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Netzwerke und Systemintegration – Switching und Routing unterscheiden

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Einleitung

Netzwerke und Systemintegration – Switching und Routing unterscheiden

Kurzbeschreibung: Lokales Netz und netzübergreifende Verbindung.

Zielgruppe: Ausbildung Fachinformatik – Systemintegration und IT-Berufe.

Dauer: ca. 90 Minuten | Vorkenntnisse: Grundlagen zu IP-Adresse, Ethernet und Computernetzwerk.

Dein Lernziel: Du kannst erklären, wann ein Switch innerhalb eines Netzes weiterleitet und wann Routing zwischen unterschiedlichen IP-Netzen notwendig ist. Du kannst Weiterleitungsentscheidungen simulieren, Fehler begründet eingrenzen und eine einfache Netzstruktur entwerfen.

LAN-Topologie: Retraza, CC0. Quelle und Lizenz

Video: Netzwerktechnik – Hub vs. Switch vs. Router.

Lernpfad

Lerneinheit	Schwerpunkt	Richtzeit
1	Zwei Ebenen: MAC und IP	10 Minuten
2	Switching im lokalen Netz	15 Minuten
3	Routing zwischen Netzen	15 Minuten
4	VLAN und Layer-3-Switch	10 Minuten
Offline-Labs	Zwei interaktive Simulationen	20 Minuten
Anwendung	Fehleranalyse und Lernspiele	20 Minuten

Ausbildungsfall: Büro und Labor verbinden

Du bist in der Ausbildung bei der fiktiven Lernwerk IT. Zwei Bürocomputer sollen miteinander kommunizieren. Ein Laborcomputer befindet sich in einem anderen VLAN und IP-Subnetz. Deine Aufgabe: Entscheide, wann der Switch genügt und wann ein Router benötigt wird.

A 192.0.2.10/25  -- P1 (VLAN 10) --\
B 192.0.2.20/25  -- P2 (VLAN 10) --- [L2-Switch]
C 192.0.2.130/25 -- P3 (VLAN 20) --/
                                      |
                              [Router oder L3-Switch]
                              VLAN 10: 192.0.2.1
                              VLAN 20: 192.0.2.129

Gerät	IPv4-Adresse	Segment	Funktion
PC-A	192.0.2.10/25	VLAN 10 – Büro	Arbeitsplatz
PC-B	192.0.2.20/25	VLAN 10 – Büro	Arbeitsplatz
PC-C	192.0.2.130/25	VLAN 20 – Labor	Laborrechner
Gateway Büro	192.0.2.1/25	VLAN 10	Routing-Schnittstelle
Gateway Labor	192.0.2.129/25	VLAN 20	Routing-Schnittstelle

Sicherheitsregel: Alle IP-Adressen sind Dokumentationsadressen nach RFC 5737. Alle Geräte und MAC-Adressen sind fiktiv. Die Übungen benutzen ausschließlich lokale Berechnungen ohne Netzwerkzugriffe. Konfiguriere diese Dokumentationsadressen nicht auf echten Netzwerkschnittstellen. Verwende keine fremden Netze, Produktivanlagen, Zugangsdaten oder Kundendaten.

Lerneinheit 1: Switching und Routing erkennen

Physische LAN-Topologie: Mattias.Campe, CC BY-SA 3.0. Quelle und Lizenz

Ein LAN verbindet Geräte in einem begrenzten Bereich, beispielsweise einem Schulungsraum oder Unternehmen. Zwei wichtige Weiterleitungsfunktionen sind:

Switching: Ein klassischer Layer-2-Switch leitet Ethernet-Frames anhand ihrer MAC-Zieladresse innerhalb derselben Layer-2-Domäne weiter.
Routing: Ein Router leitet IP-Pakete anhand von Ziel-IP-Adressen und Routinginformationen zwischen unterschiedlichen IP-Netzen weiter.

OSI-Modell: Michael von Brandenburg, CC BY-SA 4.0. Quelle und Lizenz

Vergleich	Layer-2-Switch	Router
OSI-Schicht	Sicherungsschicht 2	Vermittlungsschicht 3
Entscheidung anhand	Ziel-MAC-Adresse	Ziel-IP-Adresse
Information	MAC-Adresstabelle	Routingtabelle
Dateneinheit	Ethernet-Frame	IP-Paket
Typischer Einsatz	Innerhalb eines VLANs	Zwischen IP-Netzen
Broadcast-Domänen	Leitet Layer-2-Broadcasts im VLAN weiter	Trennt Layer-2-Broadcast-Domänen

Merksatz: Switching entscheidet, wohin ein Frame im lokalen Layer-2-Netz gelangt. Routing entscheidet, über welchen nächsten Weg ein IP-Paket sein Zielnetz erreicht.

Fachliche Besonderheit: Ein Layer-3-Switch kann sowohl Switching als auch IP-Routing ausführen. Entscheidend ist die Funktion, nicht allein die Gerätebezeichnung.

Lerneinheit 2: Switching im lokalen Netz

Weiterleitung über einen Switch: T.seppelt und weitere Urheber, CC BY-SA 3.0/GFDL. Quelle und Lizenz

Wie lernt ein Switch?

Ein klassischer Ethernet-Switch lernt die Quell-MAC-Adresse eines eintreffenden Frames und speichert den zugehörigen Eingangsport in seiner MAC-Tabelle.

Danach betrachtet er die Ziel-MAC-Adresse.

Bekanntes Ziel: Weiterleitung an den gelernten Zielport.
Unbekanntes Unicast-Ziel: Weiterleitung an andere geeignete Ports desselben VLANs, sogenanntes Flooding.
Broadcast: Weiterleitung an die weiteren geeigneten Ports der Broadcast-Domäne.

Switching-Darstellung: Johan Braeken, CC BY 3.0. Quelle und Lizenz

Visualisierte MAC-Tabelle

Im folgenden vereinfachten Beispiel befinden sich alle drei Testports im selben VLAN.

MAC-Adresse	Gelernter Port
02:00:00:00:00:0a	A
02:00:00:00:00:0b	B
02:00:00:00:00:0d	D

Frame	Ziel bekannt?	Ergebnis
A sendet an B	Nein, beim ersten Frame	Flooding an B und D
B antwortet A	Ja	Nur an A
A sendet erneut an B	Ja	Nur an B

Wichtig: Die MAC-Tabelle eines Switches ist nicht identisch mit der ARP-Tabelle eines Hosts. ARP ermittelt zu einer IPv4-Adresse die passende MAC-Adresse im lokalen Netz.

Video: MAC- und IP-Adressen einfach erklärt.

Lerneinheit 3: Routing zwischen IP-Netzen

Routing über mehrere Netze: T.seppelt und weitere Urheber, CC BY-SA 3.0/GFDL. Quelle und Lizenz

PC-A soll PC-C erreichen.

PC-A erkennt anhand seiner Subnetzmaske: PC-C liegt nicht im eigenen IP-Subnetz. Deshalb sendet PC-A das IP-Paket zunächst in einem Ethernet-Frame an die MAC-Adresse seines Standardgateways.

Der Router prüft die Ziel-IP-Adresse, wählt die passende Route und leitet das Paket im Zielnetz weiter.

IP-Paketfluss: Jsoon eu, CC BY-SA 3.0. Quelle und Lizenz

Ein Paket – zwei Ethernet-Frames

Im vereinfachten Beispiel ohne NAT:

Merkmal	PC-A → Gateway	Gateway → PC-C
Quell-IP	192.0.2.10	192.0.2.10
Ziel-IP	192.0.2.130	192.0.2.130
Quell-MAC	02:00:00:00:00:0a	02:00:00:00:20:01
Ziel-MAC	02:00:00:00:10:01	02:00:00:00:00:0c

Beobachtung: Die Quell- und Ziel-IP-Adressen bleiben beim normalen Weiterleiten ohne NAT erhalten. Die Ethernet-MAC-Adressen beziehen sich hingegen auf die jeweilige lokale Übertragungsstrecke. Beim IPv4-Routing wird außerdem die TTL vermindert.

Wie entscheidet der Router?

Ein Router verwendet die Routingtabelle. Stimmen mehrere Routen mit einer Zieladresse überein, gewinnt normalerweise das längste passende Netzpräfix – Longest Prefix Match.

Zielnetz	Präfix	Virtueller Ausgang
192.0.2.0	/24	Sammelweg
192.0.2.0	/25	Büro
192.0.2.128	/25	Labor
198.51.100.0	/24	Test-Außenstelle

Für 192.0.2.130 passt sowohl die /24-Sammelroute als auch die /25-Laborroute. Der Router wählt die spezifischere /25-Route.

Diese Tabelle ist eine abstrakte Lernsimulation und keine fertige Konfiguration eines realen Routers.

Video: Der Router im Netzwerk – einfach erklärt.

Lerneinheit 4: VLAN und Layer-3-Switch

Router-on-a-Stick-Darstellung: Anatoly099, CC BY-SA 4.0. Quelle und Lizenz

Ein VLAN trennt ein physisches Switch-Netz logisch in mehrere Layer-2-Broadcast-Domänen.

Im Ausbildungsfall gilt:

PC-A und PC-B: gleiches VLAN, gleiches Subnetz – Switching genügt.
PC-A und PC-C: unterschiedliche VLANs und Subnetze – Routing wird benötigt.
Router-on-a-Stick: Ein Router kann mehrere VLANs über einen passend konfigurierten Trunk und logische Schnittstellen verbinden.
Layer-3-Switch: Das Routing zwischen den VLANs kann über virtuelle Layer-3-Schnittstellen erfolgen.

Achtung: VLAN-Trennung allein erzeugt keine Firewall-Regel. Ob Geräte zwischen VLANs kommunizieren dürfen, hängt zusätzlich von Routing, Filterregeln und der Gesamtkonfiguration ab.

Video: VLAN – Einführung und Vorteile.

Offline-Lab 1: Switching selbst simulieren

Ziel: MAC-Lernen, Flooding und gezielte Frame-Weiterleitung beobachten.

Testumgebung: Nur Python 3 und Arbeitsspeicher. Kein Socket, kein Ping, keine externe Verbindung und keine Dateien.

Öffne eine lokale Python-3-Umgebung, übertrage den Code in eine neue Datei namens switch_lab.py und starte sie mit python switch_lab.py oder python3 switch_lab.py.

# Offline-Lab: drei virtuelle Ports in VLAN 10
PORTS = ("A", "B", "D")
MAC_A = "02:00:00:00:00:0a"
MAC_B = "02:00:00:00:00:0b"
MAC_D = "02:00:00:00:00:0d"
BROADCAST = "ff:ff:ff:ff:ff:ff"
tabelle = {}

def sende(eingang, quelle, ziel):
    tabelle[quelle] = eingang

    if ziel == BROADCAST:
        aus = [p for p in PORTS if p != eingang]
        grund = "Broadcast"
    elif ziel not in tabelle:
        aus = [p for p in PORTS if p != eingang]
        grund = "Unbekannt: Flooding"
    elif tabelle[ziel] == eingang:
        aus = []
        grund = "Ziel am Eingangsport: filtern"
    else:
        aus = [tabelle[ziel]]
        grund = "Bekannt: gezielt weiterleiten"

    print(f"{eingang} -> {aus}: {grund}")
    print("MAC-Tabelle:", tabelle)
    return aus

assert sende("A", MAC_A, MAC_B) == ["B", "D"]
assert sende("B", MAC_B, MAC_A) == ["A"]
assert sende("A", MAC_A, MAC_B) == ["B"]
print("Basis-Selbsttest: bestanden")

faelle = {
    "1": ("A", MAC_A, MAC_B),
    "2": ("D", MAC_D, MAC_A),
    "3": ("A", MAC_A, BROADCAST),
}

while True:
    wahl = input(
        "1=A->B, 2=D->A, 3=Broadcast, Enter=Ende: "
    )
    if wahl == "":
        break
    if wahl in faelle:
        sende(*faelle[wahl])
    else:
        print("Bitte 1, 2 oder 3 waehlen.")

Erwartete erste drei Ergebnisse:

Schritt	Ausgänge	Begründetes Feedback
A → B	B, D	Ziel unbekannt, deshalb Flooding.
B → A	A	Quell-MAC A wurde zuvor gelernt.
A → B erneut	B	Die Quell-MAC B wurde beim Antwort-Frame gelernt.

Interaktiver Test: Wähle im Programm 1, 2 oder 3 und beobachte die MAC-Tabelle. Die drei automatischen Prüfungen mit assert müssen vorher erfolgreich sein.

Grenze der Simulation: Sie zeigt das grundlegende MAC-Lernen und die Weiterleitung in einem einzigen VLAN. VLAN-Tagging, STP, Fehlerfälle und echte Ethernet-Hardware werden nicht simuliert.

Gestufte Hilfen – Switching

Hilfe	Hinweis
Stufe 1	Schau auf die Quell-MAC-Adresse des empfangenen Frames.
Stufe 2	Suche erst danach die Ziel-MAC-Adresse in der Tabelle.
Auflösung	Unbekannte Unicast-Ziele werden im vereinfachten VLAN-Modell geflutet. Bekannte Ziele werden gezielt weitergeleitet oder am Eingangsport gefiltert.

Offline-Lab 2: Routing selbst simulieren

Ziel: Den spezifischsten passenden Netzpräfix bestimmen.

Diese zweite lokale Simulation nutzt ausschließlich die Python-Standardbibliothek ipaddress. Sie erzeugt keine IP-Pakete und öffnet keine Netzwerkverbindungen.

Speichere den Code als routing_lab.py und starte ihn in Deiner lokalen Python-Umgebung.

# Nur logische Routenauswahl, keine Netzwerkpakete
from ipaddress import ip_address, ip_network

routen = [
    (ip_network("192.0.2.0/24"), "Sammelweg"),
    (ip_network("192.0.2.0/25"), "Buero: VLAN 10"),
    (ip_network("192.0.2.128/25"), "Labor: VLAN 20"),
    (ip_network("198.51.100.0/24"),
     "Test-Aussenstelle"),
]

erlaubt = tuple(ip_network(n) for n in (
    "192.0.2.0/24",
    "198.51.100.0/24",
    "203.0.113.0/24"
))

def route(zieltext):
    ziel = ip_address(zieltext)
    kandidaten = [
        (netz.prefixlen, name)
        for netz, name in routen
        if ziel in netz
    ]
    if kandidaten:
        return max(kandidaten)[1]
    return "keine Route"

for ziel in (
    "192.0.2.20",
    "192.0.2.130",
    "198.51.100.25",
    "203.0.113.8"
):
    print(f"{ziel:16} -> {route(ziel)}")

assert route("192.0.2.20") == "Buero: VLAN 10"
assert route("192.0.2.130") == "Labor: VLAN 20"
assert route("203.0.113.8") == "keine Route"
print("Basis-Selbsttest: bestanden")

while True:
    eingabe = input(
        "Test-Ziel-IP (Enter=Ende): "
    ).strip()
    if not eingabe:
        break

    try:
        ziel = ip_address(eingabe)
        if (
            ziel.version != 4
            or not any(ziel in n for n in erlaubt)
        ):
            print("Nur RFC-5737-Testadressen eingeben.")
            continue

        print("Ausgang:", route(eingabe))
    except ValueError:
        print("Ungueltige IPv4-Adresse.")

Erwartete Ausgabe:

192.0.2.20       -> Buero: VLAN 10
192.0.2.130      -> Labor: VLAN 20
198.51.100.25    -> Test-Aussenstelle
203.0.113.8      -> keine Route
Basis-Selbsttest: bestanden

Beobachtung	Begründetes Feedback
192.0.2.20 → Büro	/25 ist spezifischer als /24.
192.0.2.130 → Labor	Der zweite /25-Präfix deckt diese Adresse ab.
203.0.113.8 → keine Route	Keine Route stimmt überein und es existiert keine Default-Route.

Interaktiver Test: Gib weitere Adressen aus den drei zugelassenen Dokumentationsbereichen ein. Vergleiche Vorhersage und Ausgabe.

Gestufte Hilfen – Routing

Hilfe	Hinweis
Stufe 1	Prüfe, ob die Zieladresse überhaupt in einem aufgeführten Netz liegt.
Stufe 2	Wenn mehrere Präfixe passen, vergleiche deren Länge.
Auflösung	Der längste passende Präfix gewinnt. Ohne passenden Eintrag und ohne Default-Route wird das Paket in diesem Modell nicht weitergeleitet.

Ausbildungsaufgaben mit Feedback

Basisaufgabe: Lokale Weiterleitung

Auftrag: PC-A sendet an PC-B. Beide befinden sich in VLAN 10. Entscheide, ob Switching oder Routing benötigt wird.

Hilfe 1: Vergleiche VLAN und IP-Subnetz.

Hilfe 2: Überlege, ob das Ziel direkt über Ethernet erreichbar ist.

Feedback: Switching genügt. Die Geräte liegen im selben Subnetz und VLAN. Ein Router ist für die normale direkte Kommunikation zwischen ihnen nicht erforderlich.

Anwendungsaufgabe: Labor erreichen

Auftrag: PC-A sendet an PC-C. Beschreibe die beteiligten Geräte und Adressen.

Hilfe 1: Prüfe die beiden /25-Subnetze.

Hilfe 2: Unterscheide die IP-Zieladresse von der MAC-Adresse des nächsten Ethernet-Empfängers.

Feedback: Routing wird benötigt. Zuerst erhält das Standardgateway einen Frame. Nach der Routingentscheidung wird das IP-Paket im Ziel-VLAN in einem neuen Ethernet-Frame weitergeleitet. Ohne NAT bleibt die IP-Zieladresse unverändert.

Transferaufgabe: Netzwerkfehler eingrenzen

Auftrag: PC-A kann PC-B erreichen, aber nicht PC-C. Entwickle eine begründete Fehlersuchstrategie.

Hilfe 1: Was beweist die erfolgreiche Verbindung zwischen A und B?

Hilfe 2: Welche zusätzlichen Komponenten benötigt die Kommunikation zu C?

Feedback: Die lokale Switching-Kommunikation funktioniert zumindest zwischen A und B. Mögliche Fehlerquellen sind das Default-Gateway, VLAN- oder Trunk-Zuordnungen, das Inter-VLAN-Routing, eine Filterregel oder die Konfiguration von PC-C. Aus dem Symptom allein lässt sich keine eindeutige Ursache ableiten. Prüfe zuerst die dokumentierte Soll-Konfiguration und führe weitere Schritte ausschließlich in einer autorisierten Testumgebung durch.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Woran orientiert sich ein klassischer Layer-2-Switch bei der Weiterleitung eines Ethernet-Frames? (An der Ziel-MAC-Adresse) (!An der Ziel-IP-Adresse) (!An der Subnetzmaske des Routers) (!An der DNS-Adresse)

Welche Adresse lernt ein Switch aus einem eintreffenden Ethernet-Frame? (Die Quell-MAC-Adresse) (!Die Ziel-IP-Adresse des Routers) (!Die öffentliche IP-Adresse) (!Die DNS-Serveradresse)

Was geschieht normalerweise bei einer unbekannten Unicast-Ziel-MAC-Adresse? (Der Switch flutet den Frame innerhalb des VLANs über geeignete andere Ports) (!Der Router berechnet automatisch eine neue IP-Adresse) (!Der Switch sendet den Frame grundsätzlich nur zurück an den Eingangsport) (!Der Switch leitet den Frame immer unmittelbar ins Internet)

Wozu dienen VLANs auf einem Layer-2-Switch? (Zur logischen Trennung von Broadcast-Domänen) (!Zur automatischen Verschlüsselung aller Daten) (!Zum Ersetzen sämtlicher IP-Adressen) (!Zur Abschaffung aller Routingfunktionen)

Welche Angabe ist für die IP-Weiterleitungsentscheidung eines Routers entscheidend? (Die Ziel-IP-Adresse) (!Die Farbe des Netzwerkkabels) (!Der Computername des Absenders) (!Die Tastatursprache des Clients)

Wohin sendet ein gewöhnlicher IPv4-Host ein Paket für ein fremdes Subnetz, wenn die Standardroute greift? (An den nächsten Router über das konfigurierte Standardgateway) (!Immer direkt an die Ziel-MAC-Adresse des fremden Rechners) (!An jeden Port aller VLANs) (!Automatisch an den DHCP-Server)

Was ändert sich bei gewöhnlichem Routing über Ethernet ohne NAT? (Die Ethernet-Adressen werden für die nächste Übertragungsstrecke neu gesetzt) (!Die Ziel-IP-Adresse wird immer zufällig gewählt) (!Die MAC-Adresse des ursprünglichen Absenders bleibt in jedem Ethernet-Frame erhalten) (!Das IP-Paket benötigt danach grundsätzlich keinen Header mehr)

Welche Route wird bei zwei passenden Präfixen normalerweise bevorzugt? (Die Route mit dem längsten passenden Präfix) (!Immer die Route mit dem kürzesten Präfix) (!Immer die alphabetisch erste Route) (!Immer die zuletzt angezeigte Route)

Welche Aufgabe erfüllt ARP in einem lokalen IPv4-Ethernet-Netz? (Die Ermittlung einer MAC-Adresse zu einer IPv4-Adresse) (!Die automatische Berechnung einer Routingtabelle für das Internet) (!Die Verschlüsselung des Ethernet-Frames) (!Die Zuweisung von VLAN-Nummern durch DNS)

Was kann ein Layer-3-Switch zusätzlich zur klassischen Layer-2-Weiterleitung übernehmen? (IP-Routing zwischen geeigneten Netzen) (!Die automatische Herstellung aller Netzwerkkabel) (!Das grundsätzliche Abschalten aller Broadcasts) (!Die Ersetzung des IPv4-Protokolls durch Ethernet)

Memory

Finde die zusammengehörenden Begriffspaare.

MAC-Adresse	Kennung für Ethernet-Weiterleitung
IP-Adresse	Logische Adresse auf der Netzwerkschicht
MAC-Tabelle	Zuordnung von Hardwareadresse und Switchport
Routingtabelle	Informationen über erreichbare Zielnetze
Standardgateway	Nächster Router für nicht direkt erreichbare Ziele
VLAN	Logisch getrennte Layer-2-Broadcast-Domäne
ARP	Auflösung von IPv4-Adressen in Hardwareadressen

Drag and Drop

Ordne den Netzwerkfunktionen die passenden Begriffe zu.

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Netzwerkfunktion
Switching	Weiterleitung von Ethernet-Frames anhand von MAC-Adressen
Routing	Weiterleitung von IP-Paketen zwischen IP-Netzen
MAC-Lernen	Speichern der Quelladresse mit dem Eingangsport
Flooding	Verteilung bei unbekanntem Unicast-Ziel innerhalb eines VLANs
Longest Prefix Match	Auswahl der spezifischsten passenden Route

Kreuzworträtsel

SWITCH	Welches Gerät leitet Ethernet-Frames typischerweise anhand von MAC-Adressen weiter?
ROUTER	Welches Gerät verbindet verschiedene IP-Netze?
GATEWAY	Wie nennt man einen Übergang zu einem anderen Netz?
ETHERNET	Welche verbreitete LAN-Technologie verwendet Frames und MAC-Adressen?
BROADCAST	Wie heißt die Übertragung an alle Teilnehmer einer Broadcast-Domäne?
SUBNETZ	Wie nennt man einen durch Netzpräfix und Subnetzmaske definierten IP-Adressbereich?

LearningApps

Suche weitere Übungen zur Netzwerktechnik.

Lückentext

Ein klassischer Layer-2-Switch arbeitet auf der

des OSI-Modells.

Ein Switch lernt die

eines eintreffenden Frames.

Die Weiterleitung eines bekannten Unicast-Frames erfolgt anhand der

.

Bei einem unbekannten Unicast-Ziel verwendet der Switch innerhalb des VLANs das sogenannte

.

Ein Router arbeitet auf der

des OSI-Modells.

Router verwenden eine

zur Auswahl geeigneter Weiterleitungswege.

Liegt ein Ziel in einem anderen Subnetz, verwendet der Host bei entsprechender Route sein

.

Die logische Trennung eines Switch-Netzes kann durch ein

erfolgen.

Die Auflösung einer IPv4-Adresse in eine MAC-Adresse erfolgt durch

.

Bei mehreren passenden Routen gewinnt grundsätzlich das längste passende

.

Ein Switch mit zusätzlichen IP-Routing-Funktionen wird als

bezeichnet.

Beim normalen Routing ohne NAT bleibt die

des Pakets erhalten.

Offene Aufgaben

Leicht

Netzskizze: Zeichne den fiktiven Ausbildungsfall mit drei PCs, einem Switch und zwei Routing-Schnittstellen. Beschrifte VLANs und IP-Subnetze.
MAC-Karten: Gestalte Lernkarten, auf denen Du Quell-MAC, Ziel-MAC, MAC-Tabelle und Switchport anhand eines Beispiels erklärst.
Bildgeschichte: Zeichne drei Bilder, die das anfängliche Flooding und die anschließende gezielte Weiterleitung zeigen.
Erklärvideo: Produziere mit selbst erstellten Grafiken einen 60-sekündigen Clip über den Unterschied zwischen Switching und Routing.

Standard

Switching-Labor: Erweitere die lokale Python-Simulation um einen vierten fiktiven Port und dokumentiere das erwartete Verhalten.
Routing-Labor: Ergänze einen zusätzlichen fiktiven Dokumentationspräfix und zeige anhand zweier Testadressen, welche Route ausgewählt wird.
Diagnoseplan: Entwickle ein Entscheidungsdiagramm für den Fall „Büro erreicht Büro, aber nicht Labor“. Kennzeichne, welche Annahmen noch überprüft werden müssen.
Ausbildungsinterview: Befrage eine autorisierte Fachperson allgemein über den Einsatz von Switches, Routern und VLANs. Erfasse keine echten Adressen, Zugangsdaten oder Kundendetails.

Schwer

Netzentwurf: Plane für vier fiktive Abteilungen eigene IP-Subnetze und VLANs. Dokumentiere Gateway-Adressen und erforderliche Routingverbindungen.
Architekturvergleich: Entwerfe zwei Lösungen für den Ausbildungsfall – mit Router-on-a-Stick und mit Layer-3-Switch. Begründe Unterschiede bei Wartung, Ausfallsicherheit und Erweiterbarkeit.
Sicherheitskonzept: Entwickle für eine isolierte Laborumgebung eine Zugriffsmatrix zwischen VLANs und erkläre, warum VLANs allein noch keine vollständige Zugriffskontrolle garantieren.
Transferprojekt: Entwirf die Verbindung einer fiktiven Außenstelle mit einem Hauptstandort. Verwende ausschließlich Dokumentationsadressen, visualisiere die Weiterleitungswege und erstelle eine begründete Test- und Fehlersuchstrategie ohne tatsächliche Netzkommunikation.

Lernkontrolle

Die folgenden Aufgaben prüfen Zusammenhänge und Transferleistungen, nicht bloß das Auswendiglernen von Begriffen.

Entscheidung begründen: Erkläre anhand einer selbst gezeichneten Topologie, weshalb zwei Geräte miteinander kommunizieren können, ohne dass ein Router beteiligt ist.
Paketweg analysieren: Stelle den Weg eines IP-Pakets über zwei Ethernet-Netze dar. Unterscheide zwischen den unveränderten IP-Adressen und den neu gesetzten MAC-Adressen.
Netztrennung beurteilen: Erkläre, warum zwei Geräte an demselben physischen Switch ohne Routing nicht automatisch zwischen unterschiedlichen VLANs kommunizieren können.
Fehlerhypothesen vergleichen: Ein fiktiver Rechner erreicht seinen Nachbarn, jedoch nicht ein anderes Subnetz. Vergleiche mindestens drei mögliche Ursachen und entwickle eine sinnvolle Reihenfolge ihrer Überprüfung.
Präfixe übertragen: Erstelle zwei überlappende virtuelle Routing-Einträge und belege anhand einer selbst gewählten Dokumentationsadresse, welcher Eintrag gewählt wird.
Entwurf reflektieren: Vergleiche den Einsatz eines Routers mit dem eines Layer-3-Switches und begründe, welche Lösung Du in einem kleinen Schulungslabor auswählen würdest.

Bewertungskriterium: Jede Lösung muss die technische Entscheidung und die zugrunde liegende Ursache nachvollziehbar erklären. Vermutungen sind von überprüften Beobachtungen zu unterscheiden.

Lernnachweis

Für einen erfolgreichen Lernnachweis gibst Du folgende Ergebnisse ab:

Netzskizze: Fiktive Geräte, VLANs, Netzpräfixe und Gateways sind vollständig und plausibel beschriftet.
Weiterleitungsanalyse: Du erläuterst einen lokalen Switching-Fall und einen netzübergreifenden Routing-Fall.
Lokale Tests: Du dokumentierst die Ausgabe beider Python-Simulationen und interpretierst mindestens zwei Testentscheidungen korrekt.
Fehleranalyse: Du unterscheidest begründete Fehlerhypothesen von ungeprüften Behauptungen.
Transferleistung: Du entwirfst eine alternative Netzlösung und begründest die Geräte- und Funktionsauswahl.
Sicherheitsnachweis: Du bestätigst, dass ausschließlich fiktive Daten und isolierte, lokale beziehungsweise ausdrücklich autorisierte Testumgebungen eingesetzt wurden.

Bewertungsschwerpunkt	Gewichtung
Fachlich korrekte Switching- und Routing-Erklärung	30 %
Nachvollziehbare Simulationsergebnisse	25 %
Fehleranalyse und eigenständiger Transfer	30 %
Dokumentation, Sicherheit und Quellenangaben	15 %

OERs zum Thema

Wikipedia: Switch (Netzwerktechnik)

Wikipedia: Router

Fachlich geprüfte Quellen

RFC 1812 – Requirements for IP Version 4 Routers: IPv4-Routing und Auswahl des längsten passenden Präfixes.
RFC 4632 – Classless Inter-domain Routing: CIDR und Präfixweiterleitung.
RFC 826 – Address Resolution Protocol: Zuordnung zwischen Protokoll- und Ethernet-Adressen.
RFC 5737 – IPv4 Address Blocks Reserved for Documentation: Verwendung fiktiver Dokumentationsadressen.
Wikipedia – Switch: MAC-Lernen und Ethernet-Weiterleitung.
Wikipedia – Router: Routing zwischen Netzwerken.
Wikipedia – Layer-3-Switch: Kombination von Layer-2- und Layer-3-Funktionen.

Bildnachweise und Medienrechte

Die folgenden verwendeten Wikimedia-Commons-Dateien wurden anhand ihrer Dateibeschreibungs- und Lizenzseiten ausgewählt. Die Grafiken werden unverändert eingebunden.

Medium	Urheberangabe	Lizenz
LAN topology.svg	Retraza	CC0 1.0
LAN-physicalTopology.png	Mattias.Campe	CC BY-SA 3.0
ISO OSI-Modell.svg	Michael von Brandenburg	CC BY-SA 4.0
IP-Paket Switch.svg	T.seppelt und weitere in der Dateibeschreibung genannte Urheber	CC BY-SA 3.0 / GFDL
Ethernet switch.jpg	Johan Braeken	CC BY 3.0
IP-Paket Routing über Netzwerke.svg	T.seppelt und weitere in der Dateibeschreibung genannte Urheber	CC BY-SA 3.0 / GFDL
Message flows and Routing.svg	Jsoon eu	CC BY-SA 3.0
Router on a stick.png	Anatoly099	CC BY-SA 4.0

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