausblick
In der nächsten Lektion lernen Sie:
- Was bei Paketverlust passiert
- Unterschied zwischen zuverlässiger und schneller Übertragung
- Warum nicht jede Kommunikation abgesichert ist
Merksatz: Gleiches Netz = direkt zum Ziel, anderes Netz = erst zum Router!