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zusammenfassungen/Writerside/topics/04/Rechnernetze/Praktikum/Praktikum2/Protokoll P2.md
David Schirrmeister a13909a556 update
2025-05-12 22:45:01 +02:00

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Praktikum 2

Gruppe 2: David Schirrmeister (1125746), Michelle Klein (1126422)

Vorbereitung

Unterschied zwischen Switch und Hub bei der Datenübertragung

  • Switch leitet Daten gezielt an den Empfänger weiter
  • Hub sendet Daten an alle angeschlossenen Geräte (Broadcast)
  • Switch arbeitet intelligenter und effizienter

Rolle der MAC-Adresse beim Switch

  • Switch speichert MAC-Adressen in einer Tabelle (MAC-Adress-Tabelle)
  • Entscheidet anhand der MAC-Adresse, an welchen Port die Daten weitergeleitet werden

Verhalten bei unbekannter MAC-Adresse

  • Switch sendet das Paket an alle Ports außer dem eingehenden (Flooding)
  • Sobald das Zielgerät antwortet, speichert der Switch dessen MAC-Adresse

Sicherheitsvorteile des Switches gegenüber dem Hub

  • Daten werden nur an das Zielgerät gesendet, nicht an alle Geräte
  • Erschwert das Abhören (Sniffing) durch Unbefugte
  • Reduziert die Angriffsfläche im Vergleich zum Hub

Vermeidung von Kollisionen im Ethernet

  • In modernen Netzwerken durch Verwendung von Switches mit Vollduplex
  • In älteren Netzwerken mit CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

Wird Ethernet bei WLAN verwendet

  • ja, jedoch nur auf den höhreren Protokollschichten
  • IEEE 802.11 nutzt nicht das gleiche, physische Ethernet, orientiert sich aber auf OSI L2 stark am Ethernet-Frame-Format

Bedeutung und Funktion von ARP

  • ARP steht für Address Resolution Protocol
  • Übersetzt IP-Adressen in MAC-Adressen
  • Ermöglicht Kommunikation im lokalen Netzwerk auf Layer 2

Ablauf von ARP-Request und ARP-Reply

  • Gerät sendet ARP-Request an Broadcast-Adresse mit gesuchter IP
  • Zielgerät mit passender IP antwortet mit seiner MAC-Adresse (ARP-Reply)
  • Absender speichert MAC-Adresse in seiner ARP-Tabelle

Laborversuch

Versuchsbeschreibung

Es werden 3 PCs zunächst über je ein Ethernet-Kabel an einen Hub angeschlossen.
Diesen wird dann nach folgender Tabelle eine IP-Adresse zugewiesen:

Labor-PC IP-Adresse
PC 1 192.168.1.1
PC 2 192.168.1.2
PC 3 192.168.1.3

Schließlich wird auf allen dreien eine Wireshark-Aufnahme gestartet und
von PC1 ein Ping Befehl gesendet, um zu testen ob PC2 erreichbar ist.

Gleiches wird danach mit einem Switch statt des Hubs wiederholt.

Beobachtungen

Hub Ping PC1 -> PC2:

student@netlab-2023-5:~$ ping 192.168.1.2
PING 192.168.1.2 (192.168.1.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=1.66 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=1.59 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=1.54 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=4 ttl=64 time=1.49 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=5 ttl=64 time=1.44 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=6 ttl=64 time=1.45 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=7 ttl=64 time=1.52 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=8 ttl=64 time=1.98 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=9 ttl=64 time=1.77 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=10 ttl=64 time=1.71 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=11 ttl=64 time=1.68 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=12 ttl=64 time=1.68 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=13 ttl=64 time=1.72 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=14 ttl=64 time=1.76 ms
--- 192.168.1.2 ping statistics ---
14 packets transmitted, 14 received, 0% packet loss, time 13024ms
rtt min/avg/max/mdev = 1.435/1.640/1.975/0.143 ms
Hub Wiresharkaufzeichnung PC1:

hub_pc1

Hub Wiresharkaufzeichnung PC2:

hub_pc2

Hub Wiresharkaufzeichnung PC3:

hub_pc3

Switch Ping PC1 -> PC2:

student@netlab-2023-5:~$ ping 192.168.1.2
PING 192.168.1.2 (192.168.1.2) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=1 ttl=64 time=2.58 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=2 ttl=64 time=1.79 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=3 ttl=64 time=1.49 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=4 ttl=64 time=1.49 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=5 ttl=64 time=1.79 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=6 ttl=64 time=1.59 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=7 ttl=64 time=1.54 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=8 ttl=64 time=1.67 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=9 ttl=64 time=1.51 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=10 ttl=64 time=1.36 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=11 ttl=64 time=1.56 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=12 ttl=64 time=1.73 ms
64 bytes from 192.168.1.2: icmp_seq=13 ttl=64 time=1.90 ms
--- 192.168.1.2 ping statistics ---
13 packets transmitted, 13 received, 0% packet loss, time 12022ms
rtt min/avg/max/mdev = 1.362/1.692/2.580/0.295 ms
Switch Wiresharkaufzeichnung PC1:

switch_pc1

Switch Wiresharkaufzeichnung PC2:

switch_pc2

Switch Wiresharkaufzeichnung PC3:

switch_pc3

Auswertung

Auswertung Hub

prinzipieller Aufbau und Funktionsweise eines Hubs
  • Multiport-Repeater (OSI L1)
  • empfängt Datenpakete über einen Port und sendet sie an alle anderen Ports weiter (Broadcast)
Konnten Sie Pakete zwischen PC2 und PC1 im Wireshark-Mitschnitt von PC3 beobachten?
  • Ja konnten beobachtet werden (siehe hier)
  • Da der Hub die Pakete an alle anderen angeschlossenen Netzwerkgeräte weiterleitet, kommen sie auch bei PC3 an.
Risiken und Nachteile durch Verwendung eines Hubs
  • Datenrate
    • Alle Geräte teilen sich die Bandbreite
    • dadurch geringe effektive Datenrate pro Gerät
  • Latenz
    • Es können Kollisionen und Wiederholungen auftreten
  • Medienzugriffe
    • Kein intelligentes Zugriffsmanagement
  • Sicherheit
    • Jeder empfängt alle Datenpakete
    • dadurch einfaches Abhören möglich
Software-Funktionen, mit denen diese Risiken vermindert werden können
  • VLANs (in Switches)
  • Firewall

Auswertung Switch

Prinzipieller Aufbau und Funktionsweise
  • Nimmt physikalische Trennung von Netzen vor
  • Führt Fehler- und Lasttrennung durch
  • Mechanismen zum Filtern implementiert
  • Lernt die MAC-Quell-Adressen der aktiven Endgeräte
  • Trennt Kollisions-Domänen im LAN auf Schicht 2
  • wenn Datenpakete empfangen werden, können diese gezielt weitergeleitet werden (Routing)
Konnten Sie diesmal auch Pakete zwischen PC2 und PC1 im Wireshark-Mitschnitt von PC3 beobachten?
  • Nein, diesmal konnten keine Pakete bei PC3 beobachtet werden (siehe hier)
    • Dies ist zu begründen an der Funktionalität des Switch, welche Pakete gezielt weiterleiten kann
Vorteile dieser Eigenschaft hinsichtlich IT-Sicherheit
  • kein einfaches Mitlesen der Nachrichten möglich
    • Beim Hub Gegenteil der Fall: Alle Geräte erhalten alle Daten
Können bei der Hub/Switch Kollisionen auftreten? Wann?
  • Hub:
    • ja, können auftreten, wenn mehrere Geräte gleichzeitig senden
    • alle Geräte teilen sich das Medium (Halbduplex)
  • Switch:
    • nein, jedes Gerät hat eine eigene Verbindung (Vollduplex)
    • Ausnahme:
      • alte Switch, die noch Halbduplex arbeiten
      • falsche Konfigurationen am Switch
Wie verhält sich der Hub/Switch im Bezug auf Broadcasts und Kollisionsdomänen?
  • Hub erweitert KD, Broadcasts
  • Switch segmentiert KD, erweitert Broadcast
Weiteres Medium, in dem Kollisionen auftreten können
  • WLAN

Nachbereitung

Welche Sicherheitsrisiken sind mit ARP verbunden und wie kann man davor schützen?

  • ARP-Spoofing
    • Angreifer täuscht falsche MAC-Adresse vor
      • dadurch Datenumleitung, MiM, Mitlesen möglich
    • Schutzmaßnahmen:
      • Statische ARP-Einträge
      • Port-Security am Switch
      • Dynamic ARP Inspection