Kommunikation in Netzen · Doppelstunde 2
Wie findet ein Datenpaket den richtigen Weg zum richtigen Gerät – und zur richtigen Anwendung darauf? Heute klären wir die Struktur dahinter: Schichtenmodell, MAC- und IP-Adressen, DHCP, NAT und Ports.
Thema 01 · Struktur
Netzwerkkommunikation ist hochkomplex. Damit sie trotzdem beherrschbar bleibt, teilt man sie in Schichten mit klar getrennten Aufgaben auf. Jede Schicht nutzt die Dienste der darunterliegenden Schicht und bietet selbst Dienste für die nächsthöhere an – das nennt man Modularität: Ein Protokoll in einer Schicht lässt sich austauschen, ohne die ganze Architektur zu ändern.
Das OSI-Modell hat 7 Schichten. Klicke eine Schicht an, um Aufgabe und Beispiel zu sehen.
Das TCP/IP-Modell fasst die 7 OSI-Schichten praxisnäher in 4 Schichten zusammen. Aufgabe: Ordne jede OSI-Schicht der passenden TCP/IP-Schicht zu.
7 · Anwendungsschicht
6 · Darstellungsschicht
5 · Sitzungsschicht
4 · Transportschicht
3 · Vermittlungsschicht
2 · Sicherungsschicht
1 · Bitübertragungsschicht
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Thema 02 · Identifikation im Netz
Damit ein Datenpaket ankommt, braucht jedes Gerät eindeutige Adressen – auf unterschiedlichen Schichten des Modells.
Hardwareadresse einer Netzwerkkarte (Sicherungsschicht).
↓ Details
00:1A:2B:3C:4D:5E. Weltweit eindeutig – die ersten 24 Bit sind die Herstellerkennung. Ist fest an die Netzwerkkarte gebunden und identifiziert das Gerät im lokalen Netz (LAN).Logische Adresse für ein Gerät im Netzwerk (Vermittlungsschicht).
↓ Details
192.168.0.15, ca. 4,3 Mrd. Adressen. IPv6: 128 Bit, acht hexadezimale Blöcke, z. B. 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334, praktisch unerschöpflicher Adressraum. Kann sich ändern und wird zum Routing über mehrere Netze hinweg gebraucht.Aufgabe: Erkenne das Adressformat. Ordne jede Adresse dem richtigen Typ zu.
192.168.0.15
00:1A:2B:3C:4D:5E
2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
10.0.0.1
AC:DE:48:00:11:22
fe80:0000:0000:0000:0202:b3ff:fe1e:8329
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Thema 03 · Vergabe und Übersetzung
IP-Adressen können fest eingerichtet oder automatisch vergeben werden. Und weil es viel zu wenige öffentliche IPv4-Adressen für alle Geräte der Welt gibt, teilen sich viele Geräte eine gemeinsame öffentliche Adresse.
Die IP-Adresse wird fest, von Hand konfiguriert.
↓ Details
Die IP-Adresse wird automatisch vom DHCP-Server vergeben.
↓ Details
Aufgabe: Statisch oder dynamisch? Ordne zu.
Dein Smartphone bekommt beim Verbinden mit dem Schul-WLAN automatisch eine IP-Adresse.
Ein Webserver muss dauerhaft unter derselben Adresse erreichbar sein.
Dein Laptop bekommt zuhause vom Router automatisch eine IP-Adresse aus einem Adresspool.
Ein Netzwerkdrucker im Büro soll immer unter derselben festen Adresse ansprechbar sein.
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Zuhause haben alle Geräte eine private Adresse (z. B. 192.168.x.x), die nur im lokalen Netz gilt. Der Router übersetzt diese über NAT in eine gemeinsame öffentliche Adresse fürs Internet.
Damit Antworten aus dem Internet beim richtigen Gerät ankommen, führt der Router eine NAT-Tabelle: Für jedes Gerät merkt er sich, über welchen externen Port dessen Anfragen laufen.
| Gerät | Private Adresse | Externer Router-Port |
|---|---|---|
| Laptop | 192.168.0.10:51234 | 40001 |
| Smartphone | 192.168.0.11:52890 | 40002 |
| Tablet | 192.168.0.12:53410 | 40003 |
| Smart-TV | 192.168.0.13:54120 | 40004 |
Aufgabe: Verstanden, wie NAT funktioniert? Ordne die Aussagen als richtig oder falsch ein.
Ohne die NAT-Tabelle könnte der Router eine Antwort aus dem Internet nicht dem richtigen Gerät zuordnen.
Damit NAT funktioniert, braucht jedes Gerät im Heimnetz eine eigene öffentliche IP-Adresse.
Wählen zwei Geräte zufällig denselben internen Port, weist der Router ihnen trotzdem unterschiedliche externe Ports zu.
Die NAT-Tabelle bleibt dauerhaft gleich, egal welche Verbindungen gerade offen sind.
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Thema 04 · Die letzte Tür
Die IP-Adresse findet den richtigen Rechner im Netz. Aber welcher Dienst auf diesem Rechner die Daten bekommen soll, entscheidet der Port – eine Nummer zwischen 0 und 65535, die als logische "Tür" zu einem bestimmten Dienst dient. Über die Ports läuft die Kommunikation dann per TCP oder UDP – diese Transportprotokolle vertiefen wir in der nächsten Doppelstunde.
0 – 1023
Feste, standardisierte Dienste. Beispiele: HTTP (80), HTTPS (443), FTP (21), SMTP (25).
1024 – 49151
Von Anwendungen und Herstellern reserviert, z. B. für bestimmte Serverdienste oder Spiele.
49152 – 65535
Temporäre Verbindungen, automatisch vergeben – z. B. beim Aufruf einer Webseite auf deinem Gerät.
Aufgabe: Ordne die Portnummer dem passenden Bereich zu.
Port 80 (HTTP)
Port 443 (HTTPS)
Port 21 (FTP)
Port 3306 (Datenbankdienst MySQL)
Port 27015 (Online-Spiel-Server)
Port 55123 (temporär beim Surfen vergeben)
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Verfolge Schritt für Schritt, wie eine E-Mail alle vier Schichten durchläuft. Beim Senden werden auf jeder Schicht Protokoll-Informationen hinzugefügt (Einkapselung), beim Empfangen wieder entfernt (Entkapselung).
Abschluss
1. Warum wird Netzwerkkommunikation in Schichten aufgeteilt?
Jede Schicht hat klar definierte Aufgaben und nutzt nur die darunterliegende Schicht – so lässt sich z. B. ein Protokoll austauschen, ohne die ganze Architektur zu ändern.
2. Welche OSI-Schichten entsprechen zusammen der Anwendungsschicht im TCP/IP-Modell?
Das TCP/IP-Modell fasst die OSI-Schichten 5 bis 7 in einer gemeinsamen Anwendungsschicht zusammen.
3. Was kennzeichnet eine MAC-Adresse?
Die MAC-Adresse ist eine 48-Bit-Hardwareadresse, z. B. 00:1A:2B:3C:4D:5E – weltweit eindeutig und fest.
4. Wie viele Bit lang ist eine IPv6-Adresse?
IPv4 ist 32 Bit lang, IPv6 dagegen 128 Bit – dadurch ein praktisch unerschöpflicher Adressraum.
5. Wofür steht DHCP?
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) vergibt IP-Adressen automatisch und befristet an Geräte, die sich neu mit dem Netz verbinden.
6. Wofür sorgt NAT (Network Address Translation)?
NAT übersetzt die privaten Adressen im Heimnetz (z. B. 192.168.0.15) in die öffentliche Adresse des Routers, damit mehrere Geräte sich eine öffentliche IP teilen können.
7. In welchem Bereich liegen "well-known ports" wie HTTP (80) oder HTTPS (443)?
Well-known Ports liegen im Bereich 0–1023 und sind fest standardisierten Diensten zugeordnet.
8. Beim Aufruf von https://example.com: Wofür sorgt Port 443 konkret?
Die IP-Adresse findet den Rechner, die MAC-Adresse das Gerät im LAN – der Port sorgt dafür, dass die Daten beim richtigen Dienst auf diesem Rechner ankommen.
"MAC-Adresse, IP-Adresse und Port erfüllen jeweils eine eigene Aufgabe. Warum würde es nicht reichen, nur eine dieser drei Adressierungen zu haben?"
Diskutiert: Was würde konkret schiefgehen, wenn es nur IP-Adressen, aber keine Ports gäbe? Und was, wenn jedes Gerät nur seine MAC-Adresse, aber keine IP-Adresse hätte?