Filius-Labor 1: Rechner, Switch und ping
IT 12.4 – Netzwerke · Teil C „Filius-Labor“ · Labor 1 · passt zu den Einheiten 5, 6 und 7
Lernziele
Abschnitt betitelt „Lernziele“- Du kannst in Filius ein kleines Netz aus Rechnern und einem Switch aufbauen und die IP-Einstellungen eintragen.
- Du kannst die Verbindung mit ping testen und das Ergebnis deuten.
- Du kannst im Datenaustausch beobachten, welche Protokolle und Schichten beteiligt sind (Einheit 6).
- Du kannst einfache Fehler in den IP-Einstellungen vorhersagen, finden und erklären (Einheit 7).
Vom Plan zum Netz
Abschnitt betitelt „Vom Plan zum Netz“Bisher hast du Netze gezeichnet, berechnet und in kleinen Simulationen ausprobiert. Im Filius-Labor baust du sie selbst auf: Rechner hinstellen, Kabel ziehen, Adressen eintragen, testen. Und wenn etwas nicht funktioniert, musst du selbst herausfinden, warum.
Filius ist ein kostenloses Lernprogramm, das ein ganzes Netzwerk auf deinem Rechner simuliert. Es wurde an der Universität Siegen entwickelt und ist frei nutzbar.
Vorbereitung: Filius starten
Abschnitt betitelt „Vorbereitung: Filius starten“Filius hat drei Arbeitsweisen, die du oben in der Symbolleiste umschaltest:
| Modus | Symbol | wozu |
|---|---|---|
| Entwurfsmodus | Hammer | Geräte hinstellen, Kabel ziehen, Einstellungen ändern |
| Aktionsmodus | grüner Pfeil | Programme auf den Rechnern installieren, starten und testen |
| Dokumentationsmodus | Bleistift | Notizen und Rahmen in den Netzplan zeichnen |
Ein paar Handgriffe:
- Geräte ziehst du von der linken Leiste in die Arbeitsfläche. Für ein Kabel wählst du das Kabel und klickst nacheinander die beiden Geräte an.
- Ein Doppelklick auf ein Gerät öffnet im Entwurfsmodus seine Einstellungen, im Aktionsmodus seinen Bildschirm.
- Mit der rechten Maustaste auf einen Rechner kannst du im Aktionsmodus den Datenaustausch anzeigen lassen.
- Speichere dein Netz regelmäßig als Datei (Diskettensymbol). Du brauchst es in Labor 2 wieder.
Die Bezeichnungen in Filius können je nach Version etwas anders lauten als hier. Wenn du einen Knopf nicht findest, schau dich in der Nähe um oder frag nach.
Laboraufträge
Abschnitt betitelt „Laboraufträge“Laborauftrag 1: Zwei Rechner, ein Kabel leicht
a) Baue im Entwurfsmodus das Netz aus dem Plan auf: zwei Notebooks, direkt mit einem Kabel verbunden. Trage die Namen, die IP-Adressen und bei beiden die Subnetzmaske 255.255.255.0 ein.
b) Wechsle in den Aktionsmodus. Installiere auf Notebook A die Anwendung Befehlszeile und starte sie. Teste die Verbindung mit dem Befehl ping 192.168.0.11. Beschreibe, was die Befehlszeile anzeigt.
c) Lass dir den Datenaustausch von Notebook A anzeigen. Notiere, welche Protokolle in welcher Reihenfolge auftauchen. Stelle eine Vermutung auf, wozu die ersten Zeilen dienen, bevor die erste Antwort kommt.
d) Probiere weitere Befehle aus, zum Beispiel ipconfig. Gib an, welche Einstellungen von Notebook A angezeigt werden.
Tipp 1
Zu c): Um eine Nachricht im eigenen Netz zuzustellen, braucht Notebook A nicht nur die IP-Adresse von B. Welche Adresse wird für die Zustellung über das Kabel gebraucht (Einheit 5)?
Lösung
Laborauftrag 2: Ein Switch für drei Geräte leicht
a) Erweitere dein Netz um einen Switch und einen Server (in Filius das Symbol „Rechner“) mit der IP-Adresse 192.168.0.12 wie im Plan. Entferne das direkte Kabel zwischen den Notebooks und schließe alle drei Geräte am Switch an.
b) Teste mit ping von Notebook A aus, ob Notebook B und der Server erreichbar sind.
c) Sende denselben ping ein zweites Mal. Vergleiche im Datenaustausch die Zeiten des ersten und des zweiten Durchgangs und erkläre den Unterschied.
Tipp 1
Zu c): Was muss beim allerersten Versuch noch gelernt werden, beim Rechner und beim Switch (Einheit 5)?
Lösung
Laborauftrag 3: Echo-Server und Client mittel
a) Installiere auf dem Server die Anwendung Echo-Server und starte ihn (der vorgegebene Port ist in Ordnung). Installiere auf Notebook B einen Einfachen Client, verbinde ihn mit dem Server (IP-Adresse 192.168.0.12, Port des Echo-Servers) und sende einige Nachrichten. Beschreibe, was passiert.
b) Schau dir den Datenaustausch von Notebook B an und klicke auf einzelne Zeilen. Ermittle, welche Schichten des TCP/IP-Modells beteiligt sind (Einheit 6), einmal beim Verbindungsaufbau und einmal beim Senden einer Nachricht.
c) Vergleiche mit dem ping aus Laborauftrag 1: Bis zu welcher Schicht reichte die Netzwerkaktivität dort?
Tipp 1
Zu b): Achte beim Verbindungsaufbau auf drei Zeilen hintereinander, die du aus Einheit 6 kennst (ergänzend: Drei-Wege-Handschlag).
Lösung
Was du beobachtet hast
Abschnitt betitelt „Was du beobachtet hast“- ping schickt kleine Testnachrichten an eine IP-Adresse und wartet auf Antworten. Dafür nutzt er das Protokoll ICMP, das zur Vermittlungsschicht gehört. Kommen Antworten, funktioniert die Verbindung in beide Richtungen.
- Vor der ersten Nachricht im eigenen Netz fragt der Rechner mit ARP nach der MAC-Adresse des Ziels, denn über das Kabel wird mit MAC-Adressen zugestellt (Einheit 5). Die Antwort merkt er sich eine Zeit lang.
- Der Switch lernt beim ersten Verkehr, wo welches Gerät hängt. Danach geht alles schneller.
- Je nach Anwendung sind unterschiedlich viele Schichten beteiligt: ping bis zur Vermittlungsschicht, Client und Server bis zur Anwendungsschicht (Einheit 6).
Fehlersuche
Abschnitt betitelt „Fehlersuche“Bei den folgenden Aufträgen veränderst du dein Netz absichtlich. Sage zuerst voraus, was passieren wird, und begründe. Teste erst dann in Filius.
Fehlersuche 1: Ein Rechner im falschen Netz mittel
Ändere die IP-Adresse von Notebook B auf 192.168.1.11 (Subnetzmaske bleibt 255.255.255.0).
a) Sage voraus, ob ping 192.168.1.11 von Notebook A aus funktioniert. Begründe mit der Netzadresse (Einheit 7).
b) Überprüfe deine Vorhersage in Filius und beschreibe die Meldung.
c) Nenne zwei Möglichkeiten, wie Notebook B wieder erreichbar wird.
Tipp 1
Bestimme für Notebook A und Notebook B jeweils die Netzadresse. Was macht A mit einer Nachricht an ein anderes Netz, und hat A dafür überhaupt ein Gateway?
Lösung
Fehlersuche 2: Eine andere Subnetzmaske schwer
Stelle Notebook B wieder auf 192.168.0.11, aber gib ihm die Subnetzmaske 255.255.0.0. Notebook A behält 255.255.255.0.
a) Sage voraus, ob ping von A nach B und von B nach A funktioniert. Begründe für beide Richtungen.
b) Überprüfe deine Vorhersage in Filius.
c) Beurteile: Ist das Netz damit in Ordnung? Begründe, warum eine solche Einstellung trotzdem ein Fehler ist.
Tipp 1
Jeder Rechner entscheidet mit seiner eigenen Maske, ob das Ziel im eigenen Netz liegt. Rechne für beide Richtungen getrennt.
Tipp 2
Zu c): Stell dir vor, im Netz kommt später ein Router dazu, und B soll einen Rechner 192.168.5.20 in einem anderen Netz erreichen.
Lösung
Fehlersuche 3: Ein Kabel fehlt mittel
Stelle alle Einstellungen wieder richtig ein. Entferne dann im Entwurfsmodus das Kabel zwischen Switch und Server.
a) Sage voraus, was ping 192.168.0.12 von Notebook A aus anzeigt, und welche Zeilen du im Datenaustausch erwartest.
b) Überprüfe in Filius. Erläutere, wie man am Datenaustausch erkennt, dass das Problem nicht an den IP-Einstellungen liegt, sondern an der Verbindung.
Tipp 1
Welche Nachricht schickt A als Allererstes, und wer müsste darauf antworten?
Lösung
Zusammenfassung
Abschnitt betitelt „Zusammenfassung“- In Filius baust du im Entwurfsmodus und testest im Aktionsmodus.
- ping prüft mit ICMP, ob eine IP-Adresse erreichbar ist. Antworten bedeuten: Die Verbindung funktioniert in beide Richtungen.
- Vor der ersten Nachricht im eigenen Netz fragt der Rechner per ARP nach der MAC-Adresse.
- Ein Switch verbindet Geräte desselben Netzes. Geräte in verschiedenen Netzen brauchen einen Router (Labor 2).
- Alle Geräte eines Netzes brauchen dieselbe Subnetzmaske. Falsche Masken fallen manchmal erst spät auf.
Selbstcheck
Abschnitt betitelt „Selbstcheck“Geh die Fragen ehrlich durch. Wenn du bei einer unsicher bist, lies den verlinkten Abschnitt noch einmal oder bearbeite die passende Aufgabe.
- Kannst du ein Netz aus Rechnern und einem Switch aufbauen und die Einstellungen eintragen? → Laborauftrag 1, Laborauftrag 2
- Kannst du die Verbindung mit ping testen und das Ergebnis deuten? → Was du beobachtet hast, Laborauftrag 1
- Kannst du im Datenaustausch Protokolle und Schichten erkennen? → Laborauftrag 3
- Kannst du Fehler in den IP-Einstellungen vorhersagen und erklären? → Fehlersuche 1, Fehlersuche 2, Fehlersuche 3
Wortspeicher
Abschnitt betitelt „Wortspeicher“| Begriff | Bedeutung in einfachen Worten |
|---|---|
| Filius | Lernprogramm, das ein Netzwerk auf dem eigenen Rechner simuliert |
| Entwurfsmodus | Modus zum Aufbauen und Einstellen des Netzes |
| Aktionsmodus | Modus zum Testen, mit Programmen auf den Rechnern |
| Befehlszeile | Programm, in das man Befehle wie ping oder ipconfig tippt |
| ping | Befehl, der prüft, ob eine IP-Adresse antwortet |
| ICMP | Protokoll der Vermittlungsschicht für Test- und Fehlermeldungen, z. B. für ping |
| ARP | Protokoll, mit dem ein Rechner zu einer IP-Adresse die MAC-Adresse erfragt |
| ipconfig | Befehl, der die eigenen Netzwerkeinstellungen anzeigt |
| Echo-Server | Programm, das jede Nachricht unverändert zurückschickt |
| Einfacher Client | Programm, mit dem man Nachrichten an einen Server schickt |
| Datenaustausch | Fenster in Filius, das alle Nachrichten eines Rechners mit ihren Schichten zeigt |
Quellen
Abschnitt betitelt „Quellen“- Filius: Lernsoftware zum Thema Rechnernetze, ursprünglich entwickelt an der Universität Siegen, freie Software unter der GNU General Public License. Offizielle Seite: lernsoftware-filius.de.
- Die Reihenfolge der Aufträge folgt in Teilen dem „Skriptum zur Unterrichtsreihe Netzwerke mit FILIUS“ von Daniel Garmann (2015), das auf der Filius-Seite als Begleitmaterial angeboten wird. Texte, Aufträge, Fehlersuche-Aufgaben und Netzpläne sind neu erstellt.
- Hessisches Kultusministerium: Kerncurriculum Fachoberschule, Fachrichtung Technik, Schwerpunkt Informationstechnik, Themenfeld 12.4 Netzwerke (Stand November 2022).