01 - TCP/IP, Routing, NAT

Überblick

In diesem Lernzettel geht es um die Grundlagen der IP-Kommunikation, die Rolle des Default Gateways, NAT/PAT in IPv4-Netzen, Routing unter Windows und wichtige Befehle zur Fehlersuche.

1. TCP/IP-Grundlagen

TCP/IP ist die Grundlage der Kommunikation in modernen Netzwerken. IP ist dabei für die Adressierung und Weiterbildung von Paketen zuständig, während TCP eine zuverlässige Verbindung zwischen Anwendungen ermöglicht.

• IP-Adresse: eindeutige Adresse eines Geräts im Netzwerk.
• Subnetzmaske: bestimmt, welcher Teil der IP-Adresse zum Netzwerk gehört.
• Gateway: leitet Pakete in andere Netzwerke weiter.
• DNS: übersetzt Namen wie google.de in IP-Adressen
• TCP/UDP: Transportprotokolle für Anwendungen

2. Default Gateway

Default Gateway

Das Default Gateway ist die Tür zur Außenwelt. Alle Pakete, deren Ziel nicht im lokalen Subnetz liegt, werden an dieses Gerät gesendet (typischerweise ein Router oder eine Firewall).

Es entscheidet anhand seiner Routing-Tabelle, wohin ein Paket weitergeleitet wird. Liegt das Ziel im selben Subnetz, erfolgt die Zustellung direkt per ARP und Switching.

Beispiel:

• Client 192.168.1.100 möchte google.de erreichen.
• Adresse ist nicht lokal → Paket geht an 192.168.1.1 (Gateway).
• Router leitet das Paket ins Internet.
• Antwort kommt am Router an und wird an 192.168.1.100 zurückgegeben.

3. NAT (Network Address Translation)

NAT übersetzt private Adressen (z. B. 192.168.x.x) in eine öffentliche IP, damit mehrere Geräte dieselbe Internetverbindung nutzen können. In Heim- und Firmennetzen kommt meistens PAT (Port Address Translation) zum Einsatz.

Beispiel FritzBox:

• Laptop 192.168.178.20 sendet eine Anfrage an Google.
• FritzBox ersetzt die Absender-IP durch ihre öffentliche Adresse.
• Sie merkt sich, welcher interne Host die Verbindung gestartet hat.
• Antworten werden an den richtigen Client zurückgegeben.

Vorteile: spart öffentliche IPv4-Adressen und ermöglicht mehreren Geräten die Nutzung einer gemeinsamen Internetverbindung. Direkte Zugriffe von außen werden meist durch die Kombination aus NAT und Firewall verhindert. Postfreigaben erlauben gezielte Ausnahmen.

Exposed Host: Alle Ports werden an ein Gerät weitergeleitet → nur für Tests verwenden.

IPv6: Geräte können eine eigene öffentliche IPv6-Adresse erhalten. Klassisches NAT ist bei IPv6 normalerweise nicht notwendig. Die Sicherheit wird hier vor allem über die Firewall geregelt.

4. TCP/IP-Konfiguration unter Windows

Windows-Clients können Adressen per DHCP automatisch beziehen oder manuell gesetzt bekommen.

DHCP (Standardfall):

• Client fragt Router/Server nach IP, Maske, Gateway, DNS.
• Ideal für Endbenutzer und mobile Systeme.

Statische Adressen:

• Notwendig für Server, Netzwerkgeräte oder Testumgebungen.
• Wichtige Angaben: IP-Adresse, Subnetzmaske, Standardgateway, DNS-Server.

Tipp: DNS übergreifend im Router oder DHCP konfigurieren, statt jeden Client einzeln anzupassen.

5. Routing auf Windows-PCs

Die Routing-Tabelle wird mit route print angezeigt. Sie enthält Standardroute, direkte Netze und statische Einträge.

• Route hinzufügen: route add 10.10.10.0 mask 255.255.255.0 192.168.1.1
• Route löschen: route delete 10.10.10.0
• Standardroute ändern: Zuerst mit route print die vorhandenen Routen prüfen. Danach kann die alte Standardroute gezielt entfernt und mit dem richtigen Gateway neu gesetzt werden, z. B. mit route add 0.0.0.0 mask 0.0.0.0 192.168.2.1.

6. NAT-Einstellungen auf der FritzBox

Standardmäßig erledigt die FritzBox NAT automatisch. Konfigurierbar sind vor allem:

• Portfreigaben: gezielte Weiterleitungen für Dienste im LAN.
• Exposed Host: komplette Weiterleitung auf einen Host (unsicher).
• IPv6-Firewall: steuert eingehende Verbindungen, da kein NAT zum Einsatz kommt.
• NAT-Tabelle: nicht direkt sichtbar, Diagnose nur über Tools oder Router-Menüs.

7. Debugging-Tools in Windows

Wichtige Befehle für schnelle Fehlersuche: