Netzwerk

Von OSI-Schichten über IP-Subnetze bis hin zum DNS-Aufruf: Ein strukturierter Leitfaden für IT-Verantwortliche, Administratoren und Einsteiger in der öffentlichen Verwaltung.

In diesem Artikel fassen wir die wichtigsten Grundlagen der Netzwerktechnik verständlich zusammen – ideal zum Nachschlagen, Auffrischen und für das Verständnis von IT-Sicherheitskonzepten.

Kommunikationsmodelle: OSI vs. TCP/IP

Damit verschiedene Geräte herstellerübergreifend miteinander kommunizieren können, braucht es Standards. Zwei Modelle beschreiben diesen Prozess:

Das OSI-Modell (Open Systems Interconnection) teilt die Kommunikation in sieben abstrahierte Schichten ein:

  • Layer 7 (Application / Anwendung): Schnittstelle zur Anwendungssoftware (z. B. HTTP, DNS, SMTP).
  • Layer 6 (Presentation / Darstellung): Verschlüsselung, Komprimierung, Datenformate (z. B. SSL/TLS).
  • Layer 5 (Session / Sitzung): Steuerung und Verwaltung der Verbindungen.
  • Layer 4 (Transport / Transport): End-to-End-Übertragung und Fehlerkontrolle (TCP, UDP).
  • Layer 3 (Network / Vermittlung): Routing von Datenpaketen und logische Adressierung (IP).
  • Layer 2 (Data Link / Sicherung): Physikalische Adressierung (MAC-Adressen) und Übertragung im lokalen Netz (Ethernet).
  • Layer 1 (Physical / Bitübertragung): Physikalische Signale über Kabel (LWL, Kupfer) oder Funk.

In der Praxis hat sich das schlankere TCP/IP-Modell durchgesetzt, das die 7 Schichten des OSI-Modells in vier Schichten zusammenfasst:

  1. Application (Anwendung): Entspricht OSI-Layer 5–7.
  2. Transport (Transport): Entspricht OSI-Layer 4 (TCP/UDP).
  3. Internet (Internet): Entspricht OSI-Layer 3 (IP-Routing).
  4. Network Access (Netzzugang): Entspricht OSI-Layer 1–2 (Ethernet, Wi-Fi).
Adressierung & Subnetting im IPv4-NetzJedes Gerät im Netzwerk benötigt eine eindeutige Adresse, um erreichbar zu sein.

Private IP-Adressbereiche

Im lokalen Netzwerk (LAN) werden private IP-Adressen genutzt, die im Internet nicht geroutet werden:

  • 10.0.0.0 /8 (Große Netzwerke/Koppelnetze)
  • 172.16.0.0 /12 (Mittelgroße Netze)
  • 192.168.0.0 /16 (Kleine Heim- und Bilanzen-Netze, z. B. 192.168.1.10)
  • 127.0.0.1 (Loopback / Localhost für interne Tests)

Subnetting leicht gemacht

Durch Subnetting werden Netzwerke in kleinere, isolierte Segmente unterteilt – ein wesentlicher Aspekt für die **IT-Sicherheit in der Verwaltung** (VLAN-Abtrennung von Fachverfahren, Bürger-WLAN und Verwaltung):

Beispiel: 192.168.1.0/24

  • Subnetzmaske: 255.255.255.0 (/24 entspricht 24 Einsen in Binärschreibweise).
  • Netzwerk-Adresse: 192.168.1.0
  • Broadcast-Adresse: 192.168.1.255 (erreicht alle Geräte im Subnetz).
  • Nutzbare Host-Adressen: 192.168.1.1 bis 192.168.1.254 (insgesamt 254 Geräte).

DNS (Domain Name System) – Das Telefonbuch des Internets

    DNS übersetzt menschenlesbare Domainnamen (z. B. kommune.de) in IP-Adressen (z. B. 142.250.x.x).

    Wichtige DNS-Record-Typen:

    • A: Verweist auf eine IPv4-Adresse.
    • AAAA: Verweist auf eine IPv6-Adresse.
    • CNAME: Alias für einen anderen Namen.
    • MX: Zuweisung des zuständigen Mailservers.

    DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

    DHCP weist Clients automatisch IP-Adressen, Subnetzmasken, Gateways und DNS-Server zu. Der Verbindungsaufbau folgt dem DORA-Prinzip:

    1. Discover: Client sucht im Netz nach einem DHCP-Server.
    2. Offer: Server bietet dem Client eine IP-Adresse an.
    3. Request: Client fordert die angebotene Adresse an.
    4. Acknowledge: Server bestätigt die Zuweisung.

    NAT (Network Address Translation)

    NAT ermöglicht es mehreren Geräten aus einem privaten Netzwerk, über eine einzige öffentliche IP-Adresse auf das Internet zuzugreifen. Die Router/Firewall übersetzt dabei die internen Adressen (z. B. 192.168.1.100) in eine externe öffentliche Adresse (z. B. 203.0.113.45).

    Wichtige Protokolle im Überblick

    ProtokollPort(s)Funktion / Beschreibung
    TCP–Verbindungsorientiert, zuverlässig (garantiert Datenanfkunft).
    UDP–Verbindungslos, schnell (ideal für Realtime/Streaming/DNS).
    ICMP–Diagnose & Fehlerverwaltung (z. B. ping).
    DNS53 (UDP/TCP)Namensauflösung im Netzwerk.
    DHCP67 / 68 (UDP)Automatische IP-Konfiguration.
    HTTP80 (TCP)Unverschlüsselter Web-Traffic.
    HTTPS443 (TCP)Verschlüsselter Web-Traffic (TLS/SSL).

    gängige IP-Supnetzwerke

    KategorieCIDR (Präfix)SubnetzmaskeGesamt IPsNutzbare HostsBlockgrößeClass C Äquivalent
    Point-to-Point & kleine LANs
    (/30 – /27, bis zu 30 nutzbare Hosts)    		/30255.255.255.2524241/64
    /29255.255.255.2488681/32
    /28255.255.255.2401614161/16
    /27255.255.255.2243230321/8
    Abteilungsnetzwerke
    (/26 – /24, bis zu 254 nutzbare Hosts)    		/26255.255.255.1926462641/4
    /25255.255.255.1281281261281/2
    /24255.255.255.02562542561
    Unternehmensnetzwerke
    (/23 – /16, 255+ nutzbare Hosts)    		/23255.255.254.051251022
    /22255.255.252.01.0241.02244
    /21255.255.248.02.0482.04688
    /20255.255.240.04.0964.0941616
    /19255.255.224.08.1928.1903232
    /18255.255.192.016.38416.3826464
    /17255.255.128.032.76832.766128128
    /16255.255.0.065.53665.534256256