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1. Der Hostname
Jedes Gerät wie PC, Workstation, Server, Drucker, Router etc. besitzt einen sogenanten Hostnamen, der aus 1 bis 63 Zeichen a..z, 0..9, und dem Bindestrich bestehen darf. Finden sie heraus, welchen Hostnamen ihr Notebook trägt. Wo kann man diesen Wert ändern?
2. Der Netzwerkzugang
2.1 Das Medienzugangsverfahren CSMA/CD
"Wenn alles schläft und einer spricht, so nennt man dieses Unterricht", soll schon Wilhelm Busch gewitzelt haben. Um in einer Bustopologie kein Durcheinander (Kakophonie) zu erzeugen, darf tatsächlich immer nur einer gleichzeitig «sprechen» bzw. senden. Die anderen müssen sich ruhig verhalten, sind zwar nicht am Schlafen, aber mindestens aufmerksam am zuhören. Dieser Vorgang ist in einem speziellen Medien-Zugriffsverfahren geregelt: CSMA/CD. Finden sie heraus, was dies bedeutet. Ergänzen sie die Abkürzungen und das Flussdiagramm.
2.2 Die physikalische Adresse «MAC»
Die Hardware-Adresse oder MAC-Adresse Media Access Control ist unveränderbar. Theoretisch wenigstens.
Aufgabe: Auf der Unter- oder Rückseite ihres Notebooks finden sie den Aufkleber mit diversen Typenangaben. Unter anderem die MAC-Adresse. Schreiben sie sich diese auf und versuchen sie herauszufinden, von welchem Hersteller ihr Netzwerkadapter stammt
3. Das Netzwerk
3.1 Die logische Adresse «IP»
Die IP-Adresse (Internet Protocol) ist eine logische Adresse und wird immer von einer Subnetzmaske begleitet:
3.2 Die maximale Anzahl von IPv4-Adressen
Bei einer 32-bittigen Adresse sind es schon ganz viele...
Damals, als das Netzwerk noch einer Bustopologie entsprach, hätte ohne einer Aufteilung in Sub- oder Teilnetze das Netzwerk einer einzigen, riesigen Kollisionsdomäne entsprochen...
Abhilfe schuff man, indem man das Netz in Teilnetze auftrennte, also sogennante Subnetze bildete und somit den Datenverkehr etwas eingrenzte.
Die Bedeutung der Subnetzmaske: Eine Analogie aus der Telefonie
IP-Adress/Subnetz-Analogie aus der Festnetztelefonie: Die Maske 1110000000 teilt die Telefonnummer 0279876543 in eine Vorwahl (027=Wallis) und einen Teilnehmeranschluss (9876543) auf.
4. IP-Adressklassen «Öffentliche» und «Private»
Netzklassen waren eine von 1981 bis 1993 verwendete Unterteilung des IPv4-Adressbereiches in Teilnetze. Von der Netzklasse konnte die Grösse eines Netzes abgeleitet werden. Dies ist beim Routing wichtig, um zu unterscheiden, ob eine Ziel-IP-Adresse im eigenen oder einem fremden Netz zu finden ist. Da Netzklassen sich als zu unflexibel und wenig sparsam im Umgang mit der knappen Ressource IP-Adressen herausgestellt haben, wurden sie 1985 zunächst durch Subnetting und 1992 mit Supernetting ergänzt und 1993 schliesslich mit der Einführung des Classless Inter-Domain Routing (CIDR) ersetzt. Der Vollstädigkeit halber wird hier auf die damaligen Netzklassen hingewiesen.
Diese drei Adressbereiche sind für Netzwerke nutzbar:
- Die Vergabe von IP-Adressen im Internet an Kunden wird von der IANA (Internet Assigned Numbers Authority) geregelt, wobei z.B. für die Schweiz die regionale Vergabestelle RIPE NCC (Réseaux IP Européens Network Coordination Centre) zuständig ist, die wiederum ihre zugeteilten Adressen an lokale Vergabestellen weitergibt.
- Ab <ip-pii> ist reserviert für u.a. Multicast.
In den oben aufgeführen Adressen hat es immer wieder Bereiche, die für spezielle Aufgaben reserviert sind.
Der IP-Adressknappheit begegnete man durch Einsparung von IP-Adressen. Darum wurden sogenannte private IP-Adressbereiche geschaffen. In jeder Adressklasse einen:
- Private Adressen nur für lokale Netze (Intranet)
- Für private IP-Adressen ist keine Adressregistrierung notwendig
- Private Adressen sind im öffentlichen Netz nie anzutreffen
- Private Adressen machen eine Adressübersetzung auf öffentliche Adressen (im Internet) nötig (NAT)
4.1 Aufgabe
Tragen sie die IP-Adresse <ip-pii> und die Subnetzmaske <ip-pii> als Dezimalzahl, Hexadezimalzahl und Binärzahl in die entsprechenden Felder ein und markieren sie in der Skizze mit Farbe den Trennstrich Netz-ID zu Host-ID.
- Um welche Netzwerkadressklasse handelt es sich?
- Wie lautet die Netz-ID?
- Wie lautet die Host-ID?
.
4.2 Aufgabe
Tragen sie die IP-Adresse <ip-pii> und die Subnetzmaske <ip-pii> als Dezimalzahl, Hexadezimalzahl und Binärzahl in die entsprechenden Felder ein und markieren sie in der Skizze mit Farbe den Trennstrich Netz-ID zu Host-ID.
- Um welche Netzwerkadressklasse handelt es sich?
- Wie lautet die Netz-ID?
- Wie lautet die Host-ID?
.
4.3 Aufgabe
Tragen sie die IP-Adresse <ip-pii> und die Subnetzmaske <ip-pii> als Dezimalzahl, Hexadezimalzahl und Binärzahl in die entsprechenden Felder ein und markieren sie in der Skizze mit Farbe den Trennstrich Netz-ID zu Host-ID.
- Um welche Netzwerkadressklasse handelt es sich?
- Wie lautet die Netz-ID?
- Wie lautet die Host-ID?
.
4.4 Aufgabe
Vervollständigen sie die Tabelle mit den IP-Adressbereichen:
5. IP-Adressen in der Praxis
Für die folgenden handlungsorientierten Arbeiten soll die Filius-Lernsoftware verwendet werden. Link zur Filius-LernSW: www.lernsoftware-filius.de.
Die LernSW Filius ist eine Lernanwendung zu Rechnernetzen und stellt folgende Elemente zur Verfügung:
- Kabel (=Ethernetkabel)
- Host: Rechner oder Notebook oder Drucker (Für Netzwerk- und USB-Drucker existiert kein eigenes Icon)
- Switch
- Vermittlungsrechner (=Router oder Standardgateway)
- Modem (Wird in den folgenden Übungen nicht verwendet!)
5.1 Realisierung des Netzwerks aus der Fallstudie «MusterGmbH» mit Filius
Realisieren sie ihre Fallstudie für die Netzwerkverkabelung bei der Firma Muster GmbH mit der LernSW Filius. Um nicht alles von Grund auf erstellen zu müssen, dürfen sie das hier bereitgestellte MusterGmbH-Filius-Template benutzen. Link zu MusterGmbH-Filius-Template: MusterFilius.fls (Hinweis: Link mit folgender Fileextension speichern: MusterFilius.fls. Achten sie darauf, ob ihr Betriebssystem die Endung «fls» automatisch auf z.B. «zip» ändert. Dies wäre falsch und muss von Hand auf «fls» zurückkorrigiert werden.)
- Ergänzen sie die Geräte mit ihren Hostnamen und fügen sie IP-Adressen und Subnetzmasken hinzu. Es soll folgende Standard C-Klasse-Adresse verwendet werden: <ip-pii>/24.
- Der USB-Drucker PR1 kann in Filius so nicht dargestellt werden. Gehen sie von der Annahme aus, dass der USB-Drucker mit einem eingebauten Druckerserver netzwerkfähig gemacht wurde und somit direkt am Ethernetnetzwerk angeschlossen ist.
- Achtung: Der Router (Swisscom ADSL) besitzt bereits eine IP-Adresse: <ip-pii>/24.
Beginnen sie darum mit der IP-Adresseriung von PC’s und Printers mit der Adresse <ip-pii>0/24. Vergessen sie nicht, bei allen PC’s und Printer die Defaultroute <ip-pii> und den SWISSCOM-DNS <ip-pii> einzutragen.
- Kontrollieren sie ihre Arbeit: Überprüfen sie mit dem ping-Befehl, ob sich alle Arbeitsstationen gegenseitig erreichen. Dokumentieren sie ihre Arbeit.
- Wenn sie noch Zeit haben, können sie auch den Zugriff auf das Internet überprüfen. Installieren sie dazu auf einem PC den Webbrowser und versuchen sie, den Webserver http://www.google.ch zu erreichen.
5.2 Netzwerke verbinden mit Filius
Laden sie sich das Filius-Projekt SwitchFilius.fls und RouterFilius.fls auf ihren Notebook herunter. Mit dem Befehl ipconfig lassen sich die Netzwerkeinstellungen eines PC’s herauslesen. Ausserdem werden sie in dieser Aufgabe mit dem Konsolen-Befehl ping <ip-adresse> die Erreichbarkeit eines benachbarten PC’s überprüfen.
Aufgabe mit SwitchFilius.fls
Untersuchen sie nun dieses Netzwerk, indem sie sich von allen PC’s die IP-Adresse und Netzmaske (=Subnetzmaske) mit dem Befehl ipconfig ansehen und aufschreiben. Anschliessend versuchen sie, alle PC’s gegenseitig anzupingen (ping). Insbesondere sollen sie überprüfen, ob PC’s der A-Gruppe solche der B-Gruppe erreichen. Fassen sie ihre Resultate schriftlich zusammen und begründen sie ihre Resultate.
Aufgabe mit RouterFilius.fls (Teil1)
Untersuchen sie nun dieses modifizierte Netzwerk, indem sie sich von allen PC’s die IP-Adresse und Netzmaske (=Subnetzmaske) mit dem Befehl ipconfig ansehen und aufschreiben. Anschliessend versuchen sie, alle PC’s gegenseitig anzupingen (ping), insbesondere solche von LAN_A zu LAN_B. Was stellen sie nun fest?
Aufgabe mit RouterFilius.fls (Teil2)
In der vorangegangenen Aufgabe RouterFilius.fls (Teil1) haben sie festgestellt, dass die Netzte nun mit einem Router zwar verbunden sind, eine Kommunikation von PC’s im LAN_A zu PC’s im LAN_B aber immer noch nicht möglich ist. Dies liegt daran, dass die PC’s nicht wissen, wohin sie ihre Pakete schicken sollen, wenn diese an PC’s ausserhalb ihres Netzes adressiert sind. Dazu müssen wir nun bei jedem einzelnen PC die Defaultroute einrichten. Mit Defaultroute ist das Gerät gemeint, wo an fremde Netze adressierte Pakete zuerst hingeschickt werden. Defaultroute heisst bei WINDOWS Standardgateway und bei Filius Gateway. Tragen sie nun bei allen PC’s des LAN_A als Gateway die IP-Adresse <ip-pii> und bei PC’s des LAN_B als Gateway die IP-Adresse <ip-pii> ein. Anschliessend versuchen sie erneut, alle PC’s gegenseitig anzupingen (ping), insbesondere solche von LAN_A zu LAN_B. Fassen sie ihre Resultate schriftlich zusammen und erklären sie, weshalb die Kommunikation erst bei der Aufgabe «RouterFilius-Teil2» anstandslos funktioniert. (Beachten sie, dass zwar nicht bei Filius aber in der realen Welt der ping-Befehl vom Personal-Firewall aus sicherheitsrelevanten Gründen blockiert werden kann.)
5.3 IP-Adressen automatisch vergeben mit Filius
Bis jetzt haben sie eigenhändig die PC’s mit ihren Netzwerkparametern (IP-Adresse, Subnetzmaske, Defaultrouter bzw. Standardgateway, DNS) versehen. Dies geht aber auch automatisch. Dazu benötigt man einen DHCP-Server. Laden sie sich das Filius-Projekt DHCPFilius.fls auf ihren Notebook herunter. (Hinweis: «IP-Adressen automatisch vergeben» wird in einer der folgenden Aufgaben nochmals Thema sein.)
Überprüfen sie die Netzwerkeinstellungen der PC’s bevor sie Filius in den RUN-Modus versetzen. Starten sie anschliessend das Netzwerk und warten sie einen Moment. Sie können nun einige Aktivitäten betrachten (Grün aufflackernde Verbindungen). Wenn dieser Flackereffekt beendet ist, untersuchen sie mit ipconfig die Netzwerkeinstellungen der PC’s erneut und vergleichen die Werte mit den Anfangswerten. Notieren sie sich ihre Erkenntnisse. (Hinweis: Mit dem Windows Konsolenbefehl ipconfig /all (Linux: ifconfig) können die tatsächlichen Netzwerkeinstellungen des PC’s überprüft werden.)
5.4 Netzwerkeinstellungen tätigen - WINDOWS-Praxis
Bei dieser Übung verwenden sie nicht Filius, sondern einen virtuellen PC. Schliessen sie ihren Notebook via Ethernetkabel an das Schulnetz an. Sie werden in dieser Übung auf ihrem Notebook einen virtuellen Windows-PC betreiben bzw. konfigurieren. Wenn sie noch nie mit einem virtuellen PC gearbeitet haben, erfahren sie auf dieser Webseite im entsprechenden Fachbeitrag mehr dazu.
Voraussetzungen
- Eingesetzte Virtualisierungs-SW: vmWare
- Betriebssystem: WINDOWS-7 Pro, 32b, Deutsch als ISO-Datei
- Sie haben auf dem Gastsystem (ihr Notebook) die vmWare-Software installiert und eine virtuelle Maschine (VM) kreiert
- In den Virtual Machine Settings ist der Network Adapter auf Bridged eingestellt. (=Direkt mit der physikalischen Netzwerkkarte verbunden)
- Es wurde auf der virtuellen Maschine Windows-7 Pro, 32b, Deutsch installiert. (Wie sie auf einer vmWare-VM WIN7 installieren, wird im entsprechenden Fachbeitrag auf dieser Webseite beschrieben)
- Die vmWare-Tools sind auf dem virtuellen PC installiert
Die vmWare-Tools sind in vmWare bereits enthalten, müssen aber auf der aktuellen virtuellen Maschine noch installiert werden.
Die vmWare-Tools für Windows lassen sich wie folgt installieren: Auf dem laufenden virtuellen WIN-PC > Menuleiste von vmWare/Player/Manage/Install_vmWare_Tools.
Installieren sie diese Tools und überprüfen Sie, ob nun Daten vom virtuellen WIN-PC auf das Gastsystem kopiert werden können.
Konfigurieren sie auf dem virtuellen PC nun die Netzwerkeinstellungen gemäss konkreten Vorgabe des Dozenten:
- IP-Adresse
- Subnetzmaske
- Defaultrouter buw. Standardgateway
- DNS
- Alternativer DNS
- Hostname (Coputername)
- Arbeitsgruppe (Workgroup)
Anschliessend überprüfen sie ihre Einstellungen mit ipconfig. Testen sie auch die Verbindung zu ihrem Nachbarn mit ping. Beachten sie, dass die Firewall den ping allenfalls blockieren könnte.
- Welche Optionen bietet ihnen der WIN-Befehl «ipconfig» nebst «ipconfig /all» ausserdem noch?
- Testen sie auf dem virtuellen PC auch den folgenden Befehl: ping <ip-pii>. Was bedeutet diese Adresse?
- Überprüfen sie die ARP-Tabelle mit dem «arp» Befehl und notieren sie sich die gezeigten Einträge. Löschen sie nun die ARP-Tabelle und rufen danach die TBZ-Webseite auf. Prüfen sie die ARP-Tabelle erneut. Welche Einträge sind nun weg bzw. neu aufgetaucht? Was bedeutet eigentlich ARP? Geben sie eine Erklärung ab.
- Dokumentieren sie diese Arbeit. Schreiben sie in einer Zusammenfassung ihre neu dazu gewonnenen Erkenntnisse auf.
5.5 IP-Adresse automatisch beziehen - WINDOWS-Praxis
In der vorangegangenen Aufgabe haben sie die Netzwerkparameter IP-Adresse, Subnetzmaske, Defaultrouteradresse und die beiden DNS-Serveradressen von Hand am PC eingegeben. Dies kann aber auch über einen DHCP-Server automatisch geschehen. Dazu muss aber im eigenen Netzwerk ein entsprechend konfigurierter DHCP-Server in Betrieb sein. Sie erhalten die Adressen dann automatisch, wenn sie in den Netzwerkadapter-Eigenschaften die Einstellung auf «IP-Adresse automatisch beziehen» und allenfalls auch «DNS-Serveradresse automatisch beziehen» setzen. Was passiert aber, wenn sie die Adressen automatisch beziehen möchten, aber aus welchen Gründen auch immer, kein DHCP-Server erreichbar ist? Das sollen sie in dieser Übung herausfinden:
- Voraussetzung: Sie haben die vorangegangenen Aufgabe erledigt und die Einstellungen überprüft bzw. es ist eine funktionierende Netzwerkanbindung vorhanden.
- Falls in ihrem Netzwerk ein DHCP-Server existiert, was in einem TBZ-Schulzimmer immer zutrifft, entfernen sie das physikalische Netzwerkkabel von ihrem Gastsystem oder alternativ, stellen sie in den VM-Settings das «Network Adapter – LAN Segment» wie folgt um: Den Button «LAN Segments» Add selektieren. Ein z.B. «myLANSegment1» erstellen und mit Ok bestätigen und schlussendlich das «LAN segment» von Bridged auf «myLANSegment1» umstellen. Damit ist ihre vorher an der physikalischen Netzwerkkarte angeschlossene VM nun mit dem vmWare-internen Netzsegment «myLANSegment1» verbunden. Vor allem, und das wollte man ja bezwecken, kann ihre VM nun keinen DHCP-Server mehr erreichen.
- Ändern sie auf ihrer WIN7-VM die Netzwerkadapter-Eigenschaften auf «IP-Adresse automatisch beziehen»
- Öffnen sie eine Konsole «cmd» und zwingen sie das Betriebssystem, die IP-Adresse zu erneuern: «ipconfig /release» gefolgt von «ipconfig /renew» .
- Was stellen sie mit ipconfig nun fest? Welche IP-Adresse haben sie erhalten und was hat diese zu bedeuten?
- Fassen sie ihre Erkenntnisse schriftlich zusammen.
6. Zusammenfassung «Netzwerkadressierung»
Sie haben alle Aufgaben bis hierhin sorgfältig gelöst? Dann sollte ihnen das folgende nun bekannt sein. (Zu den vorangegangenen Aufgaben sind keine Musterlösungen vorhanden. Vielmehr sollten sie mit diesen Arbeiten eigene Erfahrungen und Erkenntnisse sammeln. Wie auch immer: Die folgenden Zeilen fassen zusammen, was nach diesen Aufgaben hängen bleiben sollte.)
Die statischen, d.h. von Hand am PC eingegebenen Netzwerkparameter:
- IP-Adresse (Im LAN/Intranet: IP aus dem privaten IP-Bereich!)
- Subnetzmaske
- IP-Adresse Standardgateway (Damit ist der im Subnetz vorhandene Router gemeint)
- IP-Adressen der DNS-Server (Aus Redundanzgründen meist zwei Rechner)
(Hinweis: Der DNS-Server ist für die Namensauflösung URL zu IP-Adresse zuständig und wird immer dann angefragt, wenn z.B. eine Webseite aufgerufen wird. Im Webbrowser gibt man die URL z.B. www.google.ch ein und der DNS liefert die dazugehörige und für den Versand des IP-Pakets unerlässliche IP-Adresse von in diesem Fall «www.google.ch» ⇒ <ip-pii>)
- Hostname (bei WINDOWS: Computername)
- In WINDOWS Peer-to-Peer-Netzen: Arbeitsgruppe
(Hinweis: Die WINDOWS-Arbeitsgruppe bietet eigentlich keine wesentlichen Vorteile. Jede Arbeitsstation ist ein gleichberechtigtes Mitglied (Peer-to-Peer) und die Benutzer werden lokal auf den einzelnen PC’s verwaltet. Bei grösseren Netzwerken (>20PC’s) kann es sich lohnen, eine zentrale Verwaltung in Form von Directory-Services (bei WINDOWS ActivDirectory) einzurichten. Somit wird ein Server-Betriebssystem fällig, das diese Funktion unterstützt (WINDOWS-Server-Edition). Dann wird der PC (der übrigens in der WINDOWS-Pro-Variante vorliegen muss) nicht in eine Arbeitsgruppe sondern in eine Domäne integriert. Damit hat man wesentliche Vorteile, weil Ressourcen wie Datei-Freigaben etc. einfacher genutzt werden können und man im Netzwerk nur einen Account besitzt, der zentral auf dem sog. Domänen-Controller verwaltet wird)
Dynamisch, d.h. automatisch von einem DHCP-Server gelieferte Adressen:
- Voraussetzung: Dazu wird im Netzwerk ein spezieller DHCP-Server benötigt
- IP-Adresse (Im LAN/Intranet: IP aus dem privaten IP-Bereich!)
(Hinweis zu «Automatisch beziehen»:
Vorteil 1: keine Adresseingaben «von Hand» nötig und somit Vorteilhaft bei oft stattfindendem Ortswechsel zwischen z.B. Schule-Arbeitsplatz-Zuhause. Benötigt an jedem Ort aber einen funktionierenden DHCP-Server.
Vorteil 2: Dank DHCP-Automatismus keine IP-Adresse doppelt vergeben.
Nachteil 1: Mein PC hat keine ordentliche IP, falls der DHCP nicht erreichbar ist. Es kommt ZeroConf oder APIPA (Automatic Private IP Addressing) zur Anwendung: Vom PC selber generierte Adresse im Bereich <ip-pii>/16 bis <ip-pii>/16.
Nachteil 2: Wenn nicht explizit im DHCP-Server so vorgemerkt, kein IP-Adress-Wunschprogramm für den PC-Owner. Dies ist ein Nachteil beim Betreiben von (Web)Serverdiensten, die immer unter derselben IP erreichbar sein müssen. Darum: Server Drucker und Router haben immer eine statische IP-Adresse oder man «trickst» bei Webservern mit DynDNS)
- Subnetzmaske
- IP-Adresse Standardgateway (Damit ist der im Subnetz vorhandene Router bzw. Defaultrouter gemeint)
- IP-Adressen der DNS-Server (Aus Redundanzgründen meist zwei Rechner)
Spezielle IP-Adressen:
- Netzwerkadresse (Erste Adresse im Subnetz. Alle Hostbits=0)
- Broadcastadresse (Letzte Adresse im Subnetz. Alle Hostbits=1)
- Loopbackadresse (Eigenen Netzwerkadapter und bei jedem PC dieselbe: <ip-pii>
Beispiel 1:
IP-Adressklasse=A
Netzwerkadresse=<ip-pii>
Subnetzmaske=<ip-pii>
Somit für Host’s nutzbarer IP-Adressbereich=<ip-pii> bis <ip-pii>
Broadcastadresse=<ip-pii>
Loopbackadresse=<ip-pii>
Beispiel 2:
IP-Adressklasse=B
Netzwerkadresse=<ip-pii>
Subnetzmaske=<ip-pii>
Somit für Host’s nutzbarer IP-Adressbereich=<ip-pii> bis <ip-pii>
Broadcastadresse=<ip-pii>
Loopbackadresse=<ip-pii>
Beispiel 3:
IP-Adressklasse=C
Netzwerkadresse=<ip-pii>
Subnetzmaske=<ip-pii>
Somit für Host’s nutzbarer IP-Adressbereich=<ip-pii> bis <ip-pii>
Broadcastadresse=<ip-pii>
Loopbackadresse=<ip-pii>
(Hinweis: In einem Subnetz sind immer 2 Adressen weniger nutzbar, als das Subnetz an IP-Adressen hergibt. Zum Beispiel hat ein 192.168.0-er Netz mit dem IP-Bereich von <ip-pii>. bis <ip-pii> insgesamt 256 IP-Adressen bzw. 2^8. Die Anzahl Host beträgt aber nur 254 bzw. 2^8 -2, wegen den beiden nicht belegbaren Adressen «Netzwerk» und «Broadcast»)
Windows-Befehle:
- cmd (Eingabeaufforderung oder umgangssprachlich «DOS-Fenster»)
- ipconfig (Bei Linux: ifconfig)
- ping (Vorsicht: Der Firewall kann den ping blockieren. icmp-Kommando!)
Hinweis:
Hilfe zu WIN-Kommandos erhält man so: Kommando /?
Befehlsoptionen werden bei Windows mit / eingeleitet
Bei Linux-Kommandos erhält man Hilfe über die Manualpages: man Kommando
Befehlsoptionen werden bei Linux mit – eingeleitet