Kernpunkte

• Ein von-Neumann-Rechner (1945) besteht aus CPU (Steuerwerk + Rechenwerk + Register), Hauptspeicher, Bussystem und Ein-/Ausgabeeinheit.
• von-Neumann-Prinzip: Programm und Daten teilen sich denselben Speicher — flexibel, aber Engpass („von-Neumann-Bottleneck").
• Befehlszyklus: Fetch (Befehl laden) → Decode (entschlüsseln) → Execute (ausführen); Steuerwerk taktet.
• Harvard-Architektur trennt Programm- und Datenspeicher — schneller, aber teurer; in DSPs und Mikrocontrollern eingesetzt.
• Cache-Hierarchie: L1 (Größe ~64 KiB, ~1 ns), L2 (~MiB, ~5 ns), L3 (~zig MiB, ~15 ns), Hauptspeicher (GiB, ~100 ns).
• Beispiel Maschinencode (vereinfachter Pseudo-Assembler): ``` LOAD R1, 100 ; lade Wert aus Adresse 100 ADD R1, R2 ; addiere R2 zu R1 STORE R1, 200 ; speichere Ergebnis ```

Kernpunkte

• OSI-Referenzmodell (ISO 1984): 7 Schichten — Physical, Data Link, Network, Transport, Session, Presentation, Application.
• TCP/IP-Modell (DARPA): 4 Schichten — Network Access (entspricht OSI 1–2), Internet (OSI 3), Transport (OSI 4), Application (OSI 5–7).
• Jede Schicht abstrahiert nach unten und bietet eine API nach oben; Pakete werden je Schicht mit Header verkapselt (Encapsulation).
• Schicht 3 (Network): IP — adressiert Pakete weltweit; verbindungslos, best-effort.
• Schicht 4 (Transport): TCP (zuverlässig, verbindungsorientiert, 3-Wege-Handshake) vs. UDP (verbindungslos, schnell, ohne Garantie).
• Schicht 7: Application — HTTP/HTTPS, SMTP, IMAP, DNS, FTP, SSH.
• Querverweis: Die Sicherung der Anwendungsschicht durch HTTPS/TLS greift auf die asymmetrischen Verfahren und Zertifikate aus dem Topic Kryptographie und IT-Sicherheit zurück.

Kernpunkte

• IPv4-Adresse: 32 Bit, vier dezimale Oktette (z.B. 192.168.1.42); Subnetzmaske trennt Netz- von Host-Teil.
• CIDR-Notation `/p` gibt Präfixlänge an; `/24` entspricht 255.255.255.0 und liefert 2^(32−24) − 2 = 254 nutzbare Hosts (−2 wegen Netz- und Broadcast-Adresse).
• Private Adressbereiche (RFC 1918): 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16 — nicht im öffentlichen Internet routbar.
• NAT übersetzt private IPs in eine öffentliche; Standard für Heim-Router. Reduziert IPv4-Knappheit, bricht aber Ende-zu-Ende-Kommunikation.
• IPv6 (128 Bit) löst die Knappheit; Notation in acht Hex-Gruppen, Verkürzung mit `::` möglich.
• MAC-Adresse vs. IP-Adresse: Die 48-Bit-MAC adressiert eine Netzschnittstelle physisch und bleibt im LAN konstant (Schicht 2); die IP adressiert logisch und ändert sich je Netz (Schicht 3). Das ARP (Address Resolution Protocol) löst innerhalb eines Subnetzes eine bekannte IPv4- in die zugehörige MAC-Adresse auf (per Broadcast „Wer hat IP x?", Unicast-Antwort); IPv6 nutzt dafür das Neighbor Discovery Protocol (NDP).
• Beispielrechnung Subnetting: 192.168.10.0/24 in vier Subnetze à /26 → 64 Adressen, 62 Hosts pro Subnetz.

Kernpunkte

• Ein Betriebssystem verwaltet Hardware-Ressourcen (CPU, Speicher, E/A) und stellt Prozessen eine abstrakte, geschützte Ausführungsumgebung bereit.
• Ein Prozess ist ein Programm in Ausführung mit eigenem Adressraum; ein Thread ist ein Ausführungsstrang innerhalb eines Prozesses und teilt dessen Speicher.
• Prozesszustände: bereit, rechnend, blockiert; der Scheduler entscheidet, welcher bereite Prozess die CPU erhält (Dispatch), das Quantum-Ende erzwingt einen Timeout.
• Scheduling-Strategien: FCFS (First-Come-First-Served, fair, aber Konvoi-Effekt), SJF (Shortest-Job-First, minimiert mittlere Wartezeit, aushungernd), Round-Robin (Zeitscheibe q, interaktiv), prioritätsbasiert.
• Verklemmung (Deadlock) entsteht bei wechselseitigem Ressourcen-Warten; die vier Coffman-Bedingungen (gegenseitiger Ausschluss, Hold-and-Wait, keine Verdrängung, zyklisches Warten) müssen gleichzeitig gelten.
• Synchronisation paralleler Threads über Semaphore, Monitor oder Mutex verhindert Race Conditions auf gemeinsamen Daten (kritischer Abschnitt).
• Virtueller Speicher trennt logische von physischen Adressen; Paging lagert nicht benötigte Seiten aus (Page Fault → Nachladen).

Kernpunkte

• TCP ist verbindungsorientiert, zuverlässig und reihenfolgetreu; der Drei-Wege-Handshake (SYN, SYN-ACK, ACK) baut die Verbindung mit synchronisierten Sequenznummern auf.
• TCP-Mechanismen: Flusskontrolle (Sliding Window), Staukontrolle (Slow Start, Congestion Avoidance), Sequenz-/Bestätigungsnummern, Retransmission bei Timeout.
• UDP ist verbindungslos, ohne Garantie für Auslieferung oder Reihenfolge — minimaler Overhead, geeignet für DNS, VoIP, Streaming, Online-Spiele.
• Ein Port (16 Bit, 0–65535) adressiert den Dienst; Well-Known-Ports: 80 (HTTP), 443 (HTTPS), 22 (SSH), 25 (SMTP), 53 (DNS).
• Ein Socket ist das Endpunkt-Paar (IP-Adresse, Port); eine TCP-Verbindung ist durch das 4-Tupel (Quell-IP, Quell-Port, Ziel-IP, Ziel-Port) eindeutig.
• Verbindungsabbau über FIN/ACK in beide Richtungen; der TIME_WAIT-Zustand verhindert, dass verspätete Pakete eine neue Verbindung stören.

Kernpunkte

• Eine Firewall filtert Datenverkehr nach Regeln; Paketfilter prüfen Header (IP, Port, Protokoll), Stateful Inspection verfolgt zusätzlich den Verbindungszustand.
• NAT (Network Address Translation) übersetzt private auf öffentliche Adressen; PAT/Masquerading multiplext viele interne Hosts über eine öffentliche IP per Portzuordnung.
• DNS löst Domainnamen in IP-Adressen auf — hierarchisch über Root-, TLD- und autoritative Server; Caching beschleunigt, birgt aber DNS-Spoofing-Risiken (Gegenmaßnahme DNSSEC).
• Ein VPN baut einen verschlüsselten Tunnel über ein unsicheres Netz (IPsec, WireGuard, OpenVPN) — schützt Vertraulichkeit und ermöglicht Fernzugriff auf interne Netze.
• TLS sichert die Anwendungsschicht durch Server-Authentifizierung (Zertifikat), Schlüsselaustausch (DH/ECDHE) und symmetrische Verschlüsselung der Nutzdaten.
• Verteidigung in der Tiefe kombiniert Firewall, Segmentierung (DMZ), IDS/IPS, Verschlüsselung und Patch-Management; kein Einzelmechanismus genügt.