Unterrichtsstunde: Zwei Netze, ein Router

Auf einen Blick

Ziele

Die Lernenden …

• bestimmen zu einer IPv4-Adresse und Subnetzmaske Netzadresse, Broadcast-Adresse und die Zahl nutzbarer Hosts,
• entscheiden mit der Subnetzmaske, ob zwei Adressen im selben Netz liegen,
• erklären, wann ein PC ein Paket direkt zustellt und wann er es an sein Standardgateway schickt,
• begründen, warum zwischen zwei Netzen ein Router nötig ist,
• prüfen eine Netzkonfiguration mit ipconfig, ping und tracert und deuten die Fehlermeldungen.

Voraussetzungen

• Aufbau einer IPv4-Adresse aus vier Oktetten; Umrechnen zwischen Dezimal- und Binärzahlen ist hilfreich, aber nur für Aufgabe 1d und 1e nötig.
• Den Befehl ping haben die Lernenden schon einmal gesehen.
• Technik: PortPanda läuft im Browser, ohne Installation und ohne Konto. Für die Stunde reicht ein Gerät je Paar. Zum Ausprobieren vorab genügt ein Klick auf „Beispielnetz öffnen“.

Ablauf

Phase 1: Einstieg

Öffnen Sie das Beispielnetz am Beamer. Erzählen Sie die Lage: Eine Firma hat das Büro im Netz 192.168.1.0/24 und das Lager im Netz 192.168.2.0/24. PC-1 steht im Büro, PC-2 im Lager, dazwischen Router R-1. Fragen Sie: „Woher weiß PC-1, dass er PC-2 nicht direkt erreichen kann?“ und „Was macht der Router eigentlich?“ Sammeln Sie die Vermutungen an der Tafel.

Zeigen Sie dann einen Ping von PC-1 auf 192.168.2.10 (PC-1 anklicken, Reiter „Terminal“). Auf dem Plan läuft das Paket sichtbar über den Router. Die Frage, warum das so ist, trägt durch die Stunde.

Phase 2 und 3: Erarbeitung

Die Lernenden rechnen zuerst Aufgabe 1 und 2 auf dem Arbeitsblatt. Der Hilfekasten auf Seite 1 erklärt die UND-Verknüpfung an einem eigenen Beispiel, ohne eine Aufgabe vorwegzunehmen.

Für Aufgabe 3 öffnen die Paare das Beispielnetz über den QR-Code auf dem Arbeitsblatt oder über diesen Link:

Ein Klick auf ein Gerät öffnet rechts seine Einstellungen. Adresse, Maske und Gateway stehen im Reiter „Adapter“, Befehle gibt man im Reiter „Terminal“ ein. Wer genauer hinschauen will, schaltet im Werkzeug-Menü den Erklärmodus ein und geht den Ping Schritt für Schritt durch.

Phase 4: Sicherung

Lassen Sie zwei, drei Antworten zu Aufgabe 4 vorlesen und halten Sie den Merksatz fest. Ein mögliches Tafelbild:

Ziel-IP UND eigene Maske  =  eigene Netzadresse?

  ja   →  direkt zustellen:   ARP fragt nach der MAC des Ziels
  nein →  ans Gateway:        ARP fragt nach der MAC des Gateways,
                              der Router leitet weiter

Phase 5: Vertiefung mit zwei Routern

Im Beispiel „Zwei Router (statische Routen)“ verbinden R-1 und R-2 drei Netze: 192.168.1.0/24 mit PC-1, das Transfernetz 10.0.0.0/24 zwischen den Routern und 192.168.2.0/24 mit PC-2. Die Routen zum jeweils fernen Netz sind schon eingetragen.

1. Routing-Tabellen von R-1 und R-2 im Reiter „Routing“ ansehen: Welche Netze sind direkt verbunden, welche stehen über eine Route drin?
2. Von PC-1 aus tracert 192.168.2.10: Über welche Stationen geht das Paket?
3. Bei R-2 die Route zu 192.168.1.0 löschen und erneut pingen. PortPanda meldet: Die Anfrage kam an, aber die Antwort fand keinen Weg zurück.
4. Die Route wieder eintragen (Zielnetz 192.168.1.0, Maske 255.255.255.0, Gateway 10.0.0.1) und den Ping prüfen.

Phase 6: Transfer

Lösen Sie die Zusatzaufgabe gemeinsam und übertragen Sie das Gelernte auf Fehlerbilder aus dem Alltag: Ein Rechner erreicht den Drucker im eigenen Netz, aber nicht den Server im anderen Stockwerk. Woran kann es liegen? (Gateway fehlt oder falsch, Maske falsch, Router kennt die Route nicht.) Zum Abschluss benennen die Lernenden, was ihnen heute klarer geworden ist.

Differenzierung

Für Schnelle

• Die Zusatzaufgabe auf dem Arbeitsblatt.
• Das Netz in einem leeren Plan selbst nachbauen: Router, zwei PCs, eigene Adressen, etwa zwei /26-Netze aus 192.168.5.0/24.
• Schon in Phase 3 mit dem Beispiel „Zwei Router“ weitermachen.

Für Langsamere

• Aufgabe 1 zunächst nur a bis c (Masken aus 255 und 0), d und e später oder gemeinsam.
• Den Subnetzrechner im Werkzeug-Menü von PortPanda zur Kontrolle nutzen.
• Starke und schwächere Lernende als Paare zusammensetzen; der Erklärmodus hilft, den Weg des Pakets nachzuvollziehen.

Lösungen für die Lehrkraft

Aufgabe 1

Zu d: 130 = 1000 0010, UND 128 = 1000 0000 ergibt 128. Zu e: Ein /30-Netz mit zwei nutzbaren Adressen ist typisch für die Verbindung zwischen zwei Routern.

Aufgabe 2

• a) ja. Beide ergeben 192.168.1.0.
• b) nein. 192.168.1.0 und 192.168.2.0.
• c) ja. Mit 255.255.0.0 ergeben beide 192.168.0.0.
• d) nein. Mit /25 liegt .100 im Netz 192.168.1.0 (bis .127), .130 im Netz 192.168.1.128.

Aufgabe 3

• b) Der Ping klappt. tracert zeigt zwei Stationen: 192.168.1.1 (R-1) und 192.168.2.10 (PC-2).
• c) Der Ping auf PC-2 scheitert; PortPanda meldet, dass es keine Route zu 192.168.2.10 gibt. Der Ping auf 192.168.1.1 klappt weiter, denn der Router liegt im eigenen Netz und wird direkt erreicht. Ohne Gateway weiß PC-1 nicht, wohin mit Paketen in fremde Netze.
• d) Der Ping scheitert mit einem ARP-Timeout. Mit 255.255.0.0 liegt 192.168.2.10 aus Sicht von PC-1 im eigenen Netz 192.168.0.0 (wie in 2c). PC-1 fragt deshalb per ARP direkt nach 192.168.2.10, statt das Gateway zu nutzen. PC-2 steht aber hinter dem Router und bekommt die Anfrage nie, der Router beantwortet sie nicht. Merke: Die Maske muss auf allen Geräten eines Netzes gleich sein.

Aufgabe 4 (Beispielantwort)

Der PC verknüpft die Zieladresse mit seiner Subnetzmaske. Kommt seine eigene Netzadresse heraus, liegt das Ziel im selben Netz, und er stellt das Paket direkt zu. Sonst schickt er es an sein Standardgateway. Einen Router braucht man, weil nur er Pakete anhand der IP-Adresse von einem Netz ins andere weiterleitet; ein Switch arbeitet nur innerhalb eines Netzes.

Zusatzaufgabe

Der neue Anschluss bekommt eine freie Adresse aus 192.168.3.0/24, üblich ist 192.168.3.1 mit der Maske 255.255.255.0. PCs im neuen Netz tragen genau diese Adresse als Gateway ein. Eine Route muss an R-1 nicht eingetragen werden: Direkt angeschlossene Netze kennt der Router von selbst. Erst wenn ein weiterer Router dazukommt, braucht es Routen zu dessen Netzen.

Mit Klasse und Konto weiterarbeiten

Für diese Stunde braucht niemand ein Konto. Wer PortPanda regelmäßig einsetzen möchte, kann als Lehrkraft Klassen anlegen, Lernende per Zugangskarte mit QR-Code aufnehmen und eigene Aufgaben mit Startnetz, Frist und automatisch geprüften Zielen verteilen. Mehr dazu auf der Seite über PortPanda und unter portpanda.de/fuer-schulen.