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💻-💻 Peer-to-Peer-Netzwerk
- 🎯 Worum geht es?1)
- Du baust das einfachste Netzwerk – zwei Rechner direkt verbinden – auf.
- Du lernst, wie Daten über ein Netzwerk (z.B. das Internet) verschickt werden.
- Du lernst, warum sich zwei so unterschiedliche Systeme wie ein iOS Handy und ein Windows-PC verstehen können.
1. Netzwerk-Simulator "Filius"
ℹ️ Filius ist ein Netzwerk-Simulationsprogramm der Universität Siegen. Damit wirst du die Grundlagen der Netzwerktechnik erlernen. Die Kapitel zu Netzerken mit Filius basieren auf dem Skriptum zum Unterricht - Netzwerke mit Filius von Daniel Garmann.
⚠️ Für die Bearbeitung der Kapitel muss Filius vorgängig installiert werden:
Installation Filus auf dem eigenen Laptop (zum Öffnen klicken)
2. Peer-to-Peer Netzwerk einrichten und testen
✍ Auftrag – Filius 1
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👉 Verbinde zwei Laptops per LAN-Kabel zu einem „Peer-To-Peer-Netzwerk“.
💡 Aufgaben mit dem rechts gezeigten „Hammersymbol“ sind im Entwurfsmodus zu bearbeiten, dazu muss im Filius-Fenster auf das Hammersymbol geklickt werden.
- Starte Filius, füge zwei Laptops ein und verbinde diese per Kabel.
- Klicke auf den Laptop links, gebe diesen die
IP-Adresse192.168.0.10und denNamenRechner 0.10. - Gebe dem Laptop rechts die
IP-Adresse192.168.0.11und denNamenRechner 0.11. - Speichere das Netzwerk unter
Filius01ab.2) - Markiere diesen Auftrag als „Erledigt“.
✍ Auftrag – Filius 2
👉 Teste, ob das „Peer-To-Peer-Netzwerk“ funktioniert.
💡 Aufgaben mit dem rechts gezeigten „Wiedergabesymbol“ sind im Aktionsmodus zu bearbeiten, dazu muss im Filius-Fenster auf das Wiedergabesymbol geklickt werden.
- Wechsle in den Aktionsmodus.
- Klicke auf den
Rechner 0.10und installiere dieBefehlszeile. - Starte die
Befehlszeileund teste die Verbindung zumRechner 0.11mit dem Befehlping 192.168.0.11. Beachte dabei, wie das Kabel zwischen den Laptops die Farbe ändert, wenn Daten gesendet werden. - Wenn alles geklappt hat, sendet
Rechner 0.10viermal eine Nachricht („ping“) an denRechner 0.11, der jeweils mit einer Nachricht antwortet. - Öffne per Rechtsklick auf einen der beiden Laptops den
Datenaustausch. Dort siehst du die Nachrichten, welche ausgetauscht wurden. Suche die Zeile, in welcher das erste „ping“ gesendet wird. Schreibe die Nummer (SpalteNr.) dieser Zeile ins Textfeld. 🏓 Übrigens, die Antwort auf „ping“ wird als „pong“ bezeichnet. - Speichere das Netzwerk unter Filius02 ab, dieses wird für die Aufträge Filius 3 und Filius 4 gebraucht.
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3. Exkurs Netzwerkprotokolle und - schichten
🤓 Um den Datenaustausch in Filius zu verstehen, musst du wissen, wie Nachrichten in einem Netzwerk übermittelt werden. Daher zuerst etwas Theorie.
- Server
- Ein Server ist ein Rechner, der einen Dienst (Webseite, E-Mail etc.) zur Verfügung stellt, welchen andere Rechner nutzen können.
- Client
- Ein Client ist ein Rechner, der einen Server-Dienst nutzt.
- Protokoll
- Ein Protokoll ist einerseits eine Vereinbarung, wer was wann wie mit welchen Worten sagt (sonst würden sich all die unterschiedlichen Handys und Laptops nicht verstehen). Und andererseits eine (binär codierte) Netzwerk-Nachricht, welche gemäss der Protokoll-Vereinbarung geschrieben und verschickt wird.
- Schichtmodell
- Der Aufbau von einem Netzwerk (z.B. das Internet) kann durch ein Schichtmodell beschrieben werden (siehe Tabelle).
- Zusammenhang der Schichten
- Wenn z.B. auf einem Client ein Browser eine Webseite bei einem Server anfragen möchte, so erzeugt der Browser für die Anfrage ein entsprechendes http-Protokoll (Anwendungsschicht). Damit das http-Protokoll verschickt werden kann, muss der Client zuerst eine Verbindung zum Server herstellen (Transportschicht). Damit eine Verbindung zum Server hergestellt werden kann, muss zuerst ein Weg durch das Internet gefunden werden (Vermittlungsschicht). Und damit ein Weg durch das Internet gefunden werden kann, muss zuerst einmal geschaut werden, ob überhaupt die nächste Netzwerkkarte angesprochen werden kann (Netzzugangsschicht).
| Schicht | Beschreibung | Protokoll-Beispiele | „Adressen“ |
|---|---|---|---|
| Anwendung | Verschickt Daten und Dateien von Anwendungsprogrammen in Form von Anwendungsprotokollen. Jede Anwendung wird dabei durch ihre Port-Nummer identifiziert. | http, dns | Port-Nummer |
| Transport | Stellt Verbindung zwischen Client und Server her. Spaltet beim Senden grosse Anwendungsprotokolle in kleinere Einheiten und setzt diese beim Empfangen mithilfe der Segment Number wieder zusammen | tcp, udp | Segment Number |
| Vermittlung | Sucht den Weg durch das Netzwerk / Internet. Die IP-Adresse dient dabei als „Post-Adresse“, an welche die Daten verschickt werden. | ip, icmp, arp | IP-Adresse |
| Netzzugang | Überträgt die Daten von einer Netzwerkkarte zur nächsten (sodass irgendwann nach mehreren Schritten das Ziel erreicht wird). Jede Netzwerkkarte besitzt eine eigene MAC-Adresse. | ethernet | MAC-Adresse |
- Durchlauf durch die Schichten – Wie bei der Paketpost
- Eine Webseiten-Anfrage, die vom Client gesendet wird, durchläuft auf dem Client alle Schichten von oben nach unten. Dabei werden die Daten in jeder Schicht gemäss Protokoll verarbeitet und verpackt. In jeder Schicht werden die Daten mit einer Zusatzinformation ergänzt - dem Header. Die Header beinhalten unter anderem die „Adressen“ der jeweiligen Schicht (siehe obige Tabelle).
- In der Anwendungsschicht werden die Port-Nummern des Client-Browsers und des Webserverprogramms ergänzt (Anwendungsheader). Danach wird in der Transportschicht eine Segment Number ergänzt (Transportheader - wenn die Nachricht in mehrere Teile gespalten wird, dann erlaubt die Segment Number dem Server die Teile wieder richtig zusammenzusetzen). Anschliessend werden die Client- und Server IP-Adressen ergänzt (Vermittlungsheader - quasi die Absender- und Empfängeradressen). Am Ende wird die MAC-Adresse der nächsten Netzwerkkarte (Netzzugangsheader) ergänzt und die Anfrage an die nächste Netzwerkkarte weitergeleitet.
- Auf dem Server werden die Schichten dann umgekehrt von unten nach oben durchlaufen, alle Header wieder entfernt und die Daten der Anwendung übergeben.
✍ Auftrag – Theorie
- Kopiere die folgenden Stichworte zu den Beschreibungen / Eigenschaften in der Tabelle:
Server,Client,Protokoll,Anwendungsschicht,Transportschicht,Vermittlungsschicht,Netzzugangsschicht,HeaderLoading ⌛ - Der Befehl
pingnutzt dasicmpProtokoll, welches zur Vermittlungsschicht gehört. In welchen Schichten werden der icmp Nachricht beim Senden Header hinzugefügt? Schreibe einxhinter die betreffenden Schichten.
Lösungshinweis Loading ⌛
🏡 Heimauftrag MAC-Adresse
Loading ⌛💡 Die „MAC-Adresse“ oder auch „Physikalische Adresse“ oder „Hardware-Adresse“ genannt, wird durch sechs zweistellige Hexadezimalzahlen dargestellt, z.B. 6A:64:5A:2F:C3:61 oder 6A-64-5A-2F-C3-61.
Die MAC-Adresse ist in der Hardware fest abgespeichert (im Gegensatz dazu kann die IP-Adresse frei gewählt oder zugeteilt werden). Über die MAC-Adresse ist es möglich, Geräte in einem Netzwerk zu identifizieren und z.B. für das Netzwerk zu sperren.
- Öffne auf deinem privaten Computer (zu Hause oder an der Schule) das Online-Tool MAC-Adressen.
- Lese in der Online-Tool-Beschreibung nach, wie du die MAC-Adresse der Netzwerkkarte in deinem Rechner herauslesen kannst.
Tipp: Auf Windows kannst du eine Kommandozeile im Programm „cmd“ eingeben, auf macOS im Programm „terminal“. - Überprüfe die MAC-Adresse im Tool. Was kommt dabei heraus?
- Markiere diese Aufgab als „Erledigt“!
4. Peer-to-Peer-Netzwerk verstehen
✍ Auftrag – Filius 3
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💡 Untersuche, wie genau sich die Rechner finden und miteinander kommunizieren können.
- ⚠️ Öffne in Filius das Netzwerk erneut, welches du unter dem Namen Filius02 abgespeichert hattest (so löschst du alle Daten und kannst mit einem frischen Netzwerk beginnen, was für diesen Auftrag notwendig ist).
- Klicke im Aktionsmodus auf den
Rechner 0.10und starte dieBefehlszeile. - Öffne per Rechtsklick auf einen der beiden Laptops den
Datenaustausch. Wenn der Datenaustausch leer ist, dann setzten erneut einen Ping ab (schreibe in dieBefehlszeiledesRechner 0.10die Anweisungping 192.168.0.11). - Gebe danach in der Filius-Befehlszeile den Befehl
ipconfigein und studiere die Ausgabe. - Gebe danach in der Filius-Befehlszeile den Befehl
arpein und studiere die Ausgabe. - Öffne den Datenaustausch. Jede Zeile stellt eine Nachricht (ein Protokoll) dar, welche gesendet oder empfangen wurde. Klicke auf eine Nachricht, um die Details zu sehen. Hier siehst du z.B. von welcher Schicht welche Header der Nachricht hinzugefügt wurden und was darin steht.
- Diskutiere mit einer Mitschülerin oder einem Mitschüler die folgenden Fragen. Halte eure Antworten im Textfeld fest.
- Was bedeutet im Datenaustausch im ersten ARP-Protokoll der Eintrag
FF:FF:FF:FF:FF:FF(recherchiere dazu im Internet)? - Was genau passiert bei den beiden „ARP“-Einträgen?
- Was passiert bei den ersten beiden „ICMP“-Einträgen?
- Wenn erneut ein
ping 192.168.0.11ausgeführt wird, dann wird kein ARP-Protokoll versandt, da sich die beiden Rechner bereits vom ersten Ping her kennen. Aber angenommen, es wird ein zusätzlicher Rechner mit der IP-Adresse192.168.0.12dem Netzwerk hingefügt. Dann löst die Anweisungping 192.168.0.12wiederum ein „arp“-Protokoll aus. Warum?
- Rufe anschliessend die Lehrperson, wenn die Lehrperson zufrieden ist mit den Antworten, markierst du die Aufgabe als „Erledigt“.
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Eigene Notizen
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1)
Bildquellen: Wenn nicht anders angegeben, stellen die Bilder Screenshots der Software Filius von Stefan Freischlad dar und unterliegen der GNU General Public License V3
2)
Wenn du auf dem Schulgerät arbeitest, speichere die Datei in der Cloud ab, sie wird sonst nächstes Mal nicht wiederzufinden sein
3)
Client-server-model by David Vignoni, Calimo and Mgyugcha on Wikimedia Commons under GNU Lesser General Public License