IP-Netzwerke verstehen und konfigurieren

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Bevorstehend

Von Binärdarstellung über DHCP bis zu Subnetzmasken - verstehen und konfigurieren Sie IP-Netzwerke in Theorie und Praxis

Ziele dieses Moduls
  • Sie koennen erklaeren, wie IPv4-Adressen binaer aufgebaut sind und wie viele Adressen theoretisch moeglich sind
    Verstehen
  • Sie koennen den Unterschied zwischen IPv4 und IPv6 erklaeren und begruenden, warum IPv6 eingefuehrt wurde
    Verstehen
  • Sie koennen die Funktion eines DHCP-Servers erklaeren und dessen Vorteile gegenueber manueller IP-Vergabe benennen
    Verstehen
  • Sie koennen einen DHCP-Server in Filius konfigurieren und testen
    Anwenden
  • Sie koennen anhand von IP-Adresse und Subnetzmaske bestimmen, ob zwei Computer im gleichen Netzwerk sind
    Analysieren
  • Sie koennen zwei getrennte Subnetze in Filius aufbauen und die Kommunikation zwischen und innerhalb der Netze testen
    Anwenden

In diesem Modul lernen Sie die fundamentalen Konzepte von IP-Adressen und Netzwerkkonfiguration kennen - von der binären Darstellung bis zur praktischen Anwendung in Filius.

Sie verstehen, wie IPv4 und IPv6 funktionieren, wie die automatische IP-Adressvergabe durch DHCP arbeitet und wie Subnetzmasken Netzwerke segmentieren.

Die theoretischen Grundlagen werden durch praktische Übungen in Filius vertieft.

IPs = Logische Adressen im Internet

Die logische Adresse (IP) ist flexibel und erlaubt Gruppierungen oder einen flexiblen Austausch von Geräten.

Aber: Die Zuweisung ist für eine bestimmte Zeit eindeutig.

192.168.0.33

Analogie:

  • Ihre e12345 Nummer an der Schule
  • Oder: Postadresse (Strasse, Hausnummer, Stadt)

Challenge

IPv4-Adressen in Binärdarstellung

Eine IPv4 besteht aus 4 Bytes, das sind 32 Bits.

192.168.0.33
11000000.10101000.00000000.00100001

4 × 8 = 32 Bit für eine IPv4

Frage: Wie viele unterschiedliche IPs gibt es?

Anzahl möglicher IPv4-Adressen

Mit 32 Bits können wir berechnen:

232 ≈ 4 Milliarden verschiedene IP-Adressen

Problem: Ende 2011 sind uns die IPv4-Adressen ausgegangen!

Es gibt einfach zu viele Geräte auf der Welt (Smartphones, Computer, IoT-Geräte, etc.)

Note

Die Lösung: IPv6

Um das Problem zu lösen, wurde IPv6 eingeführt:

  • Besteht aus 128 Bits (statt 32 Bits)
  • Funktioniert ansonsten ähnlich wie IPv4
  • Hexadezimale Schreibweise (Zahlen und Buchstaben)
2001:db8:3333:4444:5555:6666:7777:8888

2128 ≈ 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456

Das sind so viele Adressen, dass jedes Sandkorn auf der Erde eine eigene IP-Adresse bekommen könnte! 🏖️

Was ist DHCP?

DHCP steht fuer Dynamic Host Configuration Protocol - ein Protokoll zur automatischen Vergabe von IP-Adressen in einem Netzwerk.

Das Problem ohne DHCP

Stellen Sie sich vor, Sie muessen in einem Netzwerk mit 100 Computern jedem Geraet manuell eine IP-Adresse zuweisen:

  • Sie muessen sich merken, welche Adressen schon vergeben sind
  • Sie muessen jeden Computer einzeln konfigurieren
  • Bei Aenderungen (z.B. neuer IP-Bereich) muessen Sie alle Geraete neu konfigurieren
  • Fehler passieren schnell (z.B. doppelte IP-Adressen)

Die Loesung: DHCP-Server

Ein DHCP-Server vergibt automatisch IP-Adressen an alle Geraete im Netzwerk:

  1. Ein neues Geraet verbindet sich mit dem Netzwerk
  2. Es sendet eine Anfrage: "Ich brauche eine IP-Adresse!"
  3. Der DHCP-Server antwortet: "Nimm 192.168.1.50, Subnetzmaske 255.255.255.0"
  4. Das Geraet konfiguriert sich automatisch

Praxis-Beispiel: Wenn Sie Ihr Smartphone mit dem WLAN verbinden, erhaelt es automatisch eine IP-Adresse vom Router (der als DHCP-Server fungiert).

DHCP in Filius einrichten

Jetzt bauen wir ein Netzwerk mit automatischer IP-Vergabe!

Schritt 1: Netzwerk-Topologie erstellen

  1. Oeffnen Sie Filius
  2. Erstellen Sie einen Switch (Verteiler)
  3. Fuegen Sie 5 Rechner hinzu und verbinden Sie diese mit dem Switch

Schritt 2: DHCP-Server konfigurieren

  1. Waehlen Sie den ersten Rechner aus (dieser wird der Server)
  2. Geben Sie ihm eine feste IP-Adresse:
    • IP-Adresse: 192.168.1.1
    • Subnetzmaske: 255.255.255.0
  3. Klicken Sie auf "Software installieren"
  4. Installieren Sie "DHCP-Server"
  5. Starten Sie den DHCP-Server
  6. Konfigurieren Sie den Adresspool:
    • Untere Grenze: 192.168.1.10
    • Obere Grenze: 192.168.1.50
    • Subnetzmaske: 255.255.255.0

Schritt 3: Clients automatisch konfigurieren

  1. Waehlen Sie Rechner 2
  2. Aktivieren Sie "Automatische Konfiguration" (DHCP)
  3. Starten Sie den Simulationsmodus (Play-Button)
  4. Beobachten Sie: Der Rechner erhaelt automatisch eine IP-Adresse!
  5. Wiederholen Sie das fuer die anderen Rechner

Challenge

DHCP testen

Jetzt pruefen wir, ob die automatische Konfiguration funktioniert:

  1. Oeffnen Sie auf Rechner 2 die Kommandozeile
  2. Geben Sie ein: ipconfig
  3. Sie sehen jetzt die automatisch zugewiesene IP-Adresse (z.B. 192.168.1.10)
  4. Testen Sie die Verbindung zum Server: ping 192.168.1.1
  5. Testen Sie die Verbindung zu einem anderen Client: ping 192.168.1.11

Wenn Antworten kommen, funktioniert Ihr DHCP-Netzwerk! 🎉

Subnetze und Netzmasken

Netzwerke werden in Subnetze unterteilt - das sind Gruppen von Computern, die direkt miteinander kommunizieren können.

Analogie: Eine Strasse mit Hausnummern

  • Die Strasse = Subnetz (z.B. 192.168.0.x)
  • Die Hausnummer = Host-Teil (z.B. .33)

Alle Geräte in einem Subnetz können sich direkt ansprechen - ohne Router!

Subnetze werden mit Hilfe von Netzmasken gebildet.

Netzmasken verstehen

Die Netzmaske bestimmt, wie viele Stellen (von links gezählt) übereinstimmen müssen, damit zwei IPs zum selben Subnetz gehören.

Beispiel:

IP-Adresse: 192.168.0.33
Netzmaske: 255.255.255.0

In Binärdarstellung:

11000000.10101000.00000000.00100001
11111111.11111111.11111111.00000000

Die roten Stellen (wo die Netzmaske 1 ist) müssen übereinstimmen!

Challenge

Übung: Netzmaske anwenden

Aufgabe: Befinden sich die beiden IP-Adressen im gleichen Subnetz?

Computer A:

IP: 192.168.0.33
Netzmaske: 255.255.255.0

Computer B:

IP: 192.168.0.50
Netzmaske: 255.255.255.0

Arbeitsauftrag: Diskutieren Sie zu zweit:

  1. Wandeln Sie beide IP-Adressen in Binärdarstellung um (oder schauen Sie nur die ersten 3 Zahlenblöcke an)
  2. Vergleichen Sie mit der Netzmaske: Stimmen die markierten Stellen überein?
  3. Können die beiden Computer direkt kommunizieren?

Lösung: Netzmaske-Übung

Computer A:

192.168.0.33
11000000.10101000.00000000.00100001

Computer B:

192.168.0.50
11000000.10101000.00000000.00110010

Netzmaske:

255.255.255.0
11111111.11111111.11111111.00000000

✅ JA - Die ersten 24 Bits (rot markiert) stimmen überein!

Beide Computer sind im Subnetz 192.168.0.x und können direkt miteinander kommunizieren.

Subnetzmasken verstehen

Die Subnetzmaske bestimmt, welcher Teil einer IP-Adresse das Netzwerk identifiziert und welcher Teil den einzelnen Computer (Host).

Beispiel: 255.255.255.0

Diese Subnetzmaske (auch als /24 geschrieben) bedeutet:

  • Erste 3 Zahlenblöcke = Netzwerk-Adresse
  • Letzter Zahlenblock = Host-Adresse

Praktisches Beispiel:

IP-AdresseNetzwerk-TeilHost-Teil
192.168.1.50192.168.150
192.168.1.200192.168.1200
192.168.2.50192.168.250

Frage: Welche Computer sind im gleichen Netzwerk?

✅ 192.168.1.50 und 192.168.1.200 → JA (gleicher Netzwerk-Teil: 192.168.1)
❌ 192.168.1.50 und 192.168.2.50 → NEIN (unterschiedliche Netzwerk-Teile)

Note

Wieviele Computer passen in ein Netzwerk?

Bei der Subnetzmaske 255.255.255.0 kann der letzte Block Werte von 0-255 annehmen.

Aber: Zwei Adressen sind reserviert:

  • Netzwerk-Adresse (z.B. 192.168.1.0) - identifiziert das gesamte Netzwerk
  • Broadcast-Adresse (z.B. 192.168.1.255) - sendet an alle Geraete im Netzwerk

Berechnung:

  • Moegliche Werte: 0-255 = 256 Adressen
  • Minus Netzwerk-Adresse: -1
  • Minus Broadcast-Adresse: -1
  • = 254 verwendbare IP-Adressen

In einem 192.168.1.x Netzwerk können also 254 Computer verbunden werden (192.168.1.1 bis 192.168.1.254).

Challenge

Uebung: Sind diese Computer im gleichen Netzwerk?

Entscheiden Sie fuer jedes Paar, ob die Computer miteinander kommunizieren koennen (ohne Router):

Beispiel 1

  • Computer A: 192.168.1.45 / 255.255.255.0
  • Computer B: 192.168.1.120 / 255.255.255.0

Loesung: ✅ JA - Beide haben den Netzwerk-Teil 192.168.1

Beispiel 2

  • Computer A: 192.168.1.45 / 255.255.255.0
  • Computer B: 192.168.2.45 / 255.255.255.0

Loesung: ❌ NEIN - Unterschiedlicher Netzwerk-Teil (192.168.1 vs. 192.168.2)

Beispiel 3

  • Computer A: 10.0.0.15 / 255.255.255.0
  • Computer B: 10.0.0.200 / 255.255.255.0

Loesung: ✅ JA - Beide im Netzwerk 10.0.0.x

Beispiel 4

  • Computer A: 172.16.5.10 / 255.255.255.0
  • Computer B: 172.16.6.10 / 255.255.255.0

Loesung: ❌ NEIN - Unterschiedliche Netzwerke (172.16.5 vs. 172.16.6)

Challenge

Filius-Challenge: Zwei getrennte Netzwerke

Jetzt wenden Sie Ihr Wissen praktisch an! Erstellen Sie zwei voneinander getrennte Netzwerke.

Aufgabenstellung

Bauen Sie folgende Netzwerk-Topologie:

  • Netzwerk A:
    • 1 Switch
    • 1 DHCP-Server (192.168.1.1)
    • 3 Clients (automatische IP-Vergabe)
    • IP-Bereich: 192.168.1.10 - 192.168.1.50
  • Netzwerk B:
    • 1 Switch
    • 1 DHCP-Server (192.168.2.1)
    • 3 Clients (automatische IP-Vergabe)
    • IP-Bereich: 192.168.2.10 - 192.168.2.50

Wichtig: Die beiden Netzwerke sind nicht verbunden (keine Kabel zwischen den Switches)!

Tests durchfuehren

Nachdem Sie beide Netzwerke aufgebaut haben, fuehren Sie folgende Tests durch:

Test 1: Kommunikation innerhalb Netzwerk A

  1. Oeffnen Sie die Kommandozeile auf einem Client in Netzwerk A
  2. Finden Sie die IP-Adresse heraus: ipconfig
  3. Pingen Sie einen anderen Client im gleichen Netzwerk: ping 192.168.1.11

Erwartetes Ergebnis: ✅ Ping erfolgreich - Computer im gleichen Netz koennen kommunizieren

Test 2: Kommunikation zwischen Netzwerk A und B

  1. Bleiben Sie auf dem Client in Netzwerk A
  2. Versuchen Sie, einen Computer in Netzwerk B zu erreichen: ping 192.168.2.11

Erwartetes Ergebnis: ❌ Ping fehlgeschlagen - Computer in verschiedenen Netzen koennen nicht direkt kommunizieren

Test 3: Kommunikation innerhalb Netzwerk B

  1. Wechseln Sie zu einem Client in Netzwerk B
  2. Pingen Sie einen anderen Client in Netzwerk B: ping 192.168.2.12

Erwartetes Ergebnis: ✅ Ping erfolgreich

Fazit: Sie haben erfolgreich zwei getrennte Subnetze erstellt! Computer koennen nur innerhalb ihres eigenen Netzwerks kommunizieren.

Note

Ausblick: Router verbinden Netzwerke

Sie haben jetzt gelernt, dass Computer in verschiedenen Subnetzen nicht direkt miteinander kommunizieren koennen.

Die Loesung: Ein Router kann verschiedene Netzwerke miteinander verbinden!

Im naechsten Modul "Router und Routing" lernen Sie:

  • Wie Router funktionieren
  • Wie Sie die beiden Netzwerke mit einem Router verbinden
  • Wie Routing-Tabellen funktionieren

Dann werden Ihre Computer aus Netzwerk A auch mit Computern in Netzwerk B kommunizieren koennen! 🚀

Checklist

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