Lernfeld 10

IPv4

Adressierung

• IPv4 verwendet ein 32-Bit-Adressschema, ermöglicht über 4 Milliarden eindeutige Adressen.
• Adressen sind in vier dezimalen Zahlen, durch Punkte getrennt, formatiert (z.B. 192.168.0.1).
• Netzwerkkennung identifiziert spezifisches Netzwerk; Hostkennung identifiziert spezifisches Gerät im Netzwerk.

Subnetting

• Zweck: Größere Netzwerke in kleinere Subnetze aufteilen, um Routing-Effizienz und Sicherheit zu verbessern.
• Subnetzmaske ist eine 32-Bit-Zahl, die Netzwerk- und Hostbereiche trennt (z.B. 255.255.255.0).
• CIDR-Notation stellt die Subnetzmaske als Suffix dar (z.B. /24).
• Vorteile beinhalten reduzierte Broadcast-Traffic und verbesserte Netzwerkleistung.

Routing

• Der Prozess, Pfade in einem Netzwerk auszuwählen, um Datenpakete zu senden.
• Routing-Tabellen helfen Routern, den besten Übertragungsweg zu bestimmen.
• Dynamische Routing-Protokolle passen die Routen basierend auf aktuellen Netzbedingungen an (z.B. RIP, OSPF).
• Statisches Routing wird manuell konfiguriert.

Netzwerkklassen

• Klasse A: Adressbereich von 1.0.0.0 bis 126.0.0.0; große Netzwerke mit vielen Hosts.
• Klasse B: Adressbereich von 128.0.0.0 bis 191.255.255.255; ausgewogen anzuwendende Netzwerke und Hosts.
• Klasse C: Adressbereich von 192.0.0.0 bis 223.255.255.255; viele Netzwerke, wenig Hosts.
• Klasse D: Adressbereich von 224.0.0.0 bis 239.255.255.255; verwendet für Multicast-Gruppen.
• Klasse E: Adressbereich von 240.0.0.0 bis 255.255.255.255; reserviert für experimentelle Zwecke.

Protokollfunktionen

• Datenkapselung mit Headern, die Quell- und Zieladressen enthalten.
• Fragmentierung von Paketen, um sie an die MTU des Netzwerks anzupassen.
• Fehlerbehandlung über Checksummen zur Fehlererkennung.
• TTL (Time to Live) begrenzt die Lebensdauer von Paketen.
• ARP (Address Resolution Protocol) löst IP-Adressen in MAC-Adressen auf.

IPv6

Sicherheitsmerkmale

• IPSec wird für Datenschutz, Authentifizierung und Integrität unterstützt.
• End-to-End-Verschlüsselung schützt Daten während der Übertragung.
• Verbesserte Authentifizierungsoptionen (z.B. Secure Neighbor Discovery).
• Datenschutzmechanismen randomisieren Schnittstellen-IDs.

Netzwerkconfigurationsmethoden

• SLAAC ermöglicht Geräten eine automatische Konfiguration von IPv6-Adressen über Router-Anzeigen.
• Manuelle Konfiguration ähnlich wie bei IPv4 ist möglich.
• DHCPv6 bietet zustandsbasierte Adresskonfiguration für IPv6.

Routing-Protokolle

• RIPng ist eine Anpassung von RIP für IPv6.
• OSPFv3 wird in großen Unternehmensnetzwerken verwendet.
• EIGRP für IPv6 unterstützt IPv6-Routing.
• BGP4+ wird für die interdomain-Routing auf dem Internet verwendet.

Übergangstechniken

• Dual Stack ermöglicht gleichzeitigen Betrieb von IPv4 und IPv6.
• Tunneling umschließt IPv6-Pakete innerhalb von IPv4-Paketen (z.B. 6to4).
• Übersetzung von IPv6-Paketen in IPv4-Pakete (z.B. NAT64) für Interoperabilität.

Adressierungsarchitektur

• IPv6 hat 128-Bit-Adressen, die in acht Gruppen von vier hexadezimalen Ziffern dargestellt werden.
• Unicast adressiert eine einzelne Schnittstelle; Multicast adressiert mehrere Schnittstellen.
• Anycast adressiert multiple Schnittstellen, wobei Pakete an die nächstgelegene Schnittstelle gesendet werden.
• Globale Unicast-Adressen sind öffentlich routierbar; Link-Local-Adressen gelten nur lokal.

NAT-Typen

• Statisches NAT mappt eine öffentliche IP-Adresse auf eine private.
• Dynamisches NAT mappt private IP-Adressen auf öffentliche aus einem Pool.
• PAT (Port Address Translation) verwendet unterschiedliche Ports, um mehrere private IPs auf eine öffentliche zu mappen.

NAT-Konfiguration

• Zugangsliste definieren zur Festlegung, welche privaten IPs öbersetzt werden dürfen.
• NAT-Anweisung konfigurieren, um das Übersetzungsverfahren festzulegen.
• Überprüfung mit Befehlen wie show ip nat translations und show ip nat statistics.

Port Forwarding

• Ermöglicht externen Anfragen, an einen spezifischen internen IP-Adresse weitergeleitet zu werden.
• Oft verwendet für Online-Gaming und Fernzugriff auf Netzwerkdienste.

TCP vs. UDP

• TCP ist verbindungsorientiert und gewährleistet zuverlässige und geordnete Datenübertragung; ideal für Anwendungen wie HTTP.
• UDP ist verbindungslos, schneller, aber weniger zuverlässig; ideal für Echtzeitanwendungen wie VoIP.

Dynamisches Routing

Distance-Vector-Protokolle

• Router tauschen regelmäßig Routing-Tabellen mit Nachbarn aus.
• Metrik ist basierend auf Hops und Verzögerung.
• Eigenschaften: Langsame Konvergenz, Möglichkeit von Routing-Schleifen.

Link-State-Protokolle

• Router senden Informationen über ihren Zustand an alle anderen Router.
• Verwenden Flooding zur Informationsverbreitung.
• Schnelle Konvergenz, geringeres Risiko von Routing-Schleifen.

Vergleich

• Distance-Vector: Einfach zu implementieren, höhere Bandbreitennutzung.
• Link-State: Komplexere Implementierung, besser skalierbar.

Anwendungsbeispiele

• Distance-Vector-Protokolle für kleinere Netzwerke (z.B. RIP).
• Link-State-Protokolle in größeren Netzwerken (z.B. OSPF, IS-IS).### VLAN-Konfiguration
• Ein VLAN (Virtual Local Area Network) ist eine logische Gruppierung von Geräten, die es diesen ermöglicht, zu kommunizieren, als wären sie im selben physischen Netzwerk.
• Vorteile von VLANs: Verbesserte Verwaltung, erhöhte Sicherheit und reduzierte Broadcast-Domänen.
• Schritte zur Konfiguration:
  • Zugriff auf das Switch-Interface über Konsole oder SSH.
  • Eingabe des Konfigurationsmodus mit configure terminal.
  • Erstellung eines VLANs mit vlan [VLAN_ID].
  • Zuweisung eines Namens mit name [VLAN_NAME].
  • Zuweisung von Ports: Befehle interface [INTERFACE_ID], dann switchport mode access und switchport access vlan [VLAN_ID].
  • Speicherung der Konfiguration mit write memory oder copy running-config startup-config.

VLAN-Tagging

• VLAN-Tagging bezieht sich auf das Hinzufügen eines Tags zu Ethernet-Frames zur Identifizierung des zugehörigen VLANs.
• Der IEEE 802.1Q Standard fügt einen 4-Byte-Tag hinzu und ermöglicht die Identifizierung von bis zu 4096 VLANs.
• Typen von VLANs:
  • Access VLAN: Für Endgeräte; keine Tagging erforderlich.
  • Trunk VLAN: Transportiert den Datenverkehr mehrerer VLANs; Tagging ist erforderlich.
  • Trunk Ports: Erlauben mehreren VLANs, über denselben Link zu kommunizieren.

Subnetting und VLANs

• Subnetting ist die Praxis, ein Netzwerk in kleinere Segmente, sogenannte Subnetze, zu unterteilen.
• Jedes VLAN entspricht typischerweise einem unterschiedlichen Subnetz, was Broadcast-Verkehr reduziert und die Sicherheit verbessert.
• Vorteile des Subnettings: Effiziente IP-Nutzung und vereinfachtes Routing.
• Inter-VLAN-Routing wird durch Zuweisung von IP-Adressen zu VLAN-Interfaces (SVIs) ermöglicht.

Port Forwarding

• Port Forwarding leitet Netzwerkports von einem Knoten zu einem anderen um, um externen Geräten den Zugriff auf interne Netzwerkdienste zu ermöglichen.
• Typische Anwendung: Hosting von Spiel- und Webservern, Fernzugriff auf Desktop.
• Schritte zur Konfiguration:
  • Zugriff auf das Router-Interface.
  • Finden des Port-Forwarding-Bereichs unter den NAT- oder erweiterten Einstellungen.

Statisches VLAN

• Ein statisches VLAN wird manuell konfiguriert, und Ports werden festen VLANs zugeordnet.
• Vorteile: Einfache Verwaltung und höhere Sicherheit durch definierte Geräte.
• Nachteile: Geringe Flexibilität bei Änderungen und manuelle Zuweisung erforderlich.

Dynamisches VLAN

• Dynamische VLANs weisen VLANs basierend auf Benutzeridentität automatisch zu.
• Nutzen von Protokollen wie RADIUS zur Authentifizierung und Zuweisung von VLANs.
• Vorteile: Hohe Flexibilität und einfacheres Management in großen Netzwerken.
• Nachteile: Erhöhte Komplexität und Abhängigkeit von zuverlässigen Authentifizierungssystemen.

Unterschiede zwischen statischen und dynamischen VLANs

• Zuweisungsmethode: Statisch erfordert manuelle Zuweisung; dynamisch erfolgt automatisch nach Benutzerinformationen.
• Flexibilität: Statisch hat eingeschränkte Flexibilität; dynamisch ermöglicht einfache Zuweisung je nach Benutzeridentität.
• Verwaltung: Statisch erfordert kontinuierliche manuelle Anpassungen; dynamisch reduziert Verwaltungsaufwand.
• Sicherheit: Statisch bietet höhere Sicherheit durch festgelegte Zugriffsrechte; dynamisch abhängig von Authentifizierungssystemen.
• Einsatzgebiet: Statisch eignet sich für kleine bis mittelgroße Netzwerke; dynamisch optimal für größere, dynamische Umgebungen.

Sicherheitsaspekte von VLANs

• VLANs bieten Isolation und logische Trennung von Netzwerksegmenten, was die Sicherheit erhöht.
• Risiken wie VLAN-Hopping, bei dem Angreifer durch falsches Tagging in andere VLANs eindringen können.
• Best Practices: Minimierung von VLANs, Einsatz von Access-Control-Listen (ACLs) und regelmäßige Überprüfung von VLAN-Zuweisungen.

Implementierungsstrategien

• Umfassende Planung und Dokumentation der VLANs, IDs und Zuordnungen vor der Implementierung.
• Testen der VLANs in einer Testumgebung vor der vollständigen Implementierung.
• Schulung von Benutzern und Administratoren zur Förderung des Verständnisses für VLANs.

Funktionsweise von DNS

• DNS (Domain Name System) wandelt Domainnamen in IP-Adressen um und besteht aus verschiedenen Servern, darunter Root-Server, TLD-Server und autoritative DNS-Server.
• Der Anfrageprozess umfasst die Suche im Cache des Resolvers und gegebenenfalls das Anfragen der Root-Server.

Unterschiede zwischen iterativen und rekursiven DNS-Anfragen

• Iterativ: der Resolver fragt nacheinander die DNS-Server und gibt die Antwort zurück, die er hat.
• Rekursiv: der Resolver bearbeitet die gesamte Anfrage und liefert dem Client die finale Antwort.

DNS-Records

• A-Record: Zuordnung eines Domainnamens zu einer IPv4-Adresse.
• AAAA-Record: Zuordnung eines Domainnamens zu einer IPv6-Adresse.
• CNAME-Record: Alias für einen Domainnamen, um auf einen anderen zu verweisen.
• MX-Record: Gibt Mail-Exchange-Server für die Domain an.
• SOA-Record: Enthält administrative Informationen über die Domain.

DNS-Management

• DNS-Zonen bestehen aus Konfigurationsdateien mit DNS-Records für eine bestimmte Domain.
• TTL (Time to Live) definiert, wie lange ein DNS-Record im Cache gespeichert bleibt, was die Aktualisierung von Records beeinflusst.

Subnetting-Berechnungen

• Subnetzmaske bestimmt die Anzahl der Subnetze und Hosts, wobei die Formeln 2^n - 2 (Hosts) und 2^m (Subnetze) verwendet werden.
• Beispiel: Eine /24-Maske hat 256 IP-Adressen, wovon 254 für Hosts nutzbar sind.

Subnetz-Design-Strategien

• Hierarchisches Design zur strukturierten Aufteilung basierend auf Abteilungen.
• Effiziente IP-Nutzung zur Vermeidung von Verschwendung.

Variable Length Subnet Masking (VLSM)

• Ermöglicht den Einsatz unterschiedlicher Subnetzmasken innerhalb desselben Netzwerks für flexiblere IP-Zuweisungen.

Gleichgroße Netze

• Alle Subnetze haben die gleiche Größe, was die Verwaltung und Planung vereinfacht, jedoch ineffizient sein kann.

Subnetting IPv6

• CIDR-Notation verwendet, um IPv6-Adressen darzustellen, und ermöglicht es, Adressräume in kleinere Subnetze zu unterteilen.
• Gängige Präfixlängen sind /64 für Standard-Subnetze und /48 für Organisationen.

Routing-Tabellen

• IPv4-Routing verwendet 32-Bit-Adressen mit kleineren Routing-Tabellen, während IPv6 mit 128-Bit-Adressen größere Tabellen benötigt.
• Statisches Routing erfordert manuelle Konfigurationen, bietet geringeren Verwaltungsaufwand in kleinen Netzwerken, hat aber Nachteile bei Netzwerkänderungen.### DHCP Leasing-Prozess
• DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) liefert Netzwerk-Konfigurationsparameter an Geräte.
• DHCP-Interaktion besteht aus vier Phasen:
  • DHCP Discover: Der Client sendet eine Broadcast-Anfrage zur Lokalisierung eines DHCP-Servers.
  • DHCP Offer: Der Server antwortet mit einem Angebot, das eine IP-Adresse und Konfigurationsdetails enthält.
  • DHCP Request: Der Client akzeptiert das Angebot und sendet eine Anfrage zurück an den Server.
  • DHCP Acknowledgment: Der Server bestätigt den Lease mit einer Bestätigungsnachricht.
• Mietdauer (Lease Duration) ist der Zeitraum, für den die IP-Adresse zugewiesen ist und kann vor Ablauf erneuert werden.

DHCP-Konfiguration

• Installation der DHCP-Server-Software ist erforderlich und variiert je nach Betriebssystem.
• Definition des IP-Adressbereichs (Scope), der zugewiesen werden soll.
• Optionskonfiguration: Zusätzliche Parameter wie DNS-Server und Standard-Gateway festlegen.
• Statische Reservierungen: Bestimmte MAC-Adressen werden spezifischen IP-Adressen zugeordnet.
• Ausschlüsse: IP-Adressen innerhalb des Scopes definieren, die nicht zugewiesen werden sollen, z.B. für Server oder Drucker.

DHCP Scope-Optionen

• Der Scope ist der Bereich der IP-Adressen, der von DHCP verwaltet wird.
• Häufige Optionen umfassen:
  • Router-Option (Option 3): Adresse des Standard-Gateways.
  • DNS-Server-Option (Option 6): IP-Adressen der DNS-Server.
  • Domain Name-Option (Option 15): Netzwerkdomänenname.
  • Lease Time-Option (Option 51): Dauer der IP-Leihe.
  • Benutzerdefinierte Optionen: Möglichkeit zur Definition standortspezifischer Einstellungen.

DHCP Relay Agents

• DHCP Relay Agents ermöglichen die Kommunikation zwischen DHCP-Clients und -Servern über verschiedene Subnetze.
• Sie leiten DHCP Discover- und Request-Nachrichten vom Client an den DHCP-Server weiter.
• Konfiguration: Setzen der IP-Adresse des DHCP-Servers im Relay-Agenten erforderlich.
• Vorteile: Zentralisierte DHCP-Verwaltung in größeren Netzwerken.

Active Directory

Domänendienste

• Kerndienst von Active Directory zur Verwaltung von Authentifizierung und Autorisierung.
• Komponenten:
  • Domäne: Logische Gruppierung von Netzwerkobjekten, die dieselbe AD-Datenbank teilen.
  • Organizational Units (OUs): Container zur Organisation von Benutzern, Gruppen und Geräten.
  • Vertrauensstellungen: Verbindungen zwischen Domänen zum Ressourcen-Zugriff.
• Wichtige Funktionen: Benutzer-Authentifizierung (Kerberos), Ressourcenverwaltung und Replikation von Verzeichnisdaten.

Gruppenrichtlinien

• Funktion zur Steuerung der Arbeitsumgebung von Benutzerkonten und Computeraccounts.
• Komponenten:
  • Gruppenrichtlinienelemente (GPOs): Sammlungen von Einstellungen für Benutzer- und Computerkonfigurationen.
• Wichtige Funktionen: Softwareinstallation, Sicherheitsrichtlinien, Desktop-Umgebungsmanagement.

Benutzerverwaltung

• Benutzerkonten werden erstellt und in Active Directory verwaltet.
• Gruppen:
  • Sicherheitsgruppen: Zum Zuweisen von Berechtigungen.
  • Verteilergruppen: Für E-Mail-Verteilerlisten.
• Wichtige Funktionen: Benutzermanagement, Passwortverwaltung.

Arten von Proxy-Servern

• Forward Proxy: Dient als Vermittler zwischen Client und Internet, filtert Anfragen und bietet Anonymität.
• Reverse Proxy: Handelt im Namen eines Servers zur Lastverteilung und Sicherheitsverbesserung.
• Transparent Proxy: Leitet Anfragen weiter, ohne sie zu ändern; häufig verwendet für Inhaltfilterung.
• Anonymer Proxy: Versteckt die IP-Adresse des Clients, identifiziert sich aber als Proxy für den Server.
• High Anonymity Proxy (Elite Proxy): Gewährt höchste Anonymität, ohne Proxy-Nutzung offenzulegen.
• Web Proxy: Funktioniert über Webbrowser und ermöglicht indirekten Zugriff auf Websites.
• SOCKS Proxy: Unterstützt verschiedene Verkehrstypen, nicht nur HTTP, ideal für Anwendungen wie Torrents.

Funktionsweise von Proxy-Servern

• Client sendet Anfrage zur Verbindung mit einer Website.
• Anfrage wird zuerst an den Proxy-Server geleitet.
• Der Proxy bewertet und verarbeitet die Anfrage; kann Inhalte cachen.
• Wenn Inhalte nicht im Cache sind, leitet der Proxy die Anfrage an den Zielserver weiter.
• Zielserver sendet Antwort an den Proxy, der diese zurück an den Client weitergibt.
• Proxy-Server können auch Sicherheitsprotokolle umsetzen, Inhalt filtern und Bandbreitenutzung verwalten.