STP061: Heimnetzwerk

Schlüsseltechnologie

In dieser Episode soll es etwas detaillierter um die unteren Schichten im Netzwerkstapel gehen. Außerdem: ttimeless fordert biologische Lösungen für Verknöcherungsprobleme und Xyrill räumt mit falschen Werbeversprechen auf.

Shownotes

• Rückbezug: STP005 (Netzwerk-Schichtenmodell)

  • seither haben wir über die unteren Schichten des Netzwerks nicht allzu viel gesprochen, sondern eher über Anwendungen darauf (siehe STP018 zu DNS, STP022 zu dem Web, STP052/STP054 zu TLS, STP057 zu ActivityPub/Mastodon)
  • heute mal wieder mehr die Infrastruktursicht (Layer 1 bis 4), vor allem aus praktischer Endanwendersicht

• Layer 1/2 kabelgebunden: über achtadrige Twisted-Pair-Kabel mit üblicherweise vorkonfektionierten RJ45-Steckern (8P8C) nach IEEE 802.3 "Ethernet"

  • Twisted Pair: Kabel mit verdrillten Doppeladern und einer (je nach Kategorie) zunehmenden Menge an Abschirmungen, damit das Kabel nicht z.B. unbeabsichtigt zur Antenne wird :) -- Wikipedia hat eine schöne Visualisierung, wie besser geschirmte Kabel für mehr Bandbreite sorgen
  • vorkonfektionierte Stecker: man kann auch selber konfektionieren (sprich: Kabel auf die richtige Länge zuschneiden und Modularstecker anbringen)
  • im Rechenzentrum findet man auch Ethernet, aber oberhalb der 10 Gbit/s dann nur noch auf Basis von Glasfasern und SFP-Modulen
  • Kabel alleine reichen nicht, man braucht mindestens noch einen Switch, um tatsächlich ein Kabelnetzwerk zu erhalten
  • der Switch ist oft auch ein Router, der das lokale Kabelnetzwerk mit dem Internet verbindet
  • Wir empfehlen: Beim Hausbau oder -umbau am besten gleich Cat7 verlegen (oder zumindest Leerrohre), damit man sich nicht mit WLAN-Signalstärken rumärgern muss.
    • im Gespräch erwähnt: Keystone-Modul

• Layer 1/2 kabellos: über Radiowellen im 2,4-GHz-Band oder im 5-GHz-Band nach IEEE 802.11 "WLAN bzw. Wi-Fi"

  • was bei Ethernet der Switch, ist bei WLAN der Access Point (AP)
  • übliches Setup zuhause: der zentrale Router macht sowohl LAN (Ethernet) als auch WLAN
  • Xyrills Setup: ein Server agiert als Router, aber macht nur LAN; am LAN hängt ein WLAN-AP (kein WLAN-Router, somit nur ein lokales Netz für alle Endgeräte)

• Layer 3 mit IPv4 (1981)

  • auf dem Router läuft mindestens ein DHCP-Server, um die lokalen Adressen zu vergeben; oft auch ein DNS-Resolver (siehe STP018)
  • an und für sich sind Netzwerke ineinander verschachtelt, z.B. kann ein Netzwerk 10.11.0.0/16 ein Teilnetzwerk 10.11.12.0/24 enthalten (Analogie: Telefonanlage in einem Firmengebäude mit Verbindung ins weite Telefonnetz); damit fast beliebig feine Unterteilungen des Netzwerks möglich
  • Problem: insgesamt etwa 4,3 Mrd. unterschiedliche IP-Adressen, aber davon nur etwa 3,7 Mrd. "weltweit gültige" Adressen
  • in der Praxis sehr viel NAT: ein Heimnetzwerk kriegt nur eine IP-Adresse für den Router; innerhalb des lokalen Netzwerkes private Adressen (z.B. 192.168.x.y), die nicht direkt aus dem Internet erreichbar sind

• Layer 3 mit IPv6 (1998)

  • IPv6-Adressen haben sehr viel mehr Ziffern und sind damit extrem viel zahlreicher, aber auch unhandlicher
  • noch sehr viele andere Unterschiede zu IPv4, die mit dazu führten, dass sich IPv6 nur sehr langsam verbreitet hat bzw. immer noch verbreitet
  • Endanwender kriegen bei IPv6 nicht nur einzelne Adressen, sondern wie ursprünglich vorgesehen ganze Netze, die ihr Router frei verwalten kann
  • statt DHCP meist nur SLAAC (Stateless Address Auto-Configuration; zustandslose Adressen-Autokonfiguration): Router teilt den Netzwerkbereich mit und Endgeräte würfeln selbsttätig gültige Adressen
  • Umfangreichere Infos im RFC-Podcast zu IPv6
  • Problem: Wenn jedes Gerät vom Computer bis zur smarten Glühbirne eine global eindeutige IPv6-Adresse hat, ist das nicht ein Traum für jeden Überwachungskapitalisten?

• Layer 3 mit VPN (Virtual Private Network)

  • Idee: Netzwerkverkehr ist zumindest auf Layer 2 und darüber auch nur Bits und Bytes; die kann man als Nutzdaten behandeln und in eine andere Netzwerkverbindung zu einem VPN-Server einpacken (meist auch mit Verschlüsselung drumherum, z.B. TLS)
  • Xyrills Setup: ein Server im Rechenzentrum fungiert als VPN-Server, mit dem Xyrills Endgeräte alle verbunden sind; aus Sicht der Endgeräte sind alle im selben lokalen Netzwerk; damit auch z.B. vom Notebook von unterwegs "direkter" Zugriff auf den Heimserver möglich (trotz NAT im Plaste-Router)
  • das häufigere Setup beim Endanwender: aller Datenverkehr nach außen geht durch einen VPN-Tunnel und erst ab dem Server des VPN-Anbieters weiter ins weite Internet
  • tatsächlicher Nutzen: es sieht so aus, als ob man in einer anderen geografischen Region sitzt, was z.B. für Streaming-Dienste relevant sein kann (aber Vorsicht: das verstößt oft gegen die Geschäftsbedingungen des Streamers; das hier ist keine Rechtsberatung)
  • fragwürdiger Nutzen: man muss nicht mehr dem Internetanbieter vertrauen, dass der nicht den eigenen Datenverkehr mitliest (Problem 1: in Zeiten von allgegenwärtigem TLS sieht der ISP sowieso nur die Domain-Namen und IP-Adressen, nicht die Inhalte; Problem 2: man verschiebt die Vertrauensfrage nur vom Internetanbieter zum VPN-Anbieter)

• Layer 4 bis 7 dann beim nächsten Mal