Lokale vs. Netzwerkübergreifende Kommunikation

Einführung

Ein fundamentales Konzept in Netzwerken: Kommunikation kann lokal (im selben Netzwerk) oder netzwerkübergreifend (über verschiedene Netzwerke) stattfinden. Das Verhalten unterscheidet sich grundlegend.

Kommunikation im selben Netz (Lokal)

Was bedeutet "im selben Netz"?

Geräte sind im selben logischen Netzwerk, wenn:

• Sie die gleiche Netzwerk-Adresse haben
• Sie im gleichen IP-Subnetz sind
• Sie direkt miteinander kommunizieren können

Beispiel: Netzwerk 192.168.1.0/24

Computer A: 192.168.1.10
Computer B: 192.168.1.20
Drucker:    192.168.1.100
Server:     192.168.1.50

Alle haben 192.168.1.x → gleiches Netzwerk

Wie funktioniert lokale Kommunikation?

Computer A möchte mit Computer B kommunizieren:

1. Computer A prüft: "Ist 192.168.1.20 lokal?"
   Berechnung: 192.168.1.10 & 255.255.255.0 = 192.168.1.0
               192.168.1.20 & 255.255.255.0 = 192.168.1.0
   → Gleiche Netzwerk-ID → JA, lokal!

2. Computer A: "Ich brauche die MAC-Adresse von 192.168.1.20"
   → ARP-Anfrage (Broadcast): "Wer hat IP 192.168.1.20?"

3. Computer B antwortet: "Das bin ich, meine MAC ist BB:BB:BB:22:22:22"

4. Computer A sendet Frame direkt:
   - Ziel-MAC: BB:BB:BB:22:22:22
   - Ziel-IP: 192.168.1.20

5. Switch leitet Frame zu Computer B (anhand MAC-Adresse)

Eigenschaften lokaler Kommunikation

Vorteile:

• Schnell (keine Router dazwischen)
• Niedrige Latenz
• Hohe Bandbreite möglich
• Broadcast funktioniert

Merkmale:

• Nur ein Switch dazwischen
• MAC-Adressen werden direkt verwendet
• Keine Routing-Entscheidungen nötig
• ARP zur Adressauflösung

Wichtig: Layer 2 Kommunikation

• Findet auf Layer 2 (Data Link) statt
• Verwendet MAC-Adressen
• Switches vermitteln
• Broadcast-Domäne ist erreichbar

Kommunikation über Netzgrenzen hinweg

Was bedeutet "anderes Netzwerk"?

Geräte sind in verschiedenen Netzwerken, wenn:

• Sie unterschiedliche Netzwerk-Adressen haben
• Sie in verschiedenen Subnetzen sind
• Sie nicht direkt kommunizieren können

Beispiel: Verschiedene Netzwerke

Netzwerk A (192.168.1.0/24):
- Computer A: 192.168.1.10

Netzwerk B (192.168.2.0/24):
- Server B: 192.168.2.50

Unterschiedliche Netzwerk-IDs → verschiedene Netzwerke

Wie funktioniert netzwerkübergreifende Kommunikation?

Computer A (192.168.1.10) möchte mit Server B (192.168.2.50) kommunizieren:

1. Computer A prüft: "Ist 192.168.2.50 lokal?"
   Berechnung: 192.168.1.10 & 255.255.255.0 = 192.168.1.0
               192.168.2.50 & 255.255.255.0 = 192.168.2.0
   → Verschiedene Netzwerk-IDs → NEIN, nicht lokal!

2. Computer A: "Ich brauche einen Router (Gateway)"
   Konfiguriertes Gateway: 192.168.1.1

3. Computer A sendet Paket mit:
   - Ziel-MAC: MAC des Routers (nicht von Server B!)
   - Ziel-IP: 192.168.2.50 (bleibt erhalten!)

4. Router empfängt Paket:
   - Entfernt Ethernet-Frame
   - Prüft Ziel-IP: 192.168.2.50
   - Routing-Tabelle: "192.168.2.0/24 ist an Interface eth1"
   - Verpackt in neuen Frame
   - Ziel-MAC: MAC von Server B
   - Ziel-IP: 192.168.2.50 (unverändert!)

5. Server B empfängt Paket

Die Rolle von Gateway und Router

Gateway (Standard-Gateway)

• Der Router, der als "Ausgang" aus dem lokalen Netz dient
• Jedes Gerät hat ein konfiguriertes Standard-Gateway
• Pakete für fremde Netze gehen immer zum Gateway

Router

• Verbindet verschiedene Netzwerke
• Trifft Routing-Entscheidungen
• Arbeitet auf Layer 3 (Network)
• Ändert MAC-Adressen, aber nicht IP-Adressen

Eigenschaften netzwerkübergreifender Kommunikation

Merkmale:

• Router dazwischen
• MAC-Adresse ändert sich bei jedem Hop
• IP-Adresse bleibt gleich
• Routing-Entscheidungen notwendig
• Broadcast funktioniert NICHT

Nachteile (gegenüber lokal):

• Höhere Latenz (jeder Router verarbeitet)
• Geringere Bandbreite möglich
• Mehr Fehlerquellen

Die Rolle von Vermittlungsgeräten

Switch vs. Router

Switch (Layer 2)

Funktion: Verbindet Geräte im GLEICHEN Netzwerk
Arbeitet mit: MAC-Adressen
Lernt: Welches Gerät an welchem Port
Weiterleitung: Anhand MAC-Adresse
Broadcast: Wird weitergeleitet

Router (Layer 3)

Funktion: Verbindet VERSCHIEDENE Netzwerke
Arbeitet mit: IP-Adressen
Entscheidet: Welcher Weg zum Ziel
Weiterleitung: Anhand Routing-Tabelle
Broadcast: Wird NICHT weitergeleitet (Broadcast-Grenze)

Praktisches Beispiel: Netzwerk-Aufbau

[Netzwerk A: 192.168.1.0/24]
    ├─ Computer A (192.168.1.10)
    ├─ Computer B (192.168.1.20)
    └─ Switch
         |
         | Port zum Router
         ↓
    [Router - Gateway: 192.168.1.1 / 192.168.2.1]
         ↓
         | Port zum anderen Netzwerk
         |
    [Netzwerk B: 192.168.2.0/24]
    ├─ Server B (192.168.2.50)
    └─ Drucker (192.168.2.100)

Entscheidungsbaum für Geräte

Wenn ein Gerät ein Paket senden will:

Ist Ziel-IP im gleichen Netzwerk?
│
├─ JA → Lokale Kommunikation
│        ↓
│        1. ARP nach MAC-Adresse fragen
│        2. Direkt senden (über Switch)
│
└─ NEIN → Netzwerkübergreifende Kommunikation
           ↓
           1. Paket an Gateway-Router senden
           2. Router leitet weiter
           3. Eventuell über mehrere Router
           4. Letzter Router leitet zu Ziel

Time To Live (TTL)

Bei netzwerkübergreifender Kommunikation wichtig:

Problem: Pakete könnten im Kreis laufen (Routing-Schleifen)

Lösung: TTL (Time To Live)

• Jedes IP-Paket hat einen TTL-Wert (z.B. 64)
• Jeder Router verringert TTL um 1
• Bei TTL = 0 wird Paket verworfen
• Verhindert endlose Schleifen

Computer A sendet Paket (TTL = 64)
  ↓
Router 1 (TTL wird 63)
  ↓
Router 2 (TTL wird 62)
  ↓
...
  ↓
Server B empfängt (TTL = 60)

Zusammenfassung

Lokale Kommunikation

• Gleiches Netzwerk (gleiche Netzwerk-ID)
• Direkte Kommunikation über Switch
• MAC-Adressen werden verwendet
• Schnell und effizient
• Broadcast funktioniert
• Layer 2 Kommunikation

Netzwerkübergreifende Kommunikation

• Verschiedene Netzwerke (unterschiedliche Netzwerk-IDs)
• Über Router (Gateway)
• IP-Adressen bleiben, MAC ändert sich
• Langsamer als lokal
• Broadcast funktioniert NICHT
• Layer 3 Kommunikation

Wichtige Konzepte

• Gateway: Router für Ausgang aus lokalem Netz
• Switch: Verbindet lokal
• Router: Verbindet Netzwerke, trennt Broadcasts
• TTL: Verhindert endlose Schleifen

Entscheidung

Gerät prüft: "Ist Ziel im gleichen Netzwerk?"

• JA → Direkt senden (Switch)
• NEIN → An Gateway senden (Router)

In der nächsten Lektion lernen Sie, warum Struktur und Ordnung in Netzwerken wichtig sind.