PC-Netzwerke

Vorwort ... 33
1. Einleitung ... 35

1.1 ... Aufbau des Buches ... 35
1.2 ... Formatierungen und Auszeichnungen ... 36
1.3 ... Listings ... 38
1.4 ... Das Material zum Buch ... 38

2. Schnelleinstieg: für Praktiker ... 41

2.1 ... Planung: Welche Komponenten benötigen Sie? ... 41
2.2 ... Kabel -- wenn ja, welches? ... 42
2.3 ... Beispiel: Familie Müller ... 44
2.4 ... Einkaufen ... 46
2.5 ... Multifunktionsgeräte ... 47
2.6 ... Hardware ein- und aufbauen ... 47
2.7 ... IP konfigurieren ... 49
2.8 ... Funktionstest ... 50

I Netzwerk-Grundwissen ... 51

3. Grundlagen der Kommunikation ... 53

3.1 ... Kommunikation im Alltag ... 53
3.2 ... Kommunikation zwischen Computern ... 54
3.3 ... Was ist nun ein Netzwerk? ... 55

4. Netzwerktopologien ... 57

4.1 ... Bustopologie ... 57
4.2 ... Ringtopologie ... 58
4.3 ... Sterntopologie ... 59

5. Kommunikationsmodelle ... 61

5.1 ... DoD-Modell ... 62
5.2 ... ISO/OSI-Modell ... 63
5.3 ... Ablauf der Kommunikation ... 64

II Lokale Netze ... 69

6. Ethernet ... 71

6.1 ... Ursprung von Ethernet ... 71
6.2 ... Fast Ethernet ... 73
6.3 ... Gigabit-Ethernet ... 74
6.4 ... NBase-T ... 75
6.5 ... IEEE 802.3ae -- 10GBASE ... 75
6.6 ... IEEE 802.3an -- 10GBASE-T ... 76
6.7 ... IEEE 802.3ba/j/m -- 40- und 100-Gigabit-Ethernet ... 76
6.8 ... IEEE 802.3bs -- 200- und 400-Gigabit-Ethernet ... 77
6.9 ... Hub ... 77
6.10 ... Switch ... 78
6.11 ... Virtual LAN ... 82
6.12 ... Das Ethernet-Datagramm ... 83

7. Wireless LAN ... 85

7.1 ... IEEE 802.11 ... 86
7.2 ... IEEE 802.11b ... 90
7.3 ... IEEE 802.11a/h ... 91
7.4 ... IEEE 802.11g ... 91
7.5 ... IEEE 802.11n -- WiFi 4 ... 92
7.6 ... IEEE 802.11ac -- WiFi 5 ... 92
7.7 ... IEEE 802.11ax -- WiFi 6 ... 93
7.8 ... IEEE 802.11be -- WiFi 7 ... 93
7.9 ... IEEE 802.11ad ... 94
7.10 ... IEEE 802.11ay ... 94
7.11 ... IEEE 802.11e ... 94
7.12 ... Wi-Fi Alliance ... 95
7.13 ... Beschleunigertechniken ... 95
7.14 ... Kanalwahl ... 100
7.15 ... Sendeleistung ... 104
7.16 ... Antennenausrichtung und Position ... 105
7.17 ... Sicherheit von WLANs ... 105
7.18 ... Hot Spots ... 106
7.19 ... WLAN-Direktverbindungen ... 108
7.20 ... WLAN-Mesh ... 108
7.21 ... Abgrenzung zu anderer drahtloser Kommunikation ... 111
7.22 ... Ausblick ... 114

8. Netzwerk ohne neue Kabel ... 117

8.1 ... Daten über Stromkabel ... 117
8.2 ... Powerline Telecommunication ... 120
8.3 ... Sicherheit ... 121

9. Glasfasertechnik ... 123

9.1 ... Kabel ... 124
9.2 ... Stecker ... 125
9.3 ... SFP-Module ... 127

III Weitverkehrsnetze ... 129

10. Kabelinternetzugang ... 131

10.1 ... Aufbau ... 132
10.2 ... Marktsituation ... 133

11. DSL ... 135

11.1 ... ADSL ... 135
11.2 ... SDSL ... 137
11.3 ... VDSL ... 138
11.4 ... VDSL2 ... 139
11.5 ... VDSL2-Vectoring ... 139
11.6 ... Supervectoring ... 140
11.7 ... G.fast ... 140
11.8 ... TV über das Telefonkabel ... 141

12. Fibre-Internet ... 143

IV Höhere Protokollschichten ... 145

13. Kabelloser Internetzugang ... 147

13.1 ... Vertragsarten und Anwendung ... 148
13.2 ... Verbindungsaufbau mit MWconn und ixconn ... 148
13.3 ... Verbindungsaufbau mit Huawei HiLink ... 149
13.4 ... Messen der Signalstärke ... 150
13.5 ... Signalverstärkung ... 152
13.6 ... GPRS ... 154
13.7 ... EDGE ... 155
13.8 ... UMTS ... 155
13.9 ... LTE ... 156
13.10 ... 5G ... 161
13.11 ... WiMAX ... 162

14. Das Internetprotokoll ... 165

14.1 ... IP-Broadcast ... 169
14.2 ... IPv4-Multicast ... 170
14.3 ... Routing ... 172
14.4 ... Private IP-Adressen ... 175
14.5 ... Network Address Translation ... 176
14.6 ... Carrier-grade NAT ... 178
14.7 ... IP-Version 6 ... 178
14.8 ... IPv6 ausprobieren ... 183
14.9 ... IPv6-only ... 185
14.10 ... Das IPv4-Datagramm ... 185
14.11 ... Das IPv6-Datagramm ... 187

15. Address Resolution Protocol und Neighbor Discovery Protocol ... 191

15.1 ... Address Resolution Protocol ... 191
15.2 ... Neighbor Discovery Protocol ... 192
15.3 ... Das ARP-Datagramm ... 193
15.4 ... Das NDP-Datagramm ... 194

16. Internet Control Message Protocol ... 195

16.1 ... Paketlaufzeiten ... 195
16.2 ... Das ICMP-Datagramm ... 196
16.3 ... Das ICMPv6-Datagramm ... 197

17. Transmission Control Protocol ... 199

17.1 ... Der Ablauf einer TCP-Verbindung ... 199
17.2 ... Multipath-TCP ... 202
17.3 ... Das TCP-Datagramm ... 203

18. User Datagram Protocol ... 207

18.1 ... Der Ablauf einer UDP-Verbindung ... 207
18.2 ... Das UDP-Datagramm ... 207

19. DHCP ... 209

19.1 ... Die einzelnen Pakete ... 210
19.2 ... Der DHCP-Ablauf ... 212
19.3 ... IPv6-Konfiguration ... 214
19.4 ... Das DHCP-Datagramm ... 217
19.5 ... Das DHCPv6-Datagramm ... 219

20. Namensauflösung ... 221

20.1 ... Die »hosts«-Datei ... 221
20.2 ... NetBIOS ... 222
20.3 ... WINS ... 222
20.4 ... DNS ... 222
20.5 ... Multicast DNS ... 227
20.6 ... LLMNR ... 228
20.7 ... systemd-resolved ... 228

21. Simple Network Management Protocol (SNMP) ... 229

V Praxiswissen ... 231

22. Service Discovery ... 233

22.1 ... Universal Plug and Play ... 233
22.2 ... Zeroconf ... 234

23. Netzwerkkabel ... 239

23.1 ... Kategorien ... 239
23.2 ... Linkklassen ... 240
23.3 ... Schirmung ... 241
23.4 ... Netzwerkstecker anbringen ... 244
23.5 ... Kabeltest ... 247
23.6 ... Patchpanel und Netzwerkdosen anschließen ... 248
23.7 ... Cross-Kabel ... 250

24. Netzwerkkarten ... 251

24.1 ... Kaufhilfe für kabelgebundene Netzwerkkarten ... 251
24.2 ... PCI-Express-Netzwerkkarten ... 252
24.3 ... PCI Express Mini Card ... 253
24.4 ... Next Generation Form Factor oder M.2 ... 254
24.5 ... PC-Card/Cardbus/ExpressCard ... 254
24.6 ... USB-Adapter ... 254
24.7 ... WLAN-Netzwerkkarten ... 256
24.8 ... Sonderfunktionen ... 257

25. Switches ... 259

25.1 ... Einsteiger: Mini-Switches ... 259
25.2 ... Webmanaged Switches ... 261
25.3 ... Fachbegriffe für den Switch-Kauf ... 263
25.4 ... Ein eigenes VLAN und WLAN für Gäste ... 265

26. Windows einrichten ... 269

26.1 ... Windows-Versionen und -Editionen ... 269
26.2 ... Hardwareerkennung ... 274
26.3 ... IPv4-Konfiguration ... 274
26.4 ... IPv6-Konfiguration ... 278
26.5 ... Windows-Firewall ... 280
26.6 ... Jugendschutz ... 283
26.7 ... File History ... 285
26.8 ... Windows Defender ... 288
26.9 ... Microsoft-Konto ... 289
26.10 ... Einstellungen synchronisieren ... 289
26.11 ... Bildcode ... 291
26.12 ... Client HyperV ... 291
26.13 ... Netzwerk- und Freigabecenter ... 292
26.14 ... Microsoft-Konto verknüpfen ... 300
26.15 ... Windows in verschiedenen Netzwerken ... 300
26.16 ... Microsoft Edge ... 301
26.17 ... Windows-Subsystem für Linux ... 302
26.18 ... Smartphone mit Windows verknüpfen ... 303

27. Linux einrichten ... 305

27.1 ... Dokumentation ... 306
27.2 ... Administration ... 307
27.3 ... Predictable Interface Names ... 308
27.4 ... Auswahl des Netzwerkmanagers ... 309
27.5 ... NetworkManager ... 310
27.6 ... Wicd ... 311
27.7 ... Das systemd-Projekt ... 311
27.8 ... Netzwerkkarte unter SUSE einrichten ... 313
27.9 ... IPv4-Konfiguration ... 314
27.10 ... IPv6-Konfiguration ... 317
27.11 ... Firewalld ... 318
27.12 ... WLAN unter Linux ... 320

28. macOS einrichten ... 323

28.1 ... Netzwerkumgebungen ... 323
28.2 ... Schnittstellen verwalten ... 325
28.3 ... Schnittstellen konfigurieren ... 326
28.4 ... WLAN-Karte konfigurieren ... 328
28.5 ... Die Firewalls von macOS ... 330
28.6 ... »networksetup« am Terminal ... 333
28.7 ... Freigaben für Windows unter macOS ... 334

29. Troubleshooting ... 337

29.1 ... Problemursachen finden ... 338
29.2 ... Fehlersuche Schritt für Schritt ... 340
29.3 ... Checkliste ... 343
29.4 ... Windows-Bordmittel ... 345
29.5 ... Linux-Bordmittel ... 354
29.6 ... Bordmittel von macOS ... 363

30. Zusatzprogramme ... 369

30.1 ... Wireshark ... 369
30.2 ... Zusatzprogramme für Windows ... 379
30.3 ... Zusatzprogramme für Linux ... 384

31. Netzwerkgeschwindigkeit ermitteln ... 387

31.1 ... Performancemessung mit NetIO ... 389
31.2 ... Performancemessung mit iPerf ... 391
31.3 ... Intel NAS Performance Toolkit ... 392

32. Fernadministration und Zusammenarbeit ... 395

32.1 ... Telnet ... 396
32.2 ... Secure Shell (SSH) ... 397
32.3 ... X11, das grafische System unter Linux ... 404
32.4 ... Remotedesktop ... 408
32.5 ... Windows Admin Center ... 411
32.6 ... Windows-Remoteunterstützung Easy Connect ... 412
32.7 ... Quick Assist ... 416
32.8 ... TeamViewer ... 418
32.9 ... Virtual Network Computing (VNC) ... 419
32.10 ... Zusammenarbeit im Internet -- Kollaboration ... 426

33. Sicherheit und Datenschutz im LAN und im Internet ... 431

33.1 ... Mögliche Sicherheitsprobleme ... 433
33.2 ... Angriffsarten: Übersicht ... 437
33.3 ... ARP- und NDP-Missbrauch ... 438
33.4 ... Sicherheitslösungen im Überblick ... 440

34. Programme zur Netzwerksicherheit ... 447

34.1 ... Firewalls für Windows ... 447
34.2 ... IPTables, Firewall für Linux ... 448
34.3 ... Firewalls testen ... 449

35. WLAN und Sicherheit ... 451

35.1 ... WEP ... 452
35.2 ... WPA ... 452
35.3 ... WPA2 ... 453
35.4 ... WPA3 ... 453
35.5 ... Access List ... 454
35.6 ... Wi-Fi Protected Setup ... 454
35.7 ... WLAN-Konfiguration per QR-Code ... 455
35.8 ... WLAN-Sicherheit analysieren ... 457

36. Verschlüsselung ... 461

36.1 ... Symmetrische Verschlüsselung ... 461
36.2 ... Asymmetrische Verschlüsselung ... 462
36.3 ... Hybride Verschlüsselung ... 462
36.4 ... Signaturen ... 463
36.5 ... (Un-)Sicherheitsfaktoren der Verschlüsselung ... 463
36.6 ... GNU Privacy Guard (GnuPG) ... 464
36.7 ... E-Mails mit Thunderbird und OpenPGP verschlüsseln ... 472
36.8 ... Volksverschlüsselung ... 476
36.9 ... GPGTools für macOS ... 477
36.10 ... Verschlüsselte Kommunikation mit Servern ... 479

37. Virtual Private Network ... 483

37.1 ... PPTP ... 483
37.2 ... L2TP ... 484
37.3 ... IPsec ... 484
37.4 ... SSL-VPN ... 486
37.5 ... WireGuard VPN ... 486
37.6 ... End-to-Site-VPN ... 488
37.7 ... Site-to-Site-VPN ... 489
37.8 ... VPN zwischen Netzwerken ... 490
37.9 ... FRITZ!Box-VPN ... 491

38. Internetzugang ... 493

38.1 ... Hardware-Router ... 493
38.2 ... OpenWrt -- ein freies Betriebssystem für Router ... 502
38.3 ... Proxy ... 504

39. DynDNS-Dienste ... 505

39.1 ... Anbieter ... 505

40. Netzwerkspeicher ... 509

40.1 ... EasyNAS, FreeNAS, OpenMediaVault und Co. ... 510
40.2 ... Router mit externer USB-Platte ... 510
40.3 ... Hardware-NAS ... 511

41. Virtualisierung ... 519

41.1 ... Hardwarevoraussetzungen ... 520
41.2 ... Oracle VM VirtualBox ... 521
41.3 ... Virtuelle Netzwerke ... 523
41.4 ... VMware Workstation Player ... 524
41.5 ... Anpassungen des Gastbetriebssystems ... 525
41.6 ... Tuning ... 526
41.7 ... Windows Sandbox ... 526

42. Virtuelle Appliances ... 527

42.1 ... IP-Adressen der virtuellen Maschinen ... 527
42.2 ... Web Proxy Appliance ... 528
42.3 ... Incredible PBX Asterisk Appliance ... 535

43. siegfried6 -- ein vielseitiger Server ... 541

43.1 ... Motivation -- oder: Warum ausgerechnet Linux? ... 541
43.2 ... Aufgaben Ihres Netzwerkservers ... 543
43.3 ... Einbinden der virtuellen Maschine ... 544
43.4 ... Das B-Tree-Dateisystem ... 544
43.5 ... Webmin ... 546
43.6 ... DHCP-Server ... 546
43.7 ... Samba als Fileserver ... 551
43.8 ... Windows als Client ... 558
43.9 ... Linux als Client ... 559
43.10 ... macOS als Client ... 562
43.11 ... Windows und macOS als Server ... 563
43.12 ... Drucken im Netzwerk ... 564
43.13 ... Netzwerkdrucker am Client einrichten ... 567
43.14 ... Mailserver ... 568
43.15 ... Postfachinhalte aus dem Internet holen ... 575
43.16 ... Regelmäßiges Abholen der Post ... 578
43.17 ... IMAP-Server für Clients im LAN vorbereiten ... 579
43.18 ... IMAP-Clients im LAN an den Server anbinden ... 581
43.19 ... Shared Folders ... 582
43.20 ... Time-Server ... 583

44. Containertechnologie ... 589

44.1 ... Docker Client ... 590
44.2 ... Dockerfile ... 591
44.3 ... Docker Cloud ... 593
44.4 ... CI/CD ... 595

45. Netzwerkbackup ... 597

45.1 ... Wozu Backup? ... 597
45.2 ... Clonezilla ... 599
45.3 ... Windows-Bordmittel ... 601
45.4 ... Linux »rsync« ... 605
45.5 ... macOS Time Machine ... 605
45.6 ... Cloud-Backup ... 608

46. Medienstreaming ... 611

46.1 ... Protokolle und Codecs ... 613
46.2 ... Streaminghardware ... 616
46.3 ... Streamingsoftware ... 623
46.4 ... Kodi Home Theater ... 627
46.5 ... Plex ... 631

47. Voice over IP ... 633

47.1 ... Grundlagen zu VoIP ... 635
47.2 ... Voraussetzungen für VoIP im Netzwerk ... 640
47.3 ... HD Voice ... 645
47.4 ... VoLTE ... 646
47.5 ... WiFi calling ... 646
47.6 ... SIP-Provider im Internet ... 646
47.7 ... Softphones ... 648
47.8 ... VoIP-Hardware ... 650
47.9 ... Headsets ... 654

48. Cloud-Computing ... 657

48.1 ... Infrastrukturen ... 658
48.2 ... Everything as a Service ... 658
48.3 ... Beispiele aus der Cloud ... 660
48.4 ... Windows Cloud Clipboard ... 669

49. Hausautomation ... 671

49.1 ... Kabel und Funk im Vergleich ... 674
49.2 ... Sensoren und Aktoren ... 677
49.3 ... Zentrale oder dezentrale Steuerung? ... 678

50. FHEM-Steuerzentrale ... 681

50.1 ... FHEM auf dem Raspberry Pi installieren ... 681
50.2 ... Zugriff auf FHEM ... 682
50.3 ... Erste Schritte in FHEM ... 683
50.4 ... Das CUL flashen und einbinden ... 685
50.5 ... Die grundlegende Konfiguration des CUL ... 687
50.6 ... Ein HomeMatic-Funkmodul für den Raspberry Pi ... 687
50.7 ... Weitere FHEM-Module ... 687
50.8 ... Zugriff auf FHEM mit Apps ... 693
50.9 ... Zugriff auf FHEM aus dem Internet ... 694
50.10 ... Einen Sprachassistenten einbinden ... 696

51. Eine FS20-Hausautomation mit FHEM ... 699

51.1 ... Kommunikation im FS20-Netzwerk ... 699
51.2 ... Eine Zeitsteuerung für die Markise ... 703
51.3 ... Der Dimmer der Terrassenüberdachung ... 704
51.4 ... Sensoren anlernen ... 706

52. Eine HomeMatic-Hausautomation mit FHEM ... 709

52.1 ... Funkschnittstelle ... 709
52.2 ... Kommunikation im HomeMatic-Netzwerk ... 711
52.3 ... Steuern des Garagentorantriebes ... 714
52.4 ... Relais zum Brandmelder ... 714
52.5 ... Firmware ... 715
52.6 ... Sicherheit ... 715

53. Selbstgebaute Geräte mit dem ESP8266 ... 717

53.1 ... Hardware ... 717
53.2 ... Firmware flashen ... 721
53.3 ... Tasmota für WLAN konfigurieren ... 723
53.4 ... FHEM als MQTT Broker ... 724
53.5 ... MH-RD ... 724
53.6 ... DHT22 ... 726
53.7 ... Tasmota als MQTT Publisher ... 727
53.8 ... Überwachung der Sensoren ... 728
53.9 ... Taupunktberechnung mit Dewpoint ... 729
53.10 ... Plot erzeugen ... 729

54. Raspberry Pi ... 731

54.1 ... Hardware im Vergleich ... 731
54.2 ... LAN-Performance in der Praxis ... 733
54.3 ... Stromversorgung ... 733
54.4 ... Firmwareeinstellungen ... 734
54.5 ... Auswahl des Betriebssystems für den Raspberry Pi ... 735
54.6 ... Eine bootfähige SD-Karte erstellen ... 736
54.7 ... Erste Schritte mit Raspberry Pi OS ... 737

55. Projekte mit dem Raspberry Pi ... 741

55.1 ... Raspberry Pi als Media Center ... 741
55.2 ... Ihr eigener Router für unterwegs ... 746
55.3 ... Der Raspberry-Pi-Radiowecker ... 752
55.4 ... Raspberry NAS ... 760
55.5 ... Pi-hole als schwarzes Loch für Werbung ... 764

Anhang ... 767

A. Linux-Werkzeuge ... 767

A.1 ... Vorbemerkung ... 767
A.2 ... Grundbefehle ... 768
A.3 ... Der Editor vi ... 778
A.4 ... Shell-Skripte ... 781

B. Glossar ... 783
Index ... 805