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Lernziele
  • Sie kennen den Hauptvorteil, die logische Internetschicht (IP) von der physischen Netzzugangsschicht (MAC) zu trennen.
  • Sie erkennen eine MAC-Adresse und können sie von einer IP-Adresse unterscheiden.
  • Sie können erklären, welche IP- und MAC-Adresse in einem Paket steht, wenn es
    • im lokalen Netzwerk verschickt wird (IP und MAC des Ziel-Computers),
    • in ein anderes Netzwerk gesendet wird (IP des Ziel-Computers, MAC des Gateways).
  • Die Namen der Schichten müssen Sie nicht auswendig lernen.

Das Wichtigste zuerst: das IP-Paket surft auf Frames

Vielleicht haben Sie sich gefragt: Wie schickt mein Computer etwas an den Gateway, ohne die Ziel-IP zu überschreiben?

Die Antwort: Er überschreibt sie gar nicht. Das IP-Paket bleibt auf dem ganzen Weg unverändert — mit der Ziel-IP des End-Computers. Aber es wird von Station zu Station in einen einfachen «Postcontainer» verladen: einen Frame. Auf dem Frame steht jeweils nur die Adresse der nächsten Stelle (z.B. des Gateways).

Das ist der Hauptvorteil dieser Trennung: Das IP-Paket muss sich nicht darum kümmern, wie es physisch zur nächsten Stelle kommt — über WiFi, Kupferkabel oder Glasfaser. Es surft auf einer Welle wechselnder Frames von Stelle zu Stelle, während die IP-Logik darüber unverändert bestehen bleibt.

Die zwei Schichten im Überblick:

  • Internetschicht (IP, kennen Sie schon): löst, mit welcher Adresslogik man Daten über mehrere Netzwerke hinweg vermittelt. Darum heisst die IP-Adresse auch «logische» Adresse.
  • Netzzugangsschicht (neu — z.B. WiFi und Ethernet): löst das physische Problem, wie ein Frame über Antenne oder Kabel zur nächsten Stelle kommt, ohne dass Pakete kollidieren.

Die MAC-Adresse

Frames adressieren nicht über IP, sondern über die MAC-Adresse: die Hardware-ID der Netzwerkkarte, vom Hersteller fest eingestellt (darum «physische» Adresse). Sie erkennen sie so:

  • 6 Byte lang, hexadezimal notiert, mit Doppelpunkten oder Bindestrichen.
  • Die höchste Adresse ff:ff:ff:ff:ff:ff ist die Broadcast-Adresse (geht an alle).
8b:3b:06:af:9c:df
0a:a4:3c:e5:55:04
81:03:ce:85:fa:d1
ff:ff:ff:ff:ff:ff   (Broadcast)

ARP: von der IP zur MAC

Für Geräte im gleichen Netzwerk führt Ihr Computer eine Tabelle, welche IP zu welcher MAC gehört. Sie sehen sie mit arp -a:

  Internet Address      Physical Address      Type
  192.168.1.1           50-e0-39-61-4f-40     dynamic
  192.168.1.75          dc-e5-5b-77-ef-a7     dynamic
  192.168.1.116         d8-47-32-fa-d4-60     dynamic

Und wenn die MAC zu einer IP noch nicht bekannt ist? Dann ruft der Computer per Broadcast ins ganze Netz: «Wer hat diese IP? Bitte MAC-Adresse melden.» Das ist ARP (Address Resolution Protocol).

Antwortet das Gerät, trägt der Computer das IP-MAC-Paar in seine ARP-Tabelle ein — ab dann läuft die Kommunikation direkt.

Switches & Access-Points (optional)

Ein Switch ändert nichts an den Frames und kennt keine IP-Adressen — stellen Sie ihn sich als etwas schlauere Mehrfachsteckdose vor. Er merkt sich in einer Tabelle, an welchem Anschluss welche MAC sitzt, und leitet Frames gezielt dorthin. Ein WLAN-Access-Point baut mit jedem Gerät eine verschlüsselte 1:1-Verbindung (WPA) auf und agiert im Kern ebenfalls wie ein Switch.

Der Clou: lokal vs. fremdes Netz

Jetzt zur entscheidenden Unterscheidung. Schickt Computer A ein Paket an Computer B in einem anderen Netzwerk, dann verpackt A das IP-Paket (mit Ziel-IP von B) in einen Frame mit der MAC-Adresse des Routers:

So surft dasselbe IP-Paket über eine Serie verschiedener Frames: Die IP-Adresse des Ziels bleibt konstant, die MAC-Adresse wechselt bei jedem Schritt auf die jeweils nächste Stelle.

✏️ Jetzt sind Sie dran

Übung 1: MAC oder IP? (einfach)

Welche dieser Adressen sind MAC-, welche IP-Adressen? 192.168.1.1 · 0a:a4:3c:e5:55:04 · 10.0.0.255 · ff:ff:ff:ff:ff:ff

Lösung

IP (vier Dezimalzahlen, Punkte): 192.168.1.1, 10.0.0.255. MAC (sechs Hex-Paare, Doppelpunkte): 0a:a4:3c:e5:55:04, ff:ff:ff:ff:ff:ff (Broadcast).

Übung 2: Welche Adressen stehen im Paket? (mittel)

Ihr Computer (192.168.1.10) im Netz 255.255.255.0 will ein Paket schicken. Welche Ziel-IP und welche Ziel-MAC stehen im ersten Frame, der Ihren Computer verlässt?

a) Ziel ist 192.168.1.50 (im selben Netz).
b) Ziel ist 93.184.216.34 (irgendwo im Internet), Ihr Gateway ist 192.168.1.1.

Lösung

a) Ziel-IP = 192.168.1.50, Ziel-MAC = die MAC von 192.168.1.50 (lokal, per ARP ermittelt).b) Ziel-IP = 93.184.216.34 (bleibt bis zum Ziel erhalten!), Ziel-MAC = die MAC des Gateways 192.168.1.1. Die IP zeigt aufs Endziel, der Frame nur auf den nächsten Schritt.

Übung 3: ARP selbst anschauen (praktisch)

Öffnen Sie eine Kommandozeile und tippen Sie arp -a. Welche Geräte sind aktuell in Ihrer Tabelle? Welche IP gehört wohl zu Ihrem Router (Gateway)? Tipp: oft die .1 Ihres Netzes.

Geschafft — die ganze Reise des Pakets

Sie haben das Paket auf seiner kompletten Reise begleitet: von der Adresse (IP) über das Subnetz, das Routing (Dijkstra) und das echte Internet (BGP, Valley-free) bis zur Verbindung (TCP, Ports) und schliesslich hinunter aufs Kabel (MAC, Frames). Damit verstehen Sie im Kern, was bei jedem Klick passiert. 🎉