Rechnerarchitektur und Netzwerke
Der Bereich Rechnerarchitektur und Netzwerke prüft den Aufbau eines Rechners vom Prozessor bis zur Speicherhierarchie sowie die Kommunikation in Netzen. Typische Aufgaben verlangen, den Fetch-Decode-Execute-Zyklus zu erklären, Zahlen im Zweierkomplement zu interpretieren, IP-Adressen zu subnetten und die Aufgaben von Switch, Router und DNS zu unterscheiden. Wichtig ist die Trennung von Schichten und Adressarten.
Rechnerarchitektur
Die Von-Neumann-Architektur speichert Programme und Daten im selben Speicher und arbeitet sequenziell über die Phasen Fetch, Decode, Execute (sowie Write-back). Zentrale Einheiten sind Steuerwerk, Rechenwerk (ALU), Register und der Bus. Die Speicherhierarchie ordnet Register, Cache, Hauptspeicher und Massenspeicher nach Kapazität und Zugriffszeit: oben klein und schnell, unten groß und langsam. Im Zweierkomplement wird das höchstwertige Bit als Vorzeichen interpretiert; bei n Bit reicht der Wertebereich von -2^(n-1) bis 2^(n-1)-1. Die Subtraktion a-b wird als a + (-b) realisiert.
Netze und Schichten
Das TCP/IP-Modell unterscheidet Anwendung, Transport, Internet und Netzzugang; das OSI-Modell hat sieben Schichten. Ein Switch arbeitet typischerweise auf Layer 2 und leitet über MAC-Adressen weiter; ein Router arbeitet auf Layer 3 und leitet über IP-Adressen zwischen Netzen weiter. DNS löst Namen in IP-Adressen auf, HTTP regelt die Anwendungskommunikation. Eine IPv4-Adresse mit Präfix /n enthält n Netzbits; die Subnetzmaske markiert diese Bits.
Worked Example: Subnetz 192.168.10.70/26
/26 bedeutet 26 Netzbits und 6 Hostbits; die Blockgröße ist 2^6 = 64. Die Subnetze beginnen bei .0, .64, .128 und .192. Die Adresse .70 liegt im Block .64. Netzadresse: 192.168.10.64, Broadcast: 192.168.10.127. Nutzbare Hosts: .65 bis .126, also 2^6 - 2 = 62 Adressen. Die Subtraktion von 2 ist nötig, weil Netz- und Broadcastadresse nicht an Hosts vergeben werden.
Typische Fallen
- /26 wird wie /24 behandelt und .70 dem Netz .0 zugeordnet.
- Netz- und Broadcastadresse werden als nutzbare Hosts gezählt.
- Switch und Router werden auf derselben Schicht verortet.
- Die MAC-Adresse wird als Ende-zu-Ende-Adresse bezeichnet; sie gilt nur im lokalen Netz.
- Beim Zweierkomplement wird das Vorzeichenbit falsch gewichtet.