Rechnernetze: Lernpaket

Formelsammlungen, die wichtigsten Lösungsschritte zu jedem Thema und 6 Übungsaufgaben, mit vollständigen Lösungen am Ende.

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1Formeln und Methoden

IPv4-Subnetting

Hosts pro Subnetz
2(32 − prefix) − 2 (/31: 2, /32: 1)
Blockgröße
256 − (mask octet)
Netzadresse
IP AND Maske
Broadcast-Adresse
IP OR (NOT Maske): alle Host-Bits auf 1
Subnetze aus n geliehenen Bits
2n

Zahlensysteme

Stellenwerte
binär 2k, oktal 8k, hex 16k
Ins Dezimalsystem
Σ dk·bk
Aus dem Dezimalsystem
durch die Basis teilen, die Reste von unten nach oben lesen
Hex ↔ binär
eine Hex-Ziffer = 4 Bits
Zweierkomplement
die Bits invertieren und 1 addieren

2Übungsaufgaben

1.IPv4-SubnettingMittel
/22 → /2511111111111111111111111110000000NetzbitsHostbits

Das Netz 10.5.80.0/22 wird in gleich große Subnetze mit dem Präfix /25 aufgeteilt. Wie viele Subnetze N gibt es?

10.5.80.0/22/25
N =
2.IPv4-SubnettingSchwer
drittes Oktett 217 … 218112816403211618040211gemeinsamverschieden

Ein Router hat Routen zu diesen Netzen: 10.152.217.0/24, 10.152.218.0/24. Wie groß ist die längste Präfixlänge p einer einzigen Summenroute, die alle abdeckt?

10.152.217.0/24 … 10.152.218.0/24
p =
3.RechnernetzeMittel

Wie unterscheidet sich eine zustandsbehaftete (stateful) Firewall von einem einfachen Paketfilter?

  1. ASie prüft nur die MAC-Adresse jedes Rahmens
  2. BSie blockiert ausnahmslos den gesamten eingehenden Verkehr, auch Antworten auf ausgehende Anfragen
  3. CSie verschlüsselt jedes weitergeleitete Paket
  4. DSie verfolgt Verbindungen und lässt Antworten zu, die zu bestehenden Sitzungen gehören
4.RechnernetzeSchwer

Head-of-Line-Blocking bei HTTP/2 über TCP tritt auf, weil:

  1. AEin verlorenes TCP-Segment alle gemultiplexten Streams verzögert, bis es neu übertragen wurde
  2. BServer keine parallelen Anfragen verarbeiten können
  3. CHTTP/2 UDP verwendet
  4. DJede Anfrage eine eigene neue TCP-Verbindung benötigt, sodass spätere Anfragen in einer Warteschlange warten
5.ZahlensystemeMittel
8-Bit-Zweierkomplement0−12806403201608040201

Setze die Bits so, dass sie −97 im 8-Bit-Zweierkomplement speichern. Welchen Wert U hat das Muster, wenn man es als vorzeichenlose Zahl liest?

N = −978 bit
U =
6.ZahlensystemeSchwer
4756 Codes, b = ? Bit?2ᵇ⁻¹…?4?2?1

Ein System muss jedem von 4756 Elementen einen eigenen Binärcode gleicher Länge geben. Wie viele Bits b braucht es mindestens?

4756
b = bit

3Lösungen

1.IPv4-Subnetting

Antwort: N = 8

IPv4-Subnetting: Eine Adresse hat 32 Bits. Das Präfix /p gibt an, wie viele führende Bits das Netz bezeichnen; die übrigen 32 − p Bits nummerieren die Hosts. Ein Subnetz hat 2³²⁻ᵖ Adressen, aber die erste (Netzadresse) und die letzte (Broadcast-Adresse) können keinem Host gegeben werden, also passen 2³²⁻ᵖ − 2 Hosts hinein. Ausnahmen: Ein /31 (Punkt-zu-Punkt-Verbindung, RFC 3021) nutzt beide seiner 2 Adressen für Hosts, und ein /32 ist eine einzelne Adresse (ein einzelner Host oder ein Loopback).

Geliehene Bits

25 − 22 = 3

Anzahl der Subnetze

N = 23 = 8

Antwort

N = 8

Jedes /25-Subnetz hat 27 − 2 = 126 nutzbare Hosts.

2.IPv4-Subnetting

Antwort: p = 22

Routenzusammenfassung: Eine Summenroute a.b.c.0/p deckt alle Netze ab, deren erste p Bits übereinstimmen. Schreibe das abweichende Oktett des ersten und letzten Netzes binär; die Anzahl der gemeinsamen führenden Bits plus die Bits der Oktette davor ist das längste Summenpräfix.

Die Bits vergleichen

217 = 11011001
218 = 11011010
gemeinsame führende Bits: 6

Präfixlänge

p = 16 + 6 = 22

Antwort

p = /22

Summenroute: 10.152.216.0/22 (sie deckt auch 2 Netz(e) ab, die nicht in der Liste stehen).

3.Rechnernetze

Antwort: D · Sie verfolgt Verbindungen und lässt Antworten zu, die zu bestehenden Sitzungen gehören

Warum das die Antwort ist

Eine Stateful Firewall führt eine Tabelle aktiver Verbindungen, sodass Rückverkehr automatisch zugelassen wird. Ein zustandsloser Filter beurteilt jedes Paket isoliert.

Antwort

D · Sie verfolgt Verbindungen und lässt Antworten zu, die zu bestehenden Sitzungen gehören
4.Rechnernetze

Antwort: A · Ein verlorenes TCP-Segment alle gemultiplexten Streams verzögert, bis es neu übertragen wurde

Warum das die Antwort ist

TCP liefert Bytes in Reihenfolge aus, daher blockiert ein einziger Verlust jeden Stream der Verbindung. QUIC (HTTP/3) behandelt Streams unabhängig voneinander über UDP.

Antwort

A · Ein verlorenes TCP-Segment alle gemultiplexten Streams verzögert, bis es neu übertragen wurde
5.Zahlensysteme

Antwort: U = 159

Bits setzen: Jedes Bit hat den Wert einer Zweierpotenz (128, 64, …, 1). Eine Hexadezimalziffer entspricht genau vier Bits, und im 8-Bit-Zweierkomplement hat das linke Bit den Wert −128. Bitweise Operationen wirken auf jede Bitposition einzeln.

Invertieren und eins addieren

97 = 0110 0001
invertiert: 1001 1110
+1 → 1001 1111

Vorzeichenlos lesen

1001 1111₂ = 256 − 97 = 159

Antwort

U = 159
6.Zahlensysteme

Antwort: b = 13 bit

Stellenwertsysteme: Jede Ziffer ist ihren Wert mal eine Potenz der Basis wert. Im Binärsystem sind die Stellen 1, 2, 4, 8, 16, … wert, im Hexadezimalsystem 1, 16, 256, …, wobei A–F für 10–15 stehen. Im 8-Bit-Zweierkomplement ist das linke Bit −128 statt +128 wert; so werden negative Zahlen gespeichert.

Zweierpotenzen

212 = 4096 < 4756
213 = 8192 ≥ 4756

Antwort

b = 13

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