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Lokale Übertragung vs. Weiterleitung

Direkte Zustellung vs. Weiterleitung über Vermittler

Lokale Übertragung vs. Weiterleitung

Einführung

Sie haben gelernt, dass Frames für lokale Übertragung und Pakete für globales Routing verwendet werden. In dieser Lektion lernen Sie, wie Geräte entscheiden, ob Daten direkt zugestellt oder weitergeleitet werden müssen.

Zwei grundlegende Szenarien

Szenario A: Lokale Übertragung (direkt)

Situation: Sender und Empfänger im selben Netzwerk

PC A (192.168.1.10)  →→→  PC B (192.168.1.20)
     ↓                    ↑
     └────── Switch ──────┘

Was passiert:

  • Direkte Zustellung über Switch
  • Nur ein Frame notwendig
  • Keine Router beteiligt

Szenario B: Weiterleitung (über Router)

Situation: Sender und Empfänger in verschiedenen Netzwerken

PC A (192.168.1.10)  →  Router  →  Server (8.8.8.8)
     Netz A              Gateway      Internet

Was passiert:

  • Zustellung über einen oder mehrere Router
  • Mehrere Frames (bei jedem Hop neu)
  • Routing-Entscheidungen unterwegs

Entscheidung: Lokal oder weitergeleitet?

Die zentrale Frage

Jedes Gerät stellt sich die Frage:

"Ist das Ziel im selben Netz wie ich?"

Antwort JA: → Direkte Zustellung (nur Schicht 2 - Frame)

Antwort NEIN: → An Gateway senden (Schicht 3 - Routing)

Wie wird das entschieden?

Durch Vergleich von IP-Adresse und Subnetzmaske:

Meine IP:        192.168.1.10
Subnetzmaske:    255.255.255.0
→ Mein Netzwerk: 192.168.1.0/24

Ziel-IP:         192.168.1.20
Subnetzmaske:    255.255.255.0
→ Ziel-Netzwerk: 192.168.1.0/24

Vergleich: 192.168.1.0 == 192.168.1.0?
→ JA → Gleiches Netz → Direkt senden

Anderes Beispiel:

Meine IP:        192.168.1.10
Subnetzmaske:    255.255.255.0
→ Mein Netzwerk: 192.168.1.0/24

Ziel-IP:         8.8.8.8
Subnetzmaske:    255.255.255.0
→ Ziel-Netzwerk: 8.8.8.0/24

Vergleich: 192.168.1.0 == 8.8.8.0?
→ NEIN → Anderes Netz → An Gateway senden

Direkte Zustellung im selben Netz

Schritt-für-Schritt-Ablauf

Beispiel: PC A (192.168.1.10) sendet an PC B (192.168.1.20)

1. PC A prüft:

Ziel: 192.168.1.20
Meine Subnetzmaske: 255.255.255.0
Berechnung: Gleiches Netz? → JA
Entscheidung: Direkt senden

2. PC A braucht MAC-Adresse:

Frage: "Welche MAC-Adresse hat 192.168.1.20?"
→ ARP-Anfrage: "Wer hat 192.168.1.20?"
→ ARP-Antwort: "Ich! Meine MAC: BB:BB:BB:BB:BB:BB"

3. PC A erstellt Frame:

+--------------------------------+
| Dest MAC: BB:BB:BB:BB:BB:BB    | ← PC B
| Source MAC: AA:AA:AA:AA:AA:AA  | ← PC A
| EtherType: 0x0800              |
+--------------------------------+
| IP-Paket                       |
|  Source IP: 192.168.1.10       |
|  Dest IP: 192.168.1.20         |
+--------------------------------+

4. Switch verarbeitet:

1. Frame empfangen
2. Ziel-MAC nachschlagen: BB:BB:BB:BB:BB:BB
3. Port gefunden: Port 5
4. Frame an Port 5 weiterleiten

5. PC B empfängt:

1. Frame empfangen
2. MAC-Adresse prüfen: Für mich? → JA
3. Frame auspacken
4. IP-Paket verarbeiten
5. Daten an Anwendung weiterleiten

Wichtige Eigenschaften

Lokale Zustellung:

  • Schnell: Nur ein Hop (Switch)
  • Einfach: Keine Routing-Entscheidungen
  • Broadcast möglich: Alle im Netz erreichbar
  • Direkt: Sender und Empfänger "sehen" sich

Weiterleitung über Vermittler

Schritt-für-Schritt-Ablauf

Beispiel: PC A (192.168.1.10) sendet an Server (8.8.8.8)

1. PC A prüft:

Ziel: 8.8.8.8
Meine Subnetzmaske: 255.255.255.0
Berechnung: Gleiches Netz? → NEIN
Entscheidung: An Gateway senden (192.168.1.1)

2. PC A braucht MAC-Adresse des Gateways:

Frage: "Welche MAC-Adresse hat Gateway 192.168.1.1?"
→ ARP-Anfrage oder aus Cache
→ MAC-Adresse: RR:RR:RR:RR:RR:RR

3. PC A erstellt Frame:

+--------------------------------+
| Dest MAC: RR:RR:RR:RR:RR:RR    | ← Router!
| Source MAC: AA:AA:AA:AA:AA:AA  | ← PC A
+--------------------------------+
| IP-Paket                       |
|  Source IP: 192.168.1.10       | ← Bleibt
|  Dest IP: 8.8.8.8              | ← Bleibt
|  TTL: 64                       |
+--------------------------------+

Wichtig:

  • MAC-Adresse: Zum Router (nicht zum Server!)
  • IP-Adresse: Zum Server (bleibt unverändert)

4. Router empfängt:

1. Frame empfangen
2. Für mich? (MAC prüfen) → JA
3. Frame auspacken
4. IP-Paket untersuchen
   - Ziel: 8.8.8.8
   - TTL: 64 → um 1 verringern → 63
5. Routing-Tabelle prüfen
   - Nächster Hop: 10.0.0.1
6. Neues Frame erstellen

5. Router erstellt neues Frame:

+--------------------------------+
| Dest MAC: XX:XX:XX:XX:XX:XX    | ← Nächster Router
| Source MAC: RR:RR:RR:RR:RR:RR  | ← Dieser Router
+--------------------------------+
| IP-Paket                       |
|  Source IP: 192.168.1.10       | ← Unverändert
|  Dest IP: 8.8.8.8              | ← Unverändert
|  TTL: 63                       | ← -1
+--------------------------------+

6. Prozess wiederholt sich:

Router 1 → Router 2 → Router 3 → ... → Ziel-Server

Jeder Router:

  • Empfängt Frame
  • Packt IP-Paket aus
  • Prüft Routing-Tabelle
  • Verringert TTL
  • Erstellt neues Frame
  • Sendet an nächsten Hop

TTL (Time To Live)

Zweck: Verhindern von Endlos-Schleifen

Funktionsweise:

Start:          TTL = 64
Nach Router 1:  TTL = 63
Nach Router 2:  TTL = 62
...
Nach Router 64: TTL = 0 → VERWERFEN

Bei TTL = 0:

Router sendet ICMP-Nachricht:
"Time Exceeded" zurück an Sender

Typische Start-Werte:

  • Linux/macOS: 64
  • Windows: 128
  • Cisco: 255

Entscheidungsgrundlagen unterwegs

Im Endgerät: Gateway-Entscheidung

Routing-Tabelle eines PCs:

Ziel-Netzwerk    Gateway         Interface
192.168.1.0/24   direkt          eth0
0.0.0.0/0        192.168.1.1     eth0  ← Default Route

Bedeutung:

  • 192.168.1.0/24: Lokale Geräte direkt ansprechen
  • 0.0.0.0/0: Alles andere über Gateway 192.168.1.1

Prüfung:

1. Ziel: 192.168.1.20
   → Passt auf 192.168.1.0/24 → Direkt

2. Ziel: 8.8.8.8
   → Passt NICHT auf 192.168.1.0/24
   → Passt auf 0.0.0.0/0 (Default)
   → Über Gateway 192.168.1.1

Im Router: Routing-Tabelle

Routing-Tabelle eines Routers:

Ziel-Netzwerk     Nächster Hop    Metrik  Interface
192.168.1.0/24    direkt          0       eth0
10.0.0.0/8        10.0.0.1        10      eth1
8.8.8.0/24        203.0.113.1     50      eth2
0.0.0.0/0         203.0.113.254   100     eth2

Entscheidungsprozess:

1. Empfange Paket mit Ziel 8.8.8.8
2. Prüfe Routing-Tabelle:
   - 192.168.1.0/24? → NEIN
   - 10.0.0.0/8? → NEIN
   - 8.8.8.0/24? → JA! → An 203.0.113.1
3. Verringere TTL
4. Erstelle neues Frame mit MAC von 203.0.113.1
5. Sende Frame

Longest Prefix Match:

  • Spezifischste Route gewinnt
  • 8.8.8.0/24 hat Vorrang vor 0.0.0.0/0

ARP-Rolle

Lokale Übertragung:

PC braucht MAC von Ziel-IP
→ ARP: "Wer hat IP 192.168.1.20?"
→ PC B antwortet: "Ich, meine MAC ist BB:BB..."

Weiterleitung:

PC braucht MAC von Gateway
→ ARP: "Wer hat IP 192.168.1.1?"
→ Router antwortet: "Ich, meine MAC ist RR:RR..."

Wichtig: ARP funktioniert nur lokal (im selben Broadcast-Domain)!

Vergleich: Lokal vs. Weitergeleitet

Tabellarischer Überblick

Aspekt Lokale Übertragung Weiterleitung
Netzwerk Gleiches Verschiedene
Geräte Switch Router
Hops 1 Mehrere
MAC-Ziel Ziel-Gerät Gateway
IP-Ziel Ziel-Gerät Ziel-Gerät
Frame 1 Frame Mehrere Frames
Broadcast Möglich Nicht möglich
Geschwindigkeit Schneller Langsamer

Praktische Beispiele

Lokal:

Drucker im Büro: 192.168.1.50
→ Direkter Zugriff über Switch
→ Schnell, einfach

Weitergeleitet:

Google-Server: 8.8.8.8
→ Über Router ins Internet
→ Viele Hops, langsamer

Zusammenfassung

Kernkonzepte

1. Entscheidung: Lokal oder weitergeleitet?

  • Durch Subnetzmaske bestimmt
  • Gleiches Netz → Direkt
  • Anderes Netz → Über Gateway

2. Lokale Übertragung

  • Direkt über Switch
  • Ein Frame
  • Schnell und einfach
  • ARP für MAC-Auflösung

3. Weiterleitung

  • Über einen oder mehrere Router
  • Mehrere Frames (bei jedem Hop neu)
  • IP-Adressen bleiben, MAC-Adressen ändern sich
  • TTL verhindert Schleifen

4. Entscheidungsgrundlagen

  • Routing-Tabelle in jedem Gerät
  • Longest Prefix Match
  • Default Route als Fallback

Warum das wichtig ist

Ohne Verständnis:

  • ❌ "Warum brauche ich ein Gateway?"
  • ❌ "Warum ändert sich die MAC-Adresse?"
  • ❌ "Was macht ein Router anders als ein Switch?"

Mit Verständnis:

  • ✅ Switch = lokale Zustellung (Layer 2, MAC)
  • ✅ Router = Weiterleitung (Layer 3, IP)
  • ✅ MAC-Adressen sind nur lokal gültig
  • ✅ IP-Adressen sind global (Ende zu Ende)

Ausblick

In der nächsten Lektion lernen Sie:

  • Was bei Paketverlust passiert
  • Unterschied zwischen zuverlässiger und schneller Übertragung
  • Warum nicht jede Kommunikation abgesichert ist

Merksatz: Gleiches Netz = direkt zum Ziel, anderes Netz = erst zum Router!

oder