Lernfeld 5 · Prüfung Teil 1

Netzwerke und Datenaustausch

Netzwerke und Datenaustausch: IPv4-Adressen, Subnetzmaske, Präfix, Switch und Router, DHCP, Diagnosebefehle und Fehlersuche nach Schichten.

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Darum geht es

Damit Rechner, Bedienpanels und Steuerungen Daten austauschen, brauchen sie eine eindeutige Adresse. Eine IPv4-Adresse ist 32 Bit lang und wird in vier Oktetten geschrieben, etwa 192.168.1.20. Die Subnetzmaske legt fest, welcher Teil das Netz und welcher das Gerät bezeichnet; 255.255.255.0 entspricht dem Präfix /24. Zwei Geräte können nur dann direkt ohne Router kommunizieren, wenn ihr Netzanteil gleich ist.

Ein Switch verbindet Geräte im selben Netz und leitet Datenpakete anhand der MAC-Adresse gezielt an den richtigen Port. Ein Hub schickte dagegen alles an alle Ports, was zu Kollisionen führt; in Maschinennetzen ist er ungeeignet. Ein Router verbindet verschiedene Netze, etwa Büronetz und Maschinennetz. Ein DHCP-Server verteilt IP-Adresse, Subnetzmaske, Gateway und DNS automatisch; Steuerungen erhalten meist feste Adressen.

Die Zahl der nutzbaren Adressen in einem Subnetz ergibt sich aus den Host-Bits; Netz- und Broadcastadresse sind nicht für Geräte nutzbar. Für Ethernet zwischen Schaltschrank-Switch und Steuerung nimmst du ein geschirmtes Twisted-Pair-Kabel mit RJ45 oder einen Industriestecker.

Bei der Fehlersuche gehst du die Schichten von unten nach oben durch: Kabel und Link-LED, dann Adresse und Maske, dann Erreichbarkeit mit ping, den Weg mit tracert oder traceroute und die eigenen Einstellungen mit ipconfig.

Das solltest du dir merken

IPv4 hat 32 Bit, /24 entspricht 255.255.255.0.
Gleicher Netzanteil heißt direkte Kommunikation ohne Router.
Switch arbeitet mit MAC-Adressen, Router verbindet Netze.
Nutzbare Adressen gleich 2 hoch Host-Bits minus 2.
Fehlersuche von der Leitung bis zur Anwendung.

Formeln

Nutzbare Hostadressen: $n = 2^{32 - p} - 2$; $p$ Präfixlänge, $32 - p$ Zahl der Host-Bits
Kleinstes passendes Subnetz: $2^{h} - 2 \geq n_{Ger a ¨ te}$; $h$ kleinste Zahl der Host-Bits, die die Geräte aufnimmt; Präfixlänge $p = 32 - h$

Typische Fehler in der Prüfung

Netz- und Broadcastadresse als nutzbare Adressen gezählt.
Geräte mit gleicher Adresse, aber unterschiedlichem Netzanteil für direkt erreichbar gehalten.
Zu großes Präfix gewählt, sodass nicht alle Geräte ins Netz passen.
Bei der Fehlersuche mit der Software begonnen, obwohl das Kabel nicht steckt.

Tipps aus der Werkstatt

Zwei Geräte reden ohne Router nur, wenn der Netzanteil der IP-Adresse gleich ist. Bei der Maske 255.255.255.0 müssen die ersten drei Zahlenblöcke übereinstimmen, nur der letzte darf sich unterscheiden. Vergleiche Block für Block.
Switch verteilt im eigenen Netz, Router verbindet Netze, Firewall filtert, Access Point macht Funk daraus. Im Schaltschrank verwendest du geschirmte Patchleitungen mit RJ45 (mindestens Cat 5e), in gestörter Umgebung auch industriell ausgeführte Stecker.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

22 Aufgaben zu „Netzwerke und Datenaustausch“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Mechatroniker/-in (1998, Fassung 2018), Lernfeld 5; RFC 791 (IPv4); IEEE 802.3. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.