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
/24 → /2911111111111111111111111111111000NetzbitsHostbits

Das Netz 192.168.220.0/24 wird in /29-Subnetze aufgeteilt, nummeriert mit 1, 2, 3, … ab der niedrigsten Adresse (Subnetz 1 beginnt bei .0). Wie lautet das vierte Oktett x der Broadcastadresse von Subnetz 4?

192.168.220.0/24/29Subnetz 4 (Subnetz 1 beginnt bei .0)
x =
2.IPv4-SubnettingSchwer
letztes Oktett = 208112816403211608040201NetzHost

Ein Host hat die Adresse 10.20.223.208/29. Welches ist das vierte Oktett x der letzten nutzbaren Hostadresse in seinem Subnetz?

10.20.223.208/29
x =
3.RechnernetzeMittel

Welches Feld im IPv4-Header verhindert, dass Pakete in einer Routing-Schleife ewig kreisen?

  1. AIdentification
  2. BHeader-Prüfsumme
  3. CTime to Live (TTL)
  4. DType of Service
4.RechnernetzeSchwer

Wie verbessert ein Content Delivery Network (CDN) die Web-Performance hauptsächlich?

  1. AEs liefert zwischengespeicherte Inhalte von Servern in der Nähe der Nutzer aus
  2. BEs macht DNS-Abfragen überflüssig
  3. CEs ersetzt TCP durch ein schnelleres Transportprotokoll
  4. DEs erhöht die Bandbreite der eigenen Heimanschlüsse der Nutzer
5.ZahlensystemeMittel
8-Bit-Zweierkomplement?−128?64?32?16?8?4?2?1

Schreibe −9 als 8-Bit-Muster im Zweierkomplement. Lies das Muster als vorzeichenlose Binärzahl: Welchen Wert U hat es im Dezimalsystem?

N = −98 bit
U =
6.ZahlensystemeSchwer
Klicke auf die Bits, um sie zu setzen012806403201608040201

Setze die Bits auf das 8-Bit-Ergebnis von 1011 1111 XOR 0011 0110. Welchen Wert R hat das Ergebnis dezimal?

1011 1111XOR0011 0110
R =

3Lösungen

1.IPv4-Subnetting

Antwort: x = 31

IPv4 subnetting: an address has 32 bits. The prefix /p says how many leading bits identify the network; the remaining 32 − p bits number the hosts. A subnet has 2³²⁻ᵖ addresses, but the first (network address) and last (broadcast address) cannot be given to hosts, so 2³²⁻ᵖ − 2 hosts fit. Exceptions: a /31 (point-to-point link, RFC 3021) uses both of its 2 addresses for hosts, and a /32 is one single address (a single host or a loopback).

Blockgröße

23 = 8

Subnetz Nummer 4

Netz: (4 − 1)·8 = 24
Broadcast: 24 + 8 − 1 = 31

Antwort

x = 31
2.IPv4-Subnetting

Antwort: x = 214

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).

Blockgröße

23 = 8

Subnetz dieses Hosts

Netz: ⌊208/8⌋·8 = 208
Broadcast: 208 + 8 − 1 = 215
nutzbare Hosts: 209 … 214

Antwort

x = 214
3.Rechnernetze

Antwort: C · Time to Live (TTL)

Warum das die Antwort ist

Jeder Router dekrementiert die TTL; bei null wird das Paket verworfen und meist eine ICMP-Nachricht „Time Exceeded“ gesendet. IPv6 nennt das Feld Hop Limit.

Antwort

C · Time to Live (TTL)
4.Rechnernetze

Antwort: A · Es liefert zwischengespeicherte Inhalte von Servern in der Nähe der Nutzer aus

Warum das die Antwort ist

CDNs legen Kopien von Inhalten an vielen Edge-Standorten ab und leiten Nutzer, oft über DNS, zu einem nahen Server. Das senkt die Latenz und die Last am Ursprungsserver.

Antwort

A · Es liefert zwischengespeicherte Inhalte von Servern in der Nähe der Nutzer aus
5.Zahlensysteme

Antwort: U = 247

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.

Invertieren und eins addieren

9 = 0000 1001
invertiert: 1111 0110
+1 → 1111 0111

Vorzeichenlos lesen

1111 0111₂ = 256 − 9 = 247

Antwort

U = 247
6.Zahlensysteme

Antwort: R = 137

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.

Bit für Bit

XOR ergibt 1, wo sich die beiden Bits unterscheiden.

1011 1111
XOR 0011 0110
= 1000 1001

Wert des Ergebnisses

1000 1001₂ = 137

Antwort

R = 137

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