Block 10 · Netzwerk, IoT & Infrastruktur

A · Erklärungssatz

Netzwerkthemen stehen nur in Teil 1 und kamen in 4 von 9 Prüfungen vor – dann aber teils mit vielen Punkten (W24: 26 Punkte am Stück). Die Szenarien werden immer IoT-lastiger: Sensoren im Park (S23), Messstellen und Drohnen im Weinberg (W23, ohne eigene Netzwerkaufgabe), Bodensensoren auf dem Acker (S26). Typisch sind Zuordnen und Begründen (welche Funk- oder Netzart passt wozu?), Begriffe erläutern (MAC-Adresse, Ethernet-Frame), ein englischer Fachtext und einmal ein kleines Skript, das ein Netz durchläuft und JSON ausgibt.

NET-01 · IoT / Sensorik / Funk Wahrscheinlich

Vorkommen: 3/9 · Prüfungen: S23 (T1 A4a: Verschlüsselung für batteriebetriebene Sensoren), W24 (T1 A2a: LPWAN für IoT), S26 (T1 A3a: LoRa aus englischem Fachtext, A3bd: RSA im IoT-Projekt) · dazu IoT als Kulisse in W23

Was ist das Internet der Dinge (IoT)?

Beim Internet of Things werden physische Gegenstände (Zähler, Maschinen, Container, Parkplätze …) mit Sensoren, Aktoren, einem kleinen Rechner und einer Netzwerkanbindung ausgestattet. Sie sind eindeutig adressierbar (z. B. über eine Geräte-ID wie die 64-Bit-DevEUI), erfassen Daten selbstständig und übertragen sie ohne menschliches Zutun an eine zentrale Plattform. Dort werden die Daten gespeichert, ausgewertet und gegebenenfalls Befehle an Aktoren zurückgeschickt.

Funktechniken im Vergleich

Welche Funktechnik passt, hängt von wenigen Kriterien ab: Reichweite, Datenrate, Energiebedarf (Batterie oder Netzteil?), Kosten (Hardware, eigene Infrastruktur, laufende Gebühren), Latenz und ob eine Infrastruktur vorhanden ist (Mobilfunknetz) oder selbst aufgebaut werden muss (Gateways, Access Points). Die Werte sind typische Richtwerte; in der Prüfung genügen Größenordnungen.

Warum LPWAN für verteilte, batteriebetriebene Sensoren?

LPWAN (Low Power Wide Area Network) ist der Oberbegriff für Funknetze, die mit sehr wenig Energie über große Entfernungen funken – auf Kosten der Datenrate. Für Sensoren, die über ein großes Gebiet verteilt sind und keinen Stromanschluss haben, ist das genau die richtige Abwägung:

• Geringer Energiebedarf: Das Gerät schläft fast immer und wacht nur zum Senden kurz auf → Batterie hält mehrere Jahre, kein Stromanschluss und seltene Wartungsfahrten.
• Große Reichweite: Ein Gateway bzw. eine Funkzelle deckt viele Quadratkilometer ab → wenige Gateways genügen, keine Verkabelung im Gelände.
• Kleine Datenmengen genügen: Ein Messwert umfasst nur wenige Byte und wird einige Male pro Stunde gesendet → die geringe Datenrate reicht völlig.
• Geringe Kosten: günstige Funkmodule; bei LoRaWAN keine Funkgebühren (lizenzfreies Band), bei NB-IoT kein eigener Netzaufbau.
• Viele Geräte je Gateway: Tausende Endgeräte können über ein Gateway kommunizieren.

Nicht geeignet ist LPWAN für Bilder, Audio, Video, große Firmware-Updates oder Echtzeitsteuerung mit sehr kurzer Reaktionszeit.

LoRa und LoRaWAN

• LoRa (Long Range) ist die Funkmodulation (physikalische Schicht). Sie nutzt das Chirp Spread Spectrum (CSS): Das Signal wird über eine breitere Frequenz „gestreckt“ und ist dadurch sehr störfest und auch noch knapp über dem Rauschen empfangbar.
• LoRaWAN ist das darauf aufbauende Netzwerkprotokoll (offener Standard der LoRa Alliance): Adressierung, Verschlüsselung, Gerätemanagement.
• Topologie „Stern von Sternen“: Endgeräte senden per Funk an alle Gateways in Reichweite (kein festes Gateway, kein Mesh, Endgeräte sprechen nicht untereinander). Die Gateways leiten die Pakete per IP an den Network Server weiter. Dieser entfernt Duplikate (dasselbe Paket kam über mehrere Gateways), prüft die Integrität und gibt die Nutzdaten an den Application Server.
• Spreading Factor (SF7 … SF12): Je höher der SF, desto größer Reichweite und Störfestigkeit, aber desto langsamer die Übertragung, desto länger die Sendezeit (Airtime) und desto höher der Energiebedarf. Mit Adaptive Data Rate (ADR) stellt der Network Server für jedes Gerät den kleinsten noch funktionierenden SF ein.
• Duty Cycle: Im lizenzfreien 868-MHz-Band darf ein Gerät in den meisten Teilbändern höchstens 1 % der Zeit senden, also 36 s pro Stunde.
• Geräteklassen: A (Standard, sparsamste: Empfang nur kurz nach eigenem Senden), B (zusätzlich geplante Empfangsfenster), C (empfängt dauernd, braucht Netzstrom – z. B. für Aktoren).
• Nutzdaten: je Nachricht nur ca. 51 bis 222 Byte (abhängig vom SF).
• Sicherheit eingebaut: symmetrische Verschlüsselung mit AES-128; ein Netzwerk-Sitzungsschlüssel sichert die Integrität (MIC), ein Anwendungs-Sitzungsschlüssel verschlüsselt die Nutzdaten Ende-zu-Ende bis zum Application Server.

Rechnen mit dem Duty Cycle

So gehst du vor: (1) erlaubte Sendezeit pro Stunde: 1 % von 3600 s = 36 s. (2) benötigte Sendezeit = Nachrichten pro Stunde × Airtime je Nachricht. (3) vergleichen. (4) ggf. maximale Nachrichtenzahl = 36 s ÷ Airtime (abrunden).

Beispiel: Ein Parkplatzsensor sendet bei SF11 (Airtime laut Datenblatt 0,66 s) einmal pro Minute: 60 × 0,66 s = 39,6 s > 36 s → nicht zulässig. Maximal 36 s ÷ 0,66 s = 54,5 → 54 Nachrichten pro Stunde, also etwa alle 67 s. Lösung: seltener senden, nur bei Zustandswechsel senden oder mit kleinerem SF senden (kürzere Airtime, geht aber nur bei gutem Empfang).

NB-IoT, Sigfox und 5G kurz eingeordnet

• NB-IoT (Narrowband IoT) ist ein Mobilfunkstandard für IoT-Geräte im LTE-Netz. Vorteile: vorhandenes Netz, sehr gute Durchdringung von Kellern und Schächten, höhere Datenrate als LoRaWAN, Downlink jederzeit möglich. Nachteile: SIM-Karte und Vertrag je Gerät (laufende Kosten), Abhängigkeit vom Netzbetreiber und dessen Abdeckung. Verwandt: LTE-M (mehr Datenrate, auch für bewegte Geräte).
• Sigfox ist ein Betreibernetz mit extrem kleiner Datenrate und streng begrenzter Nachrichtenzahl – nur für seltene Kurzmeldungen.
• 5G hat drei Ausprägungen: hohe Datenraten (Video, Drohnen), sehr kurze Latenz (Steuerung in Echtzeit) und sehr viele IoT-Geräte pro Fläche (dazu zählen NB-IoT und LTE-M). Unternehmen können ein eigenes 5G-Campusnetz betreiben.

Englischer Fachtext: Merkmale herausziehen

In S26 musste man aus einem englischen Text drei Merkmale von LoRa nennen und zwei Gründe für den Einsatz erläutern. So gehst du vor: (1) Text einmal ganz lesen, (2) jede Aussage über die Technik unterstreichen (is, uses, allows, can, is ideal for), (3) auf Deutsch stichpunktartig notieren, (4) bei „Gründe erläutern“ jedes Merkmal mit der Situation verbinden. Wörtlich übersetzen ist nicht nötig. Übungsbeispiel (selbst geschrieben):

Messwerte als JSON und das Protokoll MQTT

Die Plattform erhält die Messwerte meist als JSON (Querverweis Block 06). Typische Felder: eine eindeutige Geräte-ID (z. B. DevEUI, 64 Bit in Hex-Schreibweise), der Messwert, ein Zeitstempel im ISO-8601-Format mit Zeitzone und oft der Batteriestand. Beispiel Parkplatzsensor:

{
  "devEUI": "0004A30B001C2F51",
  "stellplatz": "Marktplatz-12",
  "belegt": true,
  "zeitpunkt": "2026-03-14T08:42:10+01:00",
  "batterie": 91
}

• Zahlen und Wahrheitswerte ohne Anführungszeichen (91, true), Texte und Zeitstempel mit.
• Mehrere Datensätze werden zu einem Array [ {…}, {…} ] – zwischen den Objekten steht ein Komma, nach dem letzten keines.
• Einheiten gehören in den Schlüsselnamen oder in die Dokumentation ("temperatur_c": 7.5), nicht in den Wert ("7,5 °C" wäre ein String und schlecht auswertbar). Dezimaltrenner ist der Punkt.

MQTT ist das verbreitetste Protokoll zwischen IoT-Plattform-Komponenten: Ein zentraler Broker nimmt Nachrichten von Publishern entgegen und verteilt sie an alle Subscriber eines Topics (z. B. stadt/parken/marktplatz/12). Vorteile: sehr kleiner Protokoll-Overhead, Sender und Empfänger kennen sich nicht (lose Kopplung), drei Zustellgarantien (QoS 0, 1, 2). MQTT läuft über TCP, Port 1883, verschlüsselt mit TLS über Port 8883.

Sicherheit auf schwachen Geräten (Querverweis Block 07)

IoT-Sensoren haben einen kleinen Mikrocontroller, wenig Speicher und eine Batterie. Daraus folgt:

• Symmetrische Verschlüsselung (z. B. AES-128) statt asymmetrischer: AES ist schnell, oft in Hardware vorhanden und verbraucht wenig Energie. Bei LoRaWAN ist AES-128 bereits eingebaut.
• Asymmetrische Verfahren wie RSA sind rechenintensiv (lange Rechenzeit = Energie) und erzeugen große Schlüssel und Chiffrate: Ein mit RSA-2048 verschlüsselter Block ist immer 256 Byte groß – mehr, als eine einzelne LoRaWAN- oder Sigfox-Nachricht transportieren kann. RSA ist auf dem Sensor deshalb in der Regel nicht sinnvoll. Wenn asymmetrisch nötig (z. B. für Schlüsselaustausch oder Signaturen), dann eher elliptische Kurven (ECC: kürzere Schlüssel bei gleicher Sicherheit).
• Integrität sichert man mit einem Message Authentication Code (MAC, bei LoRaWAN „MIC“ genannt) oder einer Signatur – Verschlüsselung allein schützt nicht vor unbemerkter Veränderung.
• Weitere Maßnahmen: eigener Schlüssel je Gerät (nicht ein Schlüssel für alle), keine Standardpasswörter, signierte Firmware-Updates, Schutz vor physischem Zugriff (Gehäuse, Plombe), Segmentierung des IoT-Netzes.

Edge oder Cloud?

Beispiel: Ein Kühlhaus schaltet bei Übertemperatur sofort lokal die Notkühlung ein (Edge) – das darf nicht davon abhängen, ob das Internet gerade funktioniert. Die Temperaturverläufe aller Filialen werden in der Cloud gespeichert und monatlich ausgewertet. In der Praxis ist fast immer eine Kombination sinnvoll.

So gehst du vor: Funktechnik begründet auswählen

1. Anforderungen aus dem Text ziehen: Entfernung/Fläche? Stromanschluss oder Batterie? Datenmenge und Sendeintervall? Reaktionszeit? Gebäude oder Gelände? Mobilfunkabdeckung? Budget (einmalig/laufend)?
2. Ausschlusskriterien zuerst: Video → nur WLAN oder Mobilfunk (4G/5G). Batterie über Jahre → kein WLAN, kein 5G. Mehrere Kilometer → kein BLE, kein Zigbee, kein WLAN.
3. Unter den verbleibenden Techniken abwägen (z. B. LoRaWAN vs. NB-IoT: eigene Gateways und keine laufenden Gebühren vs. vorhandenes Netz, Kosten je SIM und bessere Gebäudedurchdringung).
4. Antwort formulieren: Technik + zwei Merkmale + jeweils Bezug zur Situation.

NET-02 · Netzwerkkonzepte Wahrscheinlich

Vorkommen: 2/9 · Prüfungen: W24 (T1 A2a: LAN, SAN, LPWAN den Gebieten IoT, Unternehmensnetz, Rechenzentrum zuordnen und begründen, 9 P), S26 (T1 A3a: LoRa als Netzkonzept)

Netzarten nach Ausdehnung

Netze nach Zweck

Topologien

Client-Server und Peer-to-Peer

Aktive Netzwerkkomponenten

In kleinen Standorten stecken Router, Firewall, VPN-Endpunkt, Switch und Access Point oft in einem Gerät. In der Prüfung trotzdem die einzelnen Funktionen nennen.

So gehst du vor: Netzkonzept zuordnen und begründen

1. Für jedes Anwendungsgebiet die prägenden Merkmale aus dem Text herausziehen: Wer kommuniziert (Sensoren, PCs, Server, Standorte)? Wie weit? Wie viele Daten? Strom vorhanden? Über welches Medium (eigenes Kabel, Funk, Internet)?
2. Konzept zuordnen (meist passt jedes Konzept genau einmal – trotzdem nicht nach dem Ausschlussprinzip raten, sondern prüfen).
3. Begründung: zwei Merkmale des Konzepts, jeweils mit Folge für das Gebiet (in W24: 3 Punkte je Zeile, davon ca. 1 für die Zuordnung und 2 für die Begründung).

Beispiel (Hotelkette mit zwölf Häusern, anderes Szenario als in den Aufgaben):

NET-03 · Adressierung, Frames & Protokolle Sonstige

Vorkommen: 1/9 · Prüfung: W24 (T1 A2ba: Felder des Ethernet-Frames zuordnen, 6 P · A2bb: Aufbau einer MAC-Adresse, 3 P · A2c: Skript, das alle Geräte im Netz 192.168.0.0/24 abfragt und als JSON-Array ausgibt, 8 P)

Schichtenmodelle: OSI und TCP/IP

Schichtenmodelle teilen die Kommunikation in Aufgaben auf. Jede Schicht nutzt die Dienste der darunterliegenden und bietet der darüberliegenden Dienste an; beim Senden packt jede Schicht ihren Kopf (Header) um die Daten (Kapselung). Merksatz von oben (7) nach unten (1): „Alle deutschen Studenten trinken verschiedene Sorten Bier“.

MAC-Adresse

Die MAC-Adresse (Media Access Control) ist die Hardware-Adresse einer Netzwerkschnittstelle auf Schicht 2. Sie ist 48 Bit = 6 Byte lang und wird als 12 Hexadezimalziffern geschrieben, paarweise getrennt: 00:80:41:AE:FD:7E (Linux), 00-80-41-AE-FD-7E (Windows).

• Erste 3 Byte: OUI (Organizationally Unique Identifier): Kennung des Herstellers, vom IEEE zugeteilt. Daran kann man den Hersteller eines Geräts erkennen (Herstellerlisten).
• Letzte 3 Byte: Gerätekennung, vom Hersteller selbst eindeutig vergeben. Zusammen ist die Adresse (theoretisch) weltweit eindeutig; sie ist bei der Herstellung fest hinterlegt („burned-in“), lässt sich per Software aber überschreiben.
• Zwei Bits im ersten Byte haben Sonderbedeutung: Das niederwertigste Bit kennzeichnet Gruppenadressen (Multicast), das zweitniederwertigste lokal vergebene Adressen. Smartphones nutzen im WLAN oft solche zufälligen MAC-Adressen (zweite Hex-Ziffer 2, 6, A oder E) – dann ist kein Hersteller erkennbar.
• Broadcast-Adresse: FF:FF:FF:FF:FF:FF – der Frame geht an alle Geräte im LAN.
• MAC-Adressen gelten nur im lokalen Netz. Ein Router packt jedes Paket in einen neuen Frame mit neuen MAC-Adressen; die IP-Adressen bleiben Ende-zu-Ende gleich.
• ARP (Address Resolution Protocol) ermittelt zu einer IPv4-Adresse die MAC-Adresse: Anfrage als Broadcast („Wer hat 192.168.50.1?“), Antwort als Unicast vom betreffenden Gerät. Bei IPv6 übernimmt das NDP.

Ethernet-Frame

Auf Schicht 2 werden die Daten in Frames (Rahmen) verpackt. Aufbau eines Ethernet-II-Frames in Übertragungsreihenfolge:

Mitschnitt lesen (Beispiel): Die ersten 14 Byte nach dem SFD lauten 00 80 41 ae fd 7e 3c 07 54 12 9a 01 08 00 → Ziel-MAC 00:80:41:AE:FD:7E, Quell-MAC 3C:07:54:12:9A:01, Typ 0x0800 → in den Nutzdaten folgt ein IPv4-Paket. Die Ziel-MAC ist keine Broadcast-Adresse, der Frame ist also an genau ein Gerät gerichtet (Unicast).

IPv4-Adressen und Subnetze

Eine IPv4-Adresse ist 32 Bit lang, geschrieben als vier Dezimalzahlen (Oktette, je 0–255). Sie besteht aus einem Netzanteil (welches Netz?) und einem Hostanteil (welches Gerät im Netz?). Wo die Grenze liegt, sagt die Subnetzmaske bzw. die CIDR-Präfixlänge: /24 bedeutet „die ersten 24 Bit sind Netzanteil“ = Maske 255.255.255.0.

• Netzadresse: alle Hostbits 0 – bezeichnet das Netz, nicht an Geräte vergeben.
• Broadcastadresse: alle Hostbits 1 – erreicht alle Geräte im Netz, nicht an Geräte vergeben.
• Nutzbare Hostadressen: 2^Hostbits − 2 (minus Netz- und Broadcastadresse). Eine davon bekommt meist der Router (Standardgateway).
• Private Bereiche (im Internet nicht geroutet, per NAT ins Internet): 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16. Sonderadressen: 127.0.0.1 (Loopback, der eigene Rechner), 169.254.x.x (selbst vergeben, wenn kein DHCP-Server antwortet).

So gehst du vor (Netz- und Broadcastadresse zu einer Adresse mit Präfix):

1. Hostbits bestimmen: 32 − Präfix.
2. Bei /24, /16, /8 ist es einfach: Die vollen Oktette des Netzanteils bleiben, der Rest wird 0 (Netzadresse) bzw. 255 (Broadcast).
3. Sonst das „angeschnittene“ Oktett betrachten: Blockgröße = 256 − Maskenwert dieses Oktetts. Die Netze beginnen bei Vielfachen der Blockgröße. Das Vielfache direkt unter (oder gleich) der Adresse ist die Netzadresse, die nächste Netzadresse minus 1 ist der Broadcast.
4. Kontrolle binär: Adresse UND Maske = Netzadresse.
5. Hosts: 2^Hostbits − 2; erster Host = Netzadresse + 1, letzter Host = Broadcast − 1.

Binär (letztes Oktett):   200 = 1100 1000
Maske /27:                224 = 1110 0000
UND  → Netzanteil:              1100 0000 = 192   (Netzadresse 172.16.8.192)
Hostbits auf 1 → Broadcast:     1101 1111 = 223   (Broadcast   172.16.8.223)

Netz aufteilen: Ein /24 lässt sich durch Verlängern des Präfixes in gleich große Subnetze teilen: 1 Bit mehr → 2 Subnetze (/25), 2 Bit → 4 (/26), 3 Bit → 8 (/27). Beispiel: 172.16.8.0/24 in acht /27-Netze: .0–.31, .32–.63, .64–.95, … , .224–.255 (jeweils erste Adresse = Netz, letzte = Broadcast, je 30 Hosts).

Gleiches Netz? Zwei Geräte können nur direkt (über einen Switch) miteinander sprechen, wenn ihr Netzanteil gleich ist. 192.168.50.17/24 und 192.168.51.3/24 liegen in verschiedenen Netzen (drittes Oktett 50 ≠ 51) → die Kommunikation muss über einen Router laufen.

IPv6 in Kürze

• 128 Bit, geschrieben als 8 Blöcke à 16 Bit in Hexadezimal: 2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329.
• Kürzen: führende Nullen eines Blocks weglassen, eine zusammenhängende Folge von Null-Blöcken durch :: ersetzen → 2001:db8::ff00:42:8329.
• Typisch: 64 Bit Präfix (Netz) + 64 Bit Interface-ID (Gerät). Kein Broadcast mehr (Multicast stattdessen), Loopback ::1, Link-Local-Adressen beginnen mit fe80::.
• Grund für IPv6: Der IPv4-Adressraum (ca. 4,3 Mrd.) ist erschöpft; IPv6 bietet ca. 3,4 · 10³⁸ Adressen – genug für jedes IoT-Gerät eine eigene Adresse, ohne NAT.

Wichtige Protokolle und Ports

Auf der Transportschicht adressiert die Portnummer den Dienst bzw. die Anwendung auf einem Rechner (0–65535; bis 1023 „well-known ports“). IP-Adresse + Port = Socket.

Ohne Port, weil unterhalb der Transportschicht: IP, ICMP (z. B. ping) und ARP. DHCP-Ablauf („DORA“): Discover (Broadcast) → Offer → Request → Acknowledge.

TCP und UDP

Skript-Muster: Netz durchlaufen und JSON erzeugen

In W24 sollte ein Skript alle Geräte eines /24-Netzes abfragen und das Ergebnis als JSON-Array ausgeben. Das Muster (hier mit anderer Hilfsfunktion: isReachable(ip : string) : boolean liefert true, wenn ein Gerät auf ping antwortet) erzeugt ein JSON-Array aller erreichbaren Adressen:

funktion erreichbareHosts(netz : string) : string
  json : string := "["
  anzahl : integer := 0
  zähle i von 1 bis 254                        // .0 = Netzadresse, .255 = Broadcast
    ip : string := netz + "." + i              // z. B. "192.168.5" + "." + 7
    wenn isReachable(ip) dann
      wenn anzahl > 0 dann
        json := json + ", "                    // Komma nur VOR jedem weiteren Element
      Ende wenn
      json := json + '"' + ip + '"'            // '…' darf " enthalten
      anzahl := anzahl + 1
    Ende wenn
  Ende zähle
  json := json + "]"
  rückgabe json
Ende funktion

Aufruf ausgabe(erreichbareHosts("192.168.5")) liefert z. B. ["192.168.5.1", "192.168.5.20", "192.168.5.31"]. Die drei Knackpunkte: Schleifengrenzen 1 bis 254, Komma-Logik (kein Komma vor dem ersten und nach dem letzten Element) und Anführungszeichen um Zeichenketten im JSON. Liefert eine Hilfsfunktion statt boolean einen Wert oder null, prüft man entsprechend wenn wert <> null dann. In Java schreibt man Anführungszeichen im String mit Backslash: "\"" + ip + "\"".

NET-04 · IT-Infrastruktur, Virtualisierung & Cloud Sonstige

Vorkommen: 1/9 · Prüfung: W22 (T1 A1a: zwei Schwachstellen der veralteten, inhomogenen IT-Infrastruktur beschreiben, 4 P · A1b: eine funktionale und eine nicht-funktionale Anforderung an die neue IT-Infrastruktur, 4 P) · Cloud-Datenbank als Kulisse in W23

Schwachstellen veralteter und uneinheitlicher Infrastruktur

„Veraltet“ heißt: alte Hardware, Betriebssysteme ohne Herstellerunterstützung. „Inhomogen“ (uneinheitlich) heißt: viele verschiedene Hersteller, Modelle und Versionen. Beides gefährdet vor allem die Verfügbarkeit (Schutzziel, Querverweis Block 07). Beispiel: Eine Steuerberaterkanzlei mit drei Büros hat in jedem Büro einen eigenen Server (Baujahre 2012–2019, drei verschiedene Betriebssysteme), gesichert wird auf eine USB-Festplatte, die im Serverschrank liegt.

„Beschreiben“ heißt in der Prüfung: Schwachstelle + Auswirkung nennen, möglichst mit einem Beleg aus der Situation („Server S3 hat nur ein Netzteil; fällt es aus, steht der Dateiserver still“).

Anforderungen an eine Infrastruktur

Rechenzentrum, Redundanz und Hochverfügbarkeit

Ein Rechenzentrum bündelt Server, Speichersysteme und Netzwerktechnik in einer geschützten Umgebung: unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) und Notstromaggregat, Klimatisierung, Brandfrüherkennung und Löschanlage, Zutrittskontrolle, redundante Internetanbindung. Statt eines eigenen Rechenzentrums kann man Fläche bei einem Dienstleister mieten (Colocation) oder Dienste aus der Cloud beziehen.

Redundanz heißt, kritische Komponenten mehrfach vorzuhalten, damit kein Single Point of Failure (SPOF) bleibt:

Verfügbarkeit in Zahlen: erlaubte Ausfallzeit pro Jahr = (1 − Verfügbarkeit) × 8760 h. 99 % → 87,6 h · 99,9 % → 8,76 h · 99,99 % → ca. 53 min · 99,999 % → ca. 5 min.

Datensicherung (Backup)

• 3-2-1-Regel: mindestens 3 Kopien der Daten (Original + 2 Sicherungen), auf 2 verschiedenen Speichermedien bzw. -systemen, davon 1 Kopie an einem anderen Ort (außer Haus, offline oder unveränderbar). So überlebt mindestens eine Kopie Hardwaredefekt, Brand, Diebstahl und Ransomware.
• Generationenprinzip (Großvater-Vater-Sohn): z. B. tägliche, wöchentliche und monatliche Sicherungen werden unterschiedlich lange aufbewahrt → auch ältere Stände sind wiederherstellbar.
• RPO (Recovery Point Objective): wie viel Datenverlust ist maximal tolerierbar (bestimmt das Sicherungsintervall)? RTO (Recovery Time Objective): wie schnell muss der Betrieb wieder laufen?
• Sicherungen regelmäßig per Wiederherstellungstest prüfen, verschlüsseln, automatisieren.

Virtualisierung: virtuelle Maschine und Container

Bei der Virtualisierung laufen mehrere logische Server auf einer physischen Hardware. Der Hypervisor teilt CPU, RAM, Speicher und Netz zu. Typ 1 („bare metal“) läuft direkt auf der Hardware (Server-Virtualisierung im Rechenzentrum), Typ 2 läuft als Programm auf einem normalen Betriebssystem (Test-VMs auf dem Entwickler-PC).

Vorteile der Virtualisierung: bessere Auslastung der Hardware (Konsolidierung: weniger Geräte, weniger Strom und Platz) · neue Server in Minuten bereitstellen · Snapshots vor Updates · Live-Migration im laufenden Betrieb (Wartung ohne Ausfall) · im Cluster hohe Verfügbarkeit · Hardwareunabhängigkeit (VM läuft auf jedem Host) · einheitliche Verwaltung. Nachteile: Ausfall eines Hosts trifft viele VMs gleichzeitig (deshalb Cluster), Lizenzkosten, zusätzliches Know-how, geringer Leistungsverlust.

Cloud Computing

Cloud Computing heißt: IT-Ressourcen (Rechenleistung, Speicher, Plattformen, Software) werden über das Netz bei Bedarf bereitgestellt, vom Kunden selbst angefordert, elastisch skaliert und nach Verbrauch abgerechnet. Die Ressourcen vieler Kunden liegen gemeinsam in den Rechenzentren des Anbieters.

Bereitstellungsmodelle: Public Cloud (Anbieter betreibt die Infrastruktur für viele Kunden, über das Internet erreichbar) · Private Cloud (nur für eine Organisation, im eigenen oder einem dedizierten Rechenzentrum) · Hybrid Cloud (Kombination: z. B. kritische oder sensible Systeme privat, Standarddienste und Lastspitzen in der Public Cloud) · Community Cloud (mehrere Organisationen mit gleichen Anforderungen, z. B. Kommunen, teilen sich eine Cloud).

B · Belegsatz

Enthält nur, was dir auch die IHK beilegen würde. Für Netzwerkthemen legt die IHK keine eigene Notationshilfe bei; für die Skriptaufgabe gelten die Pseudocode-Konventionen aus dem Belegsatz von Block 02. Alles, was die Aufgaben brauchen, steht in den Anlagen 1–8.

[
  {"ip": "10.10.20.1", "mac": "5C:F2:86:00:14:01"},
  {"ip": "10.10.20.2", "mac": "5C:F2:86:00:14:02"}
]

0000   ff ff ff ff ff ff 3c 52 82 5e 90 31 08 06 00 01
0010   08 00 06 04 00 01 3c 52 82 5e 90 31 0a 0a 14 1f
0020   00 00 00 00 00 00 0a 0a 14 32 00 00 00 00 00 00
0030   00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 …

C · Aufgaben

Alle Aufgaben beziehen sich auf die Ausgangssituation in Anlage 1. Stichwortartige Antworten sind zulässig, sofern nicht ausdrücklich ganze Sätze verlangt werden. Skripte sind in Pseudocode (Konventionen wie in Block 02) oder in einer Ihnen bekannten Programmier- bzw. Skriptsprache zu entwickeln.

NET-01 · IoT / Sensorik / Funk

NET-02 · Netzwerkkonzepte

NET-03 · Adressierung, Frames & Protokolle

NET-04 · IT-Infrastruktur, Virtualisierung & Cloud

Originalaufgaben zum Üben

Diese echten Prüfungsaufgaben passen zu diesem Block (Dateien im Ordner Prüfungsvorbereitung). Lösungen gibt es nur für 2023 Sommer, 2023 Winter, 2024 Sommer und 2025 Winter (dort vom u-form-Verlag) – für die meisten Netzwerkaufgaben also leider nicht; nutze dann die Musterlösungen dieses Blocks zum Vergleich.