Das Wesentliche des Netzwerkens: Lernen Sie Terminologie, Schnittstellen und Protokolle kennen

Einführung

In der modernen Welt der Technologie ist ein fundiertes Wissen darüber, wie Netzwerktechnik funktioniert, zu einer Voraussetzung geworden. Wenn Sie in der Serververwaltung tätig sind, müssen Sie unbedingt wissen, wie dies funktioniert. Ein detailliertes Wissen über die internen Abläufe Ihres Dienstes hilft Ihnen, Ihre Dienste im Griff zu behalten. Es wird Ihnen helfen, die besten Lösungen einzusetzen und den reibungslosen Ablauf Ihrer Verbindungen aufrechtzuerhalten.

Das Ziel dieses Leitfadens ist es, Sie mit dem wesentlichen Wissen auszustatten, das Sie benötigen, um sich in der Welt der Netzwerktechnik zurechtzufinden. Dies umfasst die am häufigsten verwendete Terminologie sowie die grundlegenden Konzepte, die in der Netzwerktechnik zum Einsatz kommen. Die Kenntnis der verschiedenen Komponenten hilft Ihnen, Probleme so schnell wie möglich zu verhindern und zu erkennen. Auf diese Weise können Sie schnell darauf reagieren und minimale Ausfallzeiten gewährleisten.

Unabhängig davon, ob Sie derzeit einen Server verwalten oder dies in Zukunft tun werden, nutzen Sie dieses Tutorial als Leitfaden. Lernen Sie die Komponenten und Eigenschaften kennen, bevor Sie sich mit den Funktionalitäten Ihres Servers befassen. Hier finden Sie die Details der Netzwerktechnik und Serververwaltung. Lassen Sie uns anfangen!

Die häufigsten Netzwerkbegriffe

Bevor Sie in die Schichten und Komponenten eintauchen, müssen Sie die Sprache verstehen, die Sie in dieser Umgebung verwenden werden. Es gibt viele Begriffe in dieser Liste, die Ihnen bekannt vorkommen werden. Diese werden von uns allen im Alltag verwendet, aber die meisten von uns wissen eigentlich nicht, was sie bedeuten. Wir helfen Ihnen, diese grundlegenden Begriffe im Kontext von Servern und Netzwerken zu verstehen. Dadurch werden viele Ihrer Prozesse einfacher zu verfolgen und zu verstehen sein. Wir werden diese Begriffe im weiteren Verlauf des Leitfadens weiter verwenden und erklären.

• Verbindung

Ein Netzwerk ist ein Geflecht von Komponenten, die durch verschiedene Verbindungen miteinander verknüpft sind. Aber was bedeutet das im Kontext der Netzwerktechnik?

Eine Verbindung in der Netzwerktechnik stellt Daten oder Informationen dar, die durch das Netzwerk reisen. Sie müssen tatsächlich eine Verbindung herstellen, bevor Sie Daten zwischen zwei Punkten im Netzwerk übertragen. Das Protokoll der Umgebung bestimmt, wie Sie diese Verbindung herstellen. Wenn Sie mit der Datenübertragung fertig sind, können Sie die Verbindung schließen.

• Paket

Willkommen bei den grundlegenden Einheiten eines Netzwerks: Paketen. Stellen Sie sich vor, Ihre Daten wären greifbares Material; Sie müssten sie in verschiedenen Paketen organisieren, um sie sicher an einen anderen Ort versenden zu können. Ähnlich müssen Ihre Daten auch in einem digitalen Netzwerk vor der Übertragung in Pakete verpackt werden. Dies teilt Ihre Daten in diskrete Teile auf, um die Kommunikation innerhalb des Netzwerks zu erleichtern.

Ein Datenpaket besteht typischerweise aus zwei Hauptteilen. Sie haben den Header-Teil und den Hauptteil. Der Header-Teil geht dem Hauptteil des Pakets voraus. Er enthält Informationen über das Paket und seine Besonderheiten. Beispielsweise kann er die Quelle des Pakets, sein Ziel, die Zeitstempel, seine Netzwerk-Hops und verschiedene andere Details enthalten.

Der Hauptteil des Pakets besteht, wie erwartet, aus den eigentlichen Daten. Auch als Body oder Payload bezeichnet, sind dies die Informationen, die Sie an einen anderen Punkt im Netzwerk übertragen möchten.

• Schnittstelle

Wenn Sie an eine Schnittstelle denken, denken Sie an etwas Ähnliches wie ein Dashboard. Es ist die Plattform, mit der Sie interagieren können, um die restlichen Abläufe zu steuern. In einer solchen Umgebung kann Ihre Schnittstelle virtuell oder physisch sein. Auf eine virtuelle oder digitale Schnittstelle wird über eine Software zugegriffen. Eine physische Schnittstelle ist mit einem physischen Gerät oder einer Hardware verbunden. Sie können Ihr Netzwerk über die spezifische Schnittstelle, die ihm zugeordnet ist, modifizieren, ändern und steuern.

• LAN

Die meisten von uns haben wahrscheinlich schon die Begriffe LAN und WAN wird ziemlich oft verwendet. Aber wussten Sie, dass LAN für Local Area Network steht? Sie können die Funktionsweise an der Bezeichnung erkennen. Ein Local Area Network beschränkt Ihre Daten auf den lokalen Kreis. Das bedeutet, dass auf die Daten in Ihrem LAN nicht vom Rest des Internets aus zugegriffen werden kann. Sie verbleiben innerhalb der von Ihnen festgelegten Grenzen, wie z. B. Ihrem Heim- oder Büronetzwerk.

• WAN

Andererseits steht WAN für Wide Area Network. Wie Sie sich wahrscheinlich schon denken können, deckt dieses Netzwerk eine größere Reichweite ab. Diese Netzwerke sind in der Regel groß, erstrecken sich über weite Entfernungen und beziehen sich oft auf das gesamte Internet. Wenn Ihre Schnittstelle also mit dem WAN verbunden ist, können Sie über das Internet darauf zugreifen.

• Protokoll

Stellen Sie sich das Protokoll wie das Handbuch des Regelwerks vor. Es definiert alle Regeln und Standards, an die sich alle Komponenten im jeweiligen Netzwerk halten müssen. Es enthält die Sprache, die das System zur internen Kommunikation verwendet. Es gibt viele verschiedene Arten von Protokollen, die im Networking verwendet werden, wie z. B. UDP, IP und HTTP. Einige sind Low-Level-Protokolle, während andere Anwendungsschichten sind. Wir werden die Welt der Netzwerkprotokolle später in diesem Leitfaden im Detail untersuchen.

• Port

Der Port auf einer Maschine ist eine Adresse. Dieser Port ist normalerweise mit einem Teil der Software verbunden. Das Ziel eines Ports ist es, die Kommunikation zwischen Ihrem Server und verschiedenen Arten von Anwendungen zu ermöglichen.

• Firewall

Wenn Sie jemals einen Computer benutzt haben, haben Sie höchstwahrscheinlich schon von einer Firewall gehört oder ein Pop-up-Fenster dafür gesehen. Eine Firewall ist ein Programm, das Ihrem System Sicherheit bietet. Dies geschieht, indem es den Datenverkehr, der in Ihr System hinein- und herausgeht, begrenzt und überwacht. Wenn man von Firewalls für Server spricht, handelt es sich um ein Programm, das entscheidet, welcher Datenverkehr in Ihren Server hinein- und herausgehen darf. Dazu können Sie bestimmte Regeln konfigurieren. Mithilfe dieser Regeln können Sie festlegen, welcher Port Datenverkehr von Ihrem Server senden und empfangen darf. Sie können auch bestimmte Ports blockieren, um die Kommunikation zwischen diesem Port und Ihrem Server zu verhindern.

Sie können einen Blick auf unsere Tutorials werfen, um mit der Konfiguration und Verwendung von Firewalls zu beginnen:

• Die Grundlagen von UFW: Die wichtigsten Firewall-Befehle lernen
• Einrichten einer Firewall mit FirewallD auf CentOS 7
• Auflisten und Löschen von Iptables-Firewall-Regeln

• NAT

NAT steht für Network Address Translation. Sie finden NAT in physischen LANs, wo sie verwendet werden, um Anfragen von bestimmten IP-Adressen an die entsprechenden Server weiterzuleiten. Es behält die Backend-Server im LAN im Auge und übersetzt eingehende Anfragen, um ein genaues Routing durchzuführen.

• VPN

VPN steht für Virtual Private Network. Ein VPN ist ein digitales Tool, das Sie für Sicherheit und Privatsphäre nutzen können. Es maskiert Ihre IP-Adresse und schützt Ihre Datenpakete vor Hackern und neugierigen Blicken. Auf diese Weise können Sie separate LANs und Remote-Systeme sicher über das Internet verbinden.

Beginnen Sie mit der Einrichtung von VPN-Verbindungen mit unseren Tutorials:

• Eine Anleitung: VPN-Netzwerk mit der CloudSigma-Infrastruktur verbinden
• Betreiben Sie Ihren eigenen VPN-Server unter Docker mit dem OpenVPN Access Server
• Einrichten von OpenVPN auf Ubuntu 18.04

Dies waren einige der grundlegendsten und am häufigsten verwendeten Begriffe in der Welt der Netzwerke. Natürlich können wir nicht alles auf dieser Liste abdecken. Aber Sie werden weiter lernen, während wir uns mit den Netzwerkschichten und -protokollen befassen. Nutzen Sie diese Begriffe als Grundlage, um Ihr weiteres Wissen über Netzwerksysteme aufzubauen.

Die verschiedenen Netzwerkschichten

Da wir nun wissen, was einige der Begriffe bedeuten, können wir uns der Organisation eines Netzwerks zuwenden. Die Verbindungen in einem gegebenen Netzwerk können als horizontale Hierarchie betrachtet werden. Jede Schicht umfasst Technologien und Protokolle, die die Rohdaten abstrahieren, um die Kommunikation für den Benutzer und die Anwendung zu vereinfachen. Das Ziel ist es, den Zeit- und Arbeitsaufwand zu reduzieren, den Sie für die Entwicklung neuer Protokolle zur Bewältigung verschiedener Arten von Datenverkehr benötigen.

Es gibt verschiedene Modelle, wenn es um Schichten im Netzwerkbereich geht, wie Sie unten sehen werden. Unabhängig vom Modell ist der Datenpfad jedoch derselbe. Die Daten beginnen am Anfang des Pfades, wenn Sie sie von Ihrem Gerät aus senden. Sie durchlaufen die verschiedenen Schichten. Am Ende der Übertragung werden sie auf ein anderes Gerät übertragen. Im anderen Gerät wandern sie durch alle Schichten nach oben. Jede Schicht kapselt die Daten ein, die sie von der vorherigen Schicht erhält, um der nächsten Schicht bei der Verarbeitung der Daten zu helfen.

Hier werden wir zwei Arten von Modellen für die Netzwerkschichten besprechen: das OSI-Modell und das TCP/IP-Modell:

OSI-Modell

Das OSI-Modell steht für Open Systems Interconnect. Dieses Modell besteht aus sieben verschiedenen Schichten:

• Anwendung

Dies ist die äußerste Schicht, mit der der Benutzer oder Sie selbst am meisten interagieren werden. Über die Anwendungsschicht können Sie sowohl überwachen als auch konfigurieren. Sie liefert Ihnen Informationen über die Netzwerkkommunikation, die Ressourcenverfügbarkeit und die Datensynchronisation.

• Darstellung

Diese Schicht kümmert sich um mehrere Dinge, darunter Ressourcenzuordnung, Datenübersetzung und Kontexterstellung. Die Darstellungsschicht übernimmt die Daten aus den darunter liegenden Schichten und wandelt sie in eine Form um, die die Anwendungsschicht verstehen kann.

• Sitzung

Die Sitzungsschicht ist für die Verbindung im Netzwerk verantwortlich. Sie können diese Schicht verwenden, um neue Verbindungen herzustellen, nicht benötigte Verbindungen abzubauen oder einfach die bestehenden Verbindungen aufrechtzuerhalten.

• Transport

Die Aufgabe der Transportschicht besteht darin, den nachfolgenden Schichten zuverlässige Verbindungen bereitzustellen. Sie gewährleistet die Zuverlässigkeit der Verbindung, indem sie die Integrität der empfangenen und gesendeten Daten überprüft. Das bedeutet, dass sie prüfen kann, ob die an die nachfolgenden Schichten gesendeten Daten unversehrt und ohne Verlust oder Beschädigung angekommen sind. Falls während der Übertragung Daten verloren gehen, ist diese Schicht in der Lage, sie erneut zu senden.

• Netzwerk

Die Netzwerkschicht sorgt für das Routing der Daten. Sie kommuniziert zwischen den verschiedenen Knoten, aus denen das Netzwerk besteht, und teilt den Daten anhand von Computeradressen mit, wohin sie fließen sollen. Darüber hinaus unterteilt die Netzwerkschicht die Daten in kleinere Nachrichten, um die Übertragung zwischen den Knoten zu erleichtern. Die Nachrichten werden zusammengetragen und präzise zusammengesetzt, wenn sie ihr Ziel erreichen.

• Sicherung

Die Sicherungsschicht ist für die Aufrechterhaltung einer dauerhaften und zuverlässigen Verbindung zwischen den Knoten im Netzwerk verantwortlich. Sie arbeitet mit physischen Verbindungen, um die Verbindungen zwischen den Geräten herzustellen und aufrechtzuerhalten.

• Physisch

Schließlich arbeitet die physische Schicht mit den physischen, greifbaren Geräten, zwischen denen die Verbindungen bestehen. Diese Schicht umfasst sowohl die Hardware als auch die von ihr verwendete Software.

TCP/IP-Modell

Das zweite Modell ist das TCP/IP-Modell. Auch bekannt als IP- oder Internetprotokoll-Suite, ist dies ein sehr beliebtes Netzwerkmodell. Dies liegt daran, dass es sich um ein vergleichsweise abstrakteres und flexibleres Schichtenmodell handelt. Seine Flexibilität macht die Implementierung einfacher.

Es hat nur vier Schichten im Gegensatz zu den sieben Schichten des OSI-Modells. Wie Sie unten sehen werden, ähneln viele dieser Schichten einigen der Schichten, die bei der OSI-Schichtenmethode zum Einsatz kommen.

• Anwendung

Hier besteht die Aufgabe der Anwendungsschicht darin, Daten sowohl zu erstellen als auch zu übertragen. Die einzelnen Anwendungen befinden sich auf Remote-Servern. Jede der Anwendungen scheint für den Benutzer lokal ausgeführt zu werden. Die Anwendungsschicht erstellt die Benutzerdaten und überträgt sie dann zwischen den verschiedenen Anwendungen.

• Transport

Die Transportschicht dient dazu, die Kommunikation innerhalb des Systems zu vermitteln. Auch hier werden die Ports relevant. Die Transportschicht nutzt die Ports, um unzuverlässige und zuverlässige Verbindungen zwischen den verschiedenen Diensten im Netzwerk herzustellen. Die Art der Verbindung, die Sie herstellen, hängt von der Art des verwendeten Protokolls ab.

• Internet

Hier unterscheidet sich das IP-Modell vom OSI-Schichtenmodell. Die Internetschicht ist bei dieser Methode für die Datenübertragung zwischen den Knoten verantwortlich. Sie kümmert sich nicht um die Verbindung. Vielmehr nutzt sie einfach das Wissen über die Verbindungsendpunkte, um die Daten zu übertragen. Sie identifiziert Quelle und Ziel anhand von IP-Adressen.

• Link

Schließlich ist es die Link-Schicht, die den Remote-Systemen ihre Identität verleiht. Sie stellt die Adressierbarkeit des lokalen Netzwerks und der Knoten, aus denen es besteht, her. Dies ermöglicht in der Folge der Internetschicht die Datenübertragung.

Netzwerkschnittstellen

Nachdem Sie die Terminologie und die Grundlagen der Netzwerkschichten kennengelernt haben, können Sie zu den Schnittstellen übergehen. Wie wir alle wissen, sind Schnittstellen im Grunde Kommunikationspunkte. Die meisten Server verfügen über eine Schnittstelle für jede Ethernet- oder drahtlose Internetkarte. Sie können die Schnittstelle basierend auf Ihren Präferenzen und Anforderungen konfigurieren. Jede Schnittstelle in Ihrem Netzwerk verfügt über ein entsprechendes Netzwerkgerät. Dieses Gerät kann virtuell oder physisch sein.

Eine der virtuellen Netzwerkschnittstellen, die der Server einrichtet, ist die Loopback- oder Localhost-Schnittstelle. Die meisten Ihrer Tools werden diese als „lo“-Schnittstelle bezeichnen. Die Aufgabe dieser Schnittstelle ist es, die Anwendungen und Prozesse auf verschiedenen Computern zu verbinden.

Eine weitere Schnittstelle, die Sie in Ihrem System haben werden, dient der Abwicklung des Datenverkehrs zum Internet. Diese wird in der Regel vom Administrator eingerichtet. Möglicherweise benötigen Sie auch eine Schnittstelle für ein LAN oder ein privates Netzwerk.

Protokolle zur Datenübertragung

Das Letzte, was Sie benötigen, um Ihre grundlegende Ausbildung im Bereich Netzwerke abzuschließen, sind Protokolle. Protokolle definieren die Abläufe innerhalb eines Systems und sorgen dafür, dass ein Netzwerk funktioniert. Die Protokolle bauen aufeinander auf, und die Daten werden durch sie alle übertragen.

Als Nächstes werden wir einige der gängigsten Protokolle besprechen, die Sie verwenden oder von denen Sie hören könnten. Das Ziel ist es zu verstehen, was sie unterscheidet und warum sie für bestimmte Prozesse wichtig sind.

• Media Access Control

Zu Beginn starten wir mit einem Kommunikationsprotokoll, das auf der Link-Schicht arbeitet. Das Media-Access-Control-Protokoll hilft uns, verschiedene Geräte anhand einer Adresse zu unterscheiden. Die Media-Access-Control- oder MAC-Adresse kennzeichnet die Identität eines bestimmten Geräts.

Jedes Gerät erhält seine MAC-Adresse bei der Herstellung, und sie ist absolut einzigartig. Dadurch kann das Netzwerk jedes Gerät im Internet anhand der MAC-Adresse unterscheiden. Das bedeutet, dass das Netzwerk die Hardware selbst dann noch identifiziert, wenn die Software den Namen des Geräts ändert.

• IP

Das IP-Protokoll ist eines der beliebtesten Protokolle in der Netzwerktechnik. Das liegt daran, dass es eines der Protokolle ist, die das Internet antreiben. Wir alle wissen, dass unsere digitalen Geräte über einzigartige “IP-Adressen” verfügen. Das IP-Protokoll gehört zur Internetschicht im IP/TCP-Modell und verfügt über verschiedene Implementierungen. Am häufigsten sehen wir IPv4 und IPv6. Letzteres ist eine verbesserte Version von IPv4.

Die Funktionsweise des IP-Protokolls besteht darin, dass es mehrere Pfade erstellt, um eine Verbindung mit einem einzelnen Ziel herzustellen. Dies liegt daran, dass es von einem unzuverlässigen Netzwerk ausgeht, wenn der Datenverkehr Netzwerke durchquert. Das Protokoll kann dynamisch zwischen den Pfaden wechseln.

• ICMP

ICMP steht für Internet Control Message Protocol. Dies ist ein Protokoll, das besonders für Netzwerkdiagnosetools wie Ping und Traceroute nützlich ist. Das ICMP kann Fehler und Verfügbarkeit anzeigen, indem es Nachrichten zwischen Geräten sendet. Das Protokoll überträgt Pakete, wenn andere Datenpakete im Netzwerk auf ein Problem auf ihrem Weg stoßen. Das ICMP erkennt den Fehler bei der Übertragung.

• TCP

TCP steht für Transmission Control Protocol. TCP gehört zur Transportschicht des IP/TCP-Schichtenmodells und ist an der Datenpaketierung und -übertragung beteiligt. Es ist eines der wichtigsten Protokolle, die unser Internet regeln.

Bevor es sich mit der Datenübertragung befasst, muss das Protokoll eine Verbindung herstellen. Dazu nutzt TCP einen Drei-Wege-Handshake. Hierbei müssen zwei Endpunkte in der Kommunikationsleitung die Anfrage akzeptieren und eine zuverlässige Verbindung für die Datenübertragung gewährleisten.

Es erfüllt eine Vielzahl von Funktionen im Netzwerk. Zunächst verpackt es Daten in Pakete und überträgt sie über die entsprechenden Verbindungen. Zweitens prüft TCP das System auf Fehler. Darüber hinaus ist es auch in der Lage, Datenpakete für die Anwendungsschicht zusammenzusetzen. Sobald die Daten ihr Ziel erreichen, baut TCP die Verbindung mithilfe eines Vier-Wege-Handshakes ab.

• UDP

UDP steht für User Datagram Protocol. Viele Menschen nutzen es oft in Kombination mit TCP, da es ebenfalls in der Transportschicht verwendet wird. Was es von Letzterem unterscheidet, ist, dass es eine unzuverlässige Verbindung herstellt. Eine unzuverlässige Datenübertragung bedeutet, dass das Protokoll nicht überprüft, ob die Daten am anderen Ende der Verbindung sicher empfangen wurden.

Sie fragen sich vielleicht, warum überhaupt jemand unzuverlässige Verbindungen gegenüber zuverlässigen Verbindungen bevorzugen sollte? Es gibt jedoch viele nützliche Anwendungen für eine unzuverlässige Datenübertragung, wie sie UDP bietet. Beispielsweise implementiert man UDP in Anwendungen, bei denen es auf Schnelligkeit ankommt. Anstatt auf die Bestätigung zu warten, dass die Daten empfangen wurden, sendet das System die Daten einfach von seiner Seite aus. Aus diesem Grund findet es Anwendung in Bereichen wie Spielen und VOIP.

• HTTP

HTTP steht für Hypertext Transfer Protocol. Dieses Protokoll sollte Ihnen bekannt sein, da alle Websites mit diesen vier Buchstaben beginnen. HTTP ist in der Anwendungsschicht implementiert und definiert Funktionen, die Ihrem System helfen zu erkennen, was der Benutzer anfordert.

Zu den Funktionen gehören beispielsweise GET, POST und DELETE. Jede dieser Funktionen interagiert anders mit den Daten und führt die durch den Namen suggerierte Aktion aus. Somit ist HTTP für die Kommunikation Ihres Systems mit oder im Internet verantwortlich.

• FTP

FTP steht für File Transfer Protocol. Dieses ebenfalls in der Anwendungsschicht implementierte Protokoll ist für die Übertragung von Dateien zwischen Hosts verantwortlich. Es ist jedoch wichtig zu bedenken, dass dies kein sicheres Protokoll ist. Aus diesem Grund wird es meist in öffentlichen Umgebungen verwendet.

• DNS

DNS steht für Domain Name System. Ein weiteres Protokoll der Anwendungsschicht, mit dem Sie Ihre Internetressourcen einfach benennen können. Die Namen sind benutzerfreundlich und verbinden die Domain mit der IP-Adresse, sodass Sie problemlos darauf zugreifen können.

• SSH

SSH ist ein Protokoll der Anwendungsschicht und steht für Secure Shell. Wie der Name schon sagt, handelt es sich um ein Ende-zu-Ende-verschlüsseltes Protokoll. Sie können es verwenden, um Verbindungen mit dem Remote-Server sicherer zu machen. Es ist ein allgegenwärtiges Protokoll, weshalb viele zusätzliche Technologien darauf aufbauen.

Darüber hinaus finden Sie hier ausführliche Tutorials zur Implementierung des SSH-Protokolls:

• Konfigurieren Ihres Linux-Servers für die Verwendung der SSH-schlüsselbasierten Authentifizierung
• So verwenden Sie SSH, um eine Verbindung zu einem Remote-Server in Ubuntu herzustellen
• Automatisches Einfügen von SSH-Schlüsseln in Ihre Cloud-Server mit diesem einfachen Bash-Skript

Fazit

Schließlich sind Sie nun mit den Grundlagen des Netzwerkens vertraut. Wenn Sie die Terminologie im Vorfeld durchgehen, wird Ihnen der Einstieg leichter fallen. Ganz zu schweigen davon, dass es Ihnen die Möglichkeit gibt, das Potenzial Ihres Servers zu maximieren. Dies liegt daran, dass Sie sich der Komponenten und Verbindungen bewusst sind, die die Kommunikation innerhalb des Systems ermöglichen. Nutzen Sie dieses Wissen als Grundlage, um in die Welt des Netzwerkbetriebs einzusteigen.

Viel Spaß beim Computing!