CBRA - Informatik Unterricht

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Netzwerke ​

Willkommen im Kapitel �ber Computernetzwerke! Hier lernst du, wie Computer miteinander kommunizieren und wie das Internet funktioniert.

Was dich erwartet ​

In diesem Kapitel schauen wir uns die Grundlagen moderner Netzwerke an. Du erf�hrst, wie Daten von einem Computer zum anderen gelangen, welche Protokolle dabei verwendet werden und wie du bei Problemen vorgehen kannst. Die Themen bauen aufeinander auf, deshalb empfiehlt es sich, sie in der angegebenen Reihenfolge durchzugehen.

Grundlagen und Netzwerk-Topologien ​

Wir starten mit den Basics: Was ist �berhaupt ein Netzwerk? Wie k�nnen Computer verbunden werden? Du lernst verschiedene Netzwerk-Topologien kennen (Stern, Bus, Ring, Mesh) und verstehst den Unterschied zwischen Peer-to-Peer und Client-Server-Architekturen. Au�erdem schauen wir uns wichtige Netzwerkger�te wie Switches, Router und Gateways an.

MAC-Adressen und IP-Adressen ​

Hier geht es um Adressierung: Wie findet ein Datenpaket seinen Weg zum richtigen Empf�nger? Du lernst den Unterschied zwischen Hardware-Adressen (MAC) und logischen Adressen (IP) kennen. Wir kl�ren auch, warum wir beide Arten von Adressen brauchen und wie das Address Resolution Protocol (ARP) zwischen ihnen vermittelt.

Netzmasken und Subnetting ​

Netzmasken bestimmen, welche Ger�te zum gleichen Netzwerk geh�ren. In diesem Kapitel erf�hrst du, wie Netzmasken funktionieren, was die CIDR-Notation bedeutet und wie gro�e Netzwerke in kleinere Subnetze aufgeteilt werden k�nnen. Das klingt kompliziert, ist aber mit ein paar Beispielen schnell verstanden.

Netzwerkprotokolle ​

Protokolle sind die Regeln, nach denen Computer kommunizieren. Wir schauen uns das Schichtenmodell an und konzentrieren uns auf die wichtigsten Protokolle: TCP und UDP. Du verstehst danach, warum manche Anwendungen TCP verwenden (wie Webbrowser) und andere UDP (wie Videostreaming), und was Ports eigentlich sind.

Internet-Dienste (DNS, DHCP, HTTP) ​

Ohne diese drei Dienste w�rde das Internet, wie wir es kennen, nicht funktionieren. DNS �bersetzt Domainnamen in IP-Adressen, DHCP vergibt automatisch Netzwerkkonfigurationen, und HTTP ist das Protokoll, �ber das Webseiten �bertragen werden. Du erf�hrst auch, was HTTPS von HTTP unterscheidet und warum das wichtig ist.

Netzwerksicherheit und Probleml�sung ​

Im letzten Kapitel geht es um Sicherheit und Troubleshooting. Wir schauen uns an, wie Firewalls funktionieren, was NAT macht und wof�r VPNs verwendet werden. Au�erdem lernst du systematische Vorgehensweisen kennen, um Netzwerkprobleme zu diagnostizieren und zu l�sen. Mit Tools wie ping, traceroute und ipconfig kannst du dann selbstst�ndig Fehler finden.

Bilder TODO-Liste ​

Die folgenden Bilder m�ssen noch hinzugef�gt oder erstellt werden, um das Verst�ndnis der Themen zu verbessern:

Grundlagen und Netzwerk-Topologien ​

  • [ ] P2P vs. Client-Server Vergleich (aktuell: Pasted image 20251105174156.png)

    • Zeigt visuell den Unterschied zwischen Peer-to-Peer und Client-Server Architektur
    • Links: mehrere Computer gleichberechtigt verbunden (P2P)
    • Rechts: mehrere Clients verbunden mit einem zentralen Server

  • [ ] Netzwerk-Topologien �bersicht (aktuell: Pasted image 20251105174227.png)

    • Diagramm mit allen vier Topologien nebeneinander: Stern, Bus, Ring, Mesh
    • Jede Topologie sollte 4-5 Computer zeigen und klar beschriftet sein

  • [ ] Switch vs. Router Unterschied

    • Zeigt einen Switch, der Ger�te im gleichen Netzwerk verbindet
    • Zeigt einen Router, der verschiedene Netzwerke verbindet
    • Hilft zu verstehen, wann welches Ger�t verwendet wird

Netzwerkprotokolle ​

  • [ ] OSI/TCP-IP Schichtenmodell

    • Vereinfachtes Diagramm der Netzwerkschichten (Layer 1-7)
    • Zeigt Beispiele f�r jede Schicht (z.B. "Layer 4: TCP, UDP")
    • Einfach gehalten, nicht zu technisch

  • [ ] TCP Three-Way Handshake

    • Sequenzdiagramm: Client � Server
    • Zeigt SYN � SYN-ACK � ACK mit Pfeilen
    • Beschriftung: "1. Anfrage", "2. Best�tigung", "3. Best�tigt"

  • [ ] TCP vs. UDP Vergleich

    • Zwei parallele Diagramme
    • TCP: zeigt Best�tigungen und geordnete Pakete
    • UDP: zeigt schnelle �bertragung ohne Best�tigungen

  • [ ] Ports Visualisierung

    • Zeigt einen Computer als "Haus" mit mehreren "T�ren" (Ports)
    • Verschiedene Anwendungen nutzen verschiedene Ports
    • Beispiele: Port 80 (HTTP), Port 443 (HTTPS), Port 22 (SSH)

Internet-Dienste (DNS, DHCP, HTTP) ​

  • [ ] DNS Hierarchie

    • Pyramide oder Baumstruktur
    • Oben: Root-Server
    • Mitte: Top-Level-Domains (.com, .de, .org)
    • Unten: Domain-Namen (google.com, beispiel.de)

  • [ ] DNS Aufl�sung Prozess

    • Sequenzdiagramm von Browser bis Webserver
    • Zeigt: Browser � DNS-Server � Antwort mit IP � Verbindung zu Webserver
    • Nummern f�r jeden Schritt

  • [ ] DHCP DORA-Prozess

    • Vier Schritte visualisiert: Discover � Offer � Request � Acknowledge
    • Client und Server als Icons
    • Pfeile zwischen ihnen mit Beschriftungen

  • [ ] HTTP Request/Response

    • Zwei Boxen: HTTP Request (links) und HTTP Response (rechts)
    • Zeigt typische Header und Daten
    • Pfeile zeigen Richtung: Client � Server � Client

  • [ ] HTTP Status Codes �bersicht

    • Tabelle oder Infografik mit den wichtigsten Codes
    • Farbcodiert: 2xx gr�n (Erfolg), 3xx blau (Umleitung), 4xx orange (Client-Fehler), 5xx rot (Server-Fehler)
    • Beispiele: 200 OK, 404 Not Found, 500 Internal Error

  • [ ] HTTP vs. HTTPS

    • Zwei parallele Darstellungen
    • HTTP: Daten als lesbarer Text
    • HTTPS: Daten verschl�sselt mit Schloss-Symbol

MAC-Adressen und IP-Adressen ​

  • [ ] MAC-Adresse Format

    • Zeigt eine MAC-Adresse (z.B. 00:1A:2B:3C:4D:5E)
    • Erste 3 Bytes hervorgehoben: "Hersteller-ID"
    • Letzte 3 Bytes hervorgehoben: "Ger�te-ID"

  • [ ] IPv4-Adresse Struktur

    • Zeigt IP-Adresse 192.168.1.100 mit /24
    • Farbcodierung: Netzwerk-Teil vs. Host-Teil
    • Bin�re Darstellung darunter (optional)

  • [ ] Private vs. �ffentliche IP-Bereiche

    • Diagramm: Heimnetzwerk mit privaten IPs (192.168.x.x)
    • Router in der Mitte
    • Internet mit �ffentlicher IP
    • Zeigt, dass private IPs nicht im Internet geroutet werden

  • [ ] MAC vs. IP Vergleich

    • Tabelle oder zwei Spalten
    • Links: MAC (Hardware, fest, lokal)
    • Rechts: IP (Software, �nderbar, weltweit)
    • Visuelle Icons f�r jeden Typ

  • [ ] ARP-Prozess

    • Sequenzdiagramm mit 3-4 Computern in einem Netzwerk
    • Computer A sendet Broadcast: "Wer hat IP 192.168.1.50?"
    • Computer B antwortet: "Ich! Meine MAC ist XX:XX:XX"
    • Zeigt ARP-Tabelle von Computer A

Netzmasken und Subnetting ​

  • [ ] Netzmaske Visualisierung

    • Zeigt IP-Adresse 192.168.1.100 mit Netzmaske 255.255.255.0
    • Bin�re Darstellung beider Zeilen
    • Markierung: welche Bits sind Netzwerk (1en) und welche Host (0en)

  • [ ] Netzwerk-Bereiche Beispiel

    • Zeigt Netzwerk 192.168.1.0/24 als Linie
    • Markierungen:
      • .0 = Netzwerk-Adresse (nicht nutzbar)
      • .1-.254 = nutzbare Hosts (gr�n)
      • .255 = Broadcast-Adresse (nicht nutzbar)

  • [ ] Subnetting Beispiel

    • Gro�es Netzwerk /24 wird geteilt
    • Zwei kleinere Subnetze /25 entstehen
    • Zeigt die Aufteilung der IP-Bereiche
    • Hilft zu verstehen, wie aus einem gro�en Netz mehrere kleine werden

  • [ ] CIDR-Notation Tabelle

    • Zeigt h�ufige Netzmasken
    • Spalten: Dezimal (255.255.255.0), CIDR (/24), Anzahl Hosts (254)
    • �bersichtliche Tabelle f�r schnelle Referenz

Netzwerksicherheit und Probleml�sung ​

  • [ ] Firewall Konzept

    • Zeigt Firewall als Mauer/Schild zwischen LAN und Internet
    • Pfeile zeigen erlaubten (gr�n) und blockierten (rot) Traffic
    • Einfache Regel-Beispiele: "Port 80 erlaubt", "Port 22 blockiert"

  • [ ] NAT Funktionsweise

    • Diagramm mit LAN (private IPs) - Router - Internet (�ffentliche IP)
    • Zeigt NAT-Tabelle im Router
    • Computer 192.168.1.100:50000 wird zu 88.77.66.55:12345
    • Zeigt hin und zur�ck

  • [ ] VPN Tunnel

    • Computer (links) - verschl�sselter Tunnel - VPN-Server (mitte) - Internet (rechts)
    • Tunnel visualisiert als "R�hre" mit Schloss-Symbol
    • Zeigt, dass Daten gesch�tzt sind

  • [ ] Troubleshooting Flowchart

    • Entscheidungsbaum f�r "Kein Internet"
    • Start: Problem identifizieren
    • Schritte: Kabel pr�fen � IP-Adresse checken � Gateway pingen � Internet testen � DNS pr�fen
    • Jeder Schritt f�hrt zu einer L�sung oder zum n�chsten Schritt

  • [ ] Ping Visualisierung

    • Zeigt Computer A sendet ICMP Echo Request zu Computer B
    • Computer B antwortet mit Echo Reply
    • Zeigt Roundtrip Time (RTT)
    • Einfaches Diagramm mit Pfeilen

  • [ ] Netzwerk-Layer Troubleshooting

    • Pyramide oder Schichten von unten nach oben
    • Layer 1: Physikalisch (Kabel, LEDs)
    • Layer 2: Verbindung (MAC, Switch)
    • Layer 3: Netzwerk (IP, Router)
    • Layer 4+: Transport/Anwendung (Port, Dienst)
    • Zeigt systematisches Vorgehen von unten nach oben

Notizen zu den Bildern ​

  • Alle Bilder sollten einfach und klar sein - keine �berladenen Diagramme
  • Deutschsprachige Beschriftungen verwenden
  • Konsistenter Stil �ber alle Bilder hinweg
  • Farbcodierung hilft beim Verst�ndnis (z.B. gr�n = erlaubt, rot = blockiert)
  • Die aktuellen Obsidian-Links (![[Pasted image...]]) m�ssen durch korrekte VitePress-Syntax ersetzt werden: ![Beschreibung](./pfad-zum-bild.png)

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