LF10b

Serverdienste bereitstellen
und Administrationsaufgaben automatisieren

• Dienste

• Plattformen

• Verfügbarkeit

https://johannesloetzsch.github.io/LF10b

Ziele gemäß Rahmenlehrplan

• Serverdienste bereitstellen, administrieren und überwachen

• Informieren über Serverdienste und Plattformen

• Auswahl gemäß Kundenanforderungen

  • berücksichtigen von Verfügbarkeit, Skalierbarkeit, Administrierbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit

• Planen der Konfiguration der ausgewählten Dienste und erstellen Konzepte zur Einrichtung, Aktualisierung, Datensicherung und Überwachung

• Implementieren der Dienste unter Berücksichtigung betrieblicher Vorgaben und Lizenzierungen

  • Testverfahren
  • Überwachung
  • Empfehlen Kunden Maßnahmen bei kritischen Zuständen
  • Dokumentation von Ergebnissen

• Automatisierung von Administrationsprozessen in Abhängigkeit kundenspezifischer Rahmenbedingungen, testen und optimieren

• Reflektieren von Lösungen und Beurteilen hinsichtlich Kundenanforderungen

Literatur

FiSi Abschlussprüfungen Teil 2

2021 - 2024

Lehrbuch FiSi LF10-12

„IT-Berufe Fachstufe II — Fachinformatiker/-in Fachrichtung Systemintegration — Lernfelder 10-12“

Westermann

1. Auflage 2023 (Vorabversion)

ISBN 978-3-14-220108-5

Prüfungskatalog FiSi

„Prüfungskatalog für die IHK Abschlussprüfungen — Fachinformatiker Fachinformatikerin Fachrichtung Systemintegration — Verordnung über die Berufsausbildung zum Fachinformatiker/ zur Fachinformatikerin“

Zentralstelle für Prüfungsaufgaben der Industrie- und Handelskammern (ZPA) Nord-West

2. Auflage 2024 (Stand 10/2024)

Prüfungsvorbereitung FiSi

„Prüfungsvorbereitung Aktuell — Teil 2 der gestreckten Abschlussprüfung Fachinformatiker/-in Systemintegration (nach der neuen Ausbildungsverordnung ab August 2020)“

Europa-Fachbuchreihe

1. Auflage 2022

ISBN 978-3-7585-3169-9

Plan

80UE -> 2 doppelte + 3 einfache Noten

Zeitplan

gantt
 title LF10b August 2025 (6 Tage)
 dateFormat YYYY-MM-DD
 axisFormat %d.%m.
 section Mo 11.8.
  Einführung & Planung          :2025-08-11, 1h
  Serverdienste (DHCP, DNS)     :2025-08-11, 4h
 section Do 14.8.
  Serverdienste (NTP, LDAP, Mail, VoIP) :2025-08-14, 5h
 section Fr 15.8.
  Plattformen (Cloud, Virtualiserung), Auswahl    :2025-08-15, 4h
  SOL Lernen für Klassenarbeit (+ Wiederholung LF9)  :crit, 2025-08-15, 2h
 section Mo 18.8.
  Q&A, Wiederholung             :2025-08-18, 6h
 section Mi 20.8.
  Klassenarbeit                 :crit, milestone, 2025-08-20, 2h
  Verfügbarkeit von Daten (Backup, RAID)  :2025-08-20, 3h
 section Fr 22.8.
  Verfügbarkeit (TOM, Automatisierung, Monitoring) :2025-08-22, 4h
  SOL Wiederanlaufplan          :crit, milestone, 2025-08-22, 2h

gantt
 title LF10b September 2025 (5 Tage)
 dateFormat YYYY-MM-DD
 axisFormat %d.%m.
 section Mo 22.9.
  Redundanz von Infrastruktur (USV, Link Aggregation, FHRP) :2025-09-22, 3h
  Wiederholung Verfügbarkeit, Q&A  :2025-09-22, 3h
 section Di 23.9.
  Klassenarbeit                 :crit, milestone, 2025-09-23, 2h
  Vorstellung Projektpläne      :crit, 2025-09-23, 6h
 section Do 25.9.
  Praxis (Server aufsetzen)     :2025-09-25, 5h
 section Mo 29.9.
  Praxis (Monitoring)           :2025-09-29, 6h
 section Di 30.9.
  Praxis (Backup)               :2025-09-30, 8h

gantt
 title LF10b November 2025 (3 Tage)
 dateFormat YYYY-MM-DD
 axisFormat %d.%m.
 section Mo 17.11.
  Praxis (Automatisierung)      :2025-11-17, 5h
 section Di 18.11.
  Praxis (Testen, Optimieren)   :2025-11-18, 6h
 section Fr 21.11.
  Vorführung Wiederanlauf + Präsentation  :crit, 2025-11-21, 4h
  SOL Reflexion, Dokumentation  :2025-11-21, 2h

Leistungsnachweise

• Klassenarbeit Mi 20.8.2025 (doppelte Wertung, 90min, handschriftlich)

  • erlaubte Hilfsmittel: Fact sheet (1 A4-Blatt, einseitig beschrieben)
  • Inhalte
    • Serverdienste
      • DHCP: 4-Way-Handshake, Adressvergabeverfahren, Ausfallsicherheit, SLAAC
      • DNS: URI, FQDN, Arten von Nameservern, RR-Typen, DNSSEC
      • NTP: Funktionsweise
      • LDAP: 4 AD Hauptkomponenten
      • Mail: MUA/MTA/MDA, MX, SPF, DKIM, DMARK
      • VoIP: Protokolle benennen
    • Plattformen
      • Cloud: Charakeristiken, Vor-/Nachteile, Service Models, Liefermodelle
      • Virtualisierung: Hypervisor-Typen, Container-Arten
    • (Auswahl gemäß Kundenanforderungen)
      • Skalierbarkeit: scale up / scale out
    • (Verfügbarkeit): Überblick Maßnahmen

• Klassenarbeit Di 23.9.2025 (doppelte Wertung, 90min, handschriftlich)

  • erlaubte Hilfsmittel: Fact sheet (1 A4-Blatt, einseitig beschrieben)
  • Inhalte
    • Verfügbarkeit
      • RAID
      • USV
      • Datensicherung
      • Monitoring

• Projektplan (einfache Wertung)

  • Insbesondere Wiederanlaufplan (SOL vom Fr 22.8.)
  • Vortrag am Di 23.9.

• Projektpräsentation Fr 21.11.2025

  • fachlicher Projekterfolg (einfache Wertung)
    • Umsetzung der zu optimierenden Ziele
    • Demonstration Wiederanlauf, Einhaltung der RTO
  • Mitarbeit (einfache Wertung)

Serverdienste

❓❗ Was ist ein Dienst?

❓❗ Was ist ein Socket?

💬 Welche Dienste laufen auf ihren Geräten?

💻 Auf Unix-Shell mit SocketStat nachschauen:

ss -tul  ## --tcp --udp ----listening

## Mehr Details (über die Prozesse/Dienste):
ss -tulp  ## --processes
ss -tulpe  ## --extended
ss -tulpen  ## --numeric

Well-Known-Ports

💻 Unix-Shell:

cat /etc/services

DHCP

Dynamic Host Configuration Protocol

RFC 2131, Weiterentwicklung von BOOTP

💬❗ Wofür wird DHCP benötigt?

Ermöglicht die Zuweisung der Netzwerkkonfiguration an Clients durch einen Server

• IP-Adresse, Netzmaske
• Default Gateway
• Name Server
• …

• „4-Way-Handshake“
• Adressvergabeverfahren bei DHCP
  • Manuelle/Statische Zuordnung (Static Allocation)
  • Automatisch (Automatic Allocaton)
  • Dynamisch (Dynamic Allocation)
• DHCP-Relay
• Ausfallsicherheit
  • Active-Passive-Failover
  • Load-Balancing
• Sicherheit
  • Maßnahmen
• SLAAC und DHCPv6
  • DHCPv6

„4-Way-Handshake“

(Initiale Adresszuweisung) / „DORA“

💬 Wie bekommt ein neues Gerät im Netzwerk seine Konfiguration (vom DHCP-Server)?

❓❗ Welche DHCP-Nachrichten werden dafür in welcher Reihenfolge versendet?

❓❗ Wie finden Clients im Netzwerk den/die DHCP-Server?

sequenceDiagram
    participant Client
    participant Server
    Note right of Server: UDP port 67
    Client->>Server: 1. DISCOVER
    Note left of Client: UDP port 68
    Server->>Client: 2. OFFER
    Client->>Client: Auswahl eines der Angebote
    Client->>Server: 3. REQUEST
    Server->>Client: 4. ACKNOWLEDGE

1. DISCOVER

• UDP Broadcast an 255.255.255.255:67 (von Absenderadresse 0.0.0.0:68)

2. OFFER

• Server in der Broadcastdomain schlagen dem Client eine IP vor

4. REQUEST

• Client wählt einen der Server aus, der eine DHCPOFFER gesendet hat und „beantragt“ die vorgeschlagene IP

4. ACKNOWLEDGE

• Server bestätigt Zuteilung und übermittelt zusätzliche Konfigurationsdaten

💻 Demo:

## Vorhandene Leases löschen
## (damit wir die initiale Adresszuweisung beobachten können)
sudo rm /var/lib/dhcpcd/*.lease

## DHCP-Pakete beobachten
sudo tcpdump -n port bootps -v | grep --color DHCP

## Mehr Details über den Inhalt des ACKNOWLEDGE
sudo tcpdump -n port bootps -v | grep --color ACK -A 10

Adressvergabeverfahren bei DHCP

❓❗ Welche 3 Betriebsmodi (Adressvergabeverfahren) von DHCP gibt es?

• Wie funktionieren sie?

• Welche Vor- und Nachteile haben sie jeweils?

• 💬 Für welche Zwecke werden sie jeweils eingesetzt?

Manuelle/Statische Zuordnung (Static Allocation)

• basierend auf MAC
• nützlich, wenn Server eine Adresse per DHCP zugeteilt bekommen sollen

Automatisch (Automatic Allocaton)

• reserviert IP für MAC bei erster Vergabe
• Nachteil: keine neuen Clients möglich, wenn einmal gesamter Adressbereich vergeben

Dynamisch (Dynamic Allocation)

• IP wird für Lease-Time („Leihdauer“) vergeben

• nach Renewal-Time fragt Client den DHCP-Server per Unicast um Erneuerung de Lease-Time

• nach Rebind-Time falls keine Antwort auf Renewal: Broadcast um Lease von einem anderen DHCP-Server erneuert zu bekommen

• wenn Lease-Time abgelaufen: erneutes DHCP-Discover nötig

DHCP-Relay

❓❗ Was ist ein DHCP-Relay? Wofür wird es benötigt? Wie funktioniert es?

• erlaubt DHCP über Router hinweg
• im Relay wird Adresse des DHCP-Servers konfiguriert
• DHCP-Server benötigt separate Adress-Pools für jedes Subsetz

Ausfallsicherheit

❓❗ Wie können Verfügbarkeit und Skallierbarkeit erhöht werden?

Active-Passive-Failover

• Active-DHCP-Server synchronisiert seinen Status mit Passive-DHCP-Servern
• Bei Ausfall übernimmt ein Passive

Load-Balancing

• Scope (Adressbereich) wird aufgeteilt: Jeder Server ist für einen teil des Scopes Active
• Bei Ausfall übernimmt ein Passive den Scope des ausgefallenen Servers

Sicherheit

💬 Diskutieren Sie die Sicherheit von DHCP im Bezug auf

• Verfügbarkeit
• Integrität
• Vertraulichkeit
• Anonymität

Welche Gefahren gehen jeweils aus von

• Server
• Clients
• Dritten

Wie kann man sich schützen? Welche Grenzen haben diese Maßnahmen?

• DHCP Starvation Attack
  • Denial-of-Service-Angriff (DoS)
• Rogue DHCP
  • Spoofing
  • Man-in-the-Middle-Angriff (MITM)

Maßnahmen

• DHCP-Snooping
• Authentifizierung per IEEE 802.1X
• Security Awareness => Unsicherheitsbewustsein

SLAAC und DHCPv6

„Stateless Address Auto Configuration“

RFC 4862 + RFC 8106

💬 Was wissen wir zu IPv6?

Wiederholung: IPv6-Subnetze

📝❗ FiSi AP2 Analyse Sommer 2024 Aufgabe 2e

❓❗ Was sind Link-Local-Adressen?

❓❗ Was ist ein Router Advertisement?

💬 Warum wird SLAAC als „Stateless“ bezeichnet?

• Welche Vor- und Nachteile bringt das mit sich?

sequenceDiagram
    participant Client
    participant Netz
    participant Router
    Client->>Client: 1. Link local Address
    Client->>Netz: 2. Duplicate Address Detection
    Client->>Router: 3. Router Solicitation
    Router->>Client: 4. Router Advertisement
    Note right of Client: Global Unicast Prefix,<br/>Gateway Address,<br/>DNS Server Address
    Client->>Client: 5. Global Unicast Address
    Client->>Netz: 6. Duplicate Address Detection

1. Client generiert eine Link-Local-Adresse (fe80::/64 z.B. aus der MAC)

2. Client prüft per Neighbor Discovery Protocol (ICMPv6), dass niemand anderes im Netz die gleiche Adresse nutzt

3. Client fragt mit Router-Solicitation-Nachricht nach Routern

4. Router antworten mit Router Advertisement

• beinhaltet Präfix, innerhalb dessen er Adressen anbietet

5. Client generiert Globale Adresse mit Präfig des Routers (und z.B. MAC oder Zufall)

6. Client prüft per NDP, dass niemand anderes im Netz die gleiche Adresse nutzt

💻 Welche MAC-,IPv4-,IPv6-Adressen haben wir?

• Welche der Adressen sind Link-Local und welche Global?
• Wie dauerhaft sind die Adressen?
• Wie wurden die Adressen konfiguriert/bezogen/generiert?

ip a | grep --color -e state -e ether -e inet

DHCPv6

💬 In welchem Verhältnis stehen SLAAC und DHCPv6?

📝❗ FiSi AP2 Analyse Sommer 2024 Aufgabe 1

💬 Welche Vor-/Nachteile haben die unterschiedlichen Adressvergabeverfahren?

📝❗ FiSi AP2 Analyse Sommer 2022 Aufgabe 1

DNS

Domain Name System

💬❗ Was ist DNS?

• Wofür wird es benötigt?
• Wie funktioniert es?

• Verzeichnisdienst

  • Client-/Server-Architektur
  • hiearchisch, verteilter

• „Telefonbuch“ des Internets

• insbesondere für Auflösung von Domainnamen zu IP-Adressen

  • …und andere Informationen begrenzter Datenmenge…
    • die dezentral bereitgestellt werden
    • die gecached werden dürfen

• ersetzt ergänzt /etc/hosts (bzw. C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts)

📝❗ FiSi AP2 Analyse Sommer 2023 Aufgabe 4

📝❗ FiSi AP2 Analyse Winter 2021 Aufgabe 4b-c

Inhaltsverzeichnis

• URI, URL, Domänennamen, Zonen
  • URI
  • URL, URN
  • FQDN
  • DNS-Zonen
    • Root-Server, Root Hint
• Arten von Nameservern
  • Authoritative
  • Recursive
  • Forwarding (Caching, Stub-Resolver)
• Resource Records und RR-Typen
• Sicherheit
  • DNS-Spoofing
  • DNS-Cache-Poisoning
  • Maßnahmen
    • DNSSEC
    • DNS over TLS (DoT)
    • DNS over HTTPS (DoH)

URI, URL, Domänennamen, Zonen

URI

Uniform (Universal) Resource Identifier

Werden insbesondere im WWW für Hyperlinks verwendet

❓❗ Was sind URIs?

URIs sind einheitlich aufgebaut:

URI = scheme ":" hier-part [ "?" query ] [ "#" fragment ]

(RFC 3986)

URL, URN

flowchart TB
  URI --> URL
  URI --> URN
  URI --> data

Uniform Resource Locator identifizieren Ressourcen mittels Adresse

• Schema entspricht dem „primären Zugriffsmechanismus“ z.B. http, https, ftp, file, mailto, tel
• z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/Uniform_Resource_Locator, git://github.com/johannesloetzsch/LF10b.git

Uniform Resource Name identifiziert inhaltsgleiche Ressourcen anhand eines dauerhaft gültigen, eindeutigen Namens

• Schema sollte „urn“ sein
• Namensräume werden von IANA vergeben
• z.B. urn:ISBN:978-3-14-220108-5

Data-URLs identifizierten Ressourcen direkt über ihren Inhalt

• müssen die Kodierung benennen
• z.B. data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAAoAAAAKCAYAAACNMs+9AAAAXUlEQVQY073MvQ2CUADE8R90tOzgFkzgMg7gLs7BCDYmhD0sTV7F2Vi8EF5nuOpyH3/+rW4fhMvPDh3r4Stcwxxe4dbEh3co4ROedddXowmlyrYwtoj3sIRHc3S+vgySGhd7StmKAAAAAElFTkSuQmCC

FQDN

Fully Qualified Domain Name

• werden im hier-part von URIs verwendet
• enden auf einen Punkt (der aber oft weggelassen wird)

DNS-Zonen

Teil des Domänenbaums, für den ein Nameserver zuständig ist

Root-Server, Root Hint

Arten von Nameservern

❓❗ Wie funktionieren die unterschiedlichen Arten von DNS-Servern?

• Warum ist es oft sinnvoll, einen vom ISP bereitgestellten Recursive Resolver und im eigenen Netz nur Forwarding Nameserver zu verwenden?

Beispiel: Was ist alles nötig, um eine IP für de.wikipedia.org. zu erhalten?

flowchart LR
  classDef forwarding fill:#ccf
  classDef recursive fill:#afa
  classDef authoritative fill:#fc9
  subgraph Client[localhost]
   client_app{{Anwendung}}
   client_os{{Betriebssystem}}
   client_hosts["/etc/hosts"]
   client_ns([Stub Resolver]):::forwarding
   client_conf["/etc/resolv.conf\nnameserver 192.168.0.1"]
   client_cache[Cache]
   client_app -- 1a --> client_os
   client_os -- 1b --> client_hosts
   client_os -- 1c --> client_ns
   client_ns -- 1d --> client_cache
   client_ns -- 1e --> client_conf
  end
  subgraph Router[router.local\n192.168.0.1]
   router_ns([Forwarding NS]):::forwarding
   router_cache[Cache]
   router_ns -- 3 --> router_cache
  end
  subgraph ISP[ns.isp.com]
    isp_ns((Recursive NS)):::recursive
    isp_cache[Cache]
    isp_root_hint[Root Hint\na.root-servers.net]
    isp_ns -- 5,7,9 --> isp_cache
    isp_ns -- 6a --> isp_root_hint
  end
  root[(a.root-servers.net\nNS .\norg.                    2756    IN      NS      a0.org.afilias-nst.info.)]:::authoritative
  org[(a0.org.afilias-nst.info\nNS org.\nwikipedia.org.          12831   IN      NS      ns0.wikimedia.org.)]:::authoritative
  wikipedia[(ns0.wikimedia.org\nNS wikipedia.org.\nde.wikipedia.org.       21434   IN      CNAME   dyna.wikimedia.org.\ndyna.wikimedia.org.     180     IN      A       185.15.59.224)]:::authoritative
  client_ns -- 2 --> router_ns
  router_ns -- 4 --> isp_ns
  isp_ns -- 6b --> root
  isp_ns -- 8 --> org
  isp_ns -- 10 --> wikipedia

6b: Welche Nameserver sind für die Zone `org.` zuständig?
    org.                    2756    IN      NS      a0.org.afilias-nst.info.

 8: Welche Nameserver sind für die Zone `wikipedia.org.` zuständig?
    wikipedia.org.          12831   IN      NS      ns0.wikimedia.org.

10: Unter welcher IP ist der Host `de.wikipedia.org.` erreichbar?
    de.wikipedia.org.       21434   IN      CNAME   dyna.wikimedia.org.
    dyna.wikimedia.org.     180     IN      A       185.15.59.224

Authoritative

• Zuständig für eine Zone
• (Hoffentlich) unter Kontrolle des Domaininhabers

Recursive

• Resolved Anfragen rekursiv (Schrittweise vom Root-Server bis zur abgefragten Subdomain)
  • fragt für alle Zonen die jeweiligen Authoritativen Nameserver
• Wird von ISPs bereitgestellt. Kann im eigenen Netz betrieben werden.

Forwarding (Caching, Stub-Resolver)

• Macht selbst keine rekursive Namensauflösung
• Antworted aus dem Cache wenn Eintrag vorhanden und nicht älter als TTL
• Wenn Eintrag nicht im Cache vorhanden: Fragt anderen Recursive (oder Forwarding) NS
• Üblicherweise von Routern und Betriebsystemen bereitgestellt.

❓❗ Was muss beachtet werden, wenn lokale Server mittels DNS genutzt werden?

Die Zonen von öffentlichen Domains sind über recursive Abfrage ausgehend von den Root-Servern erreichbar. Für lokale Netze können Authoritative Nameserver betrieben werden, die nicht öffentlich erreichbar sind. Damit Clients diese nutzen können, müssen diese die Nutzung des lokalen DNS-Servers konfigurieren.

📝❗ FiSi AP2 Analyse Sommer 2024 Aufgabe 2b

Resource Records und RR-Typen

Einträge (Zeilen) von Zonendateien

❓❗ Für welche Zwecke werden die folgenden RR-Typen benutzt?

Aufbau und Beispiele:

💻❗ Wo ist auf Unix-Servern konfiguriert, wie die Namensauflösung stattfinden soll?

cat /etc/resolv.conf /etc/hosts

💻❗ Wie kann man zum debuggen die IP-Adresse(n) zu einem Domainnamen auflösen?

dig afbb.de

nslookup, dig, Alternativen

📝❗ FiSi AP2 Analyse Sommer 2024 Aufgabe 3ab

💻 Wie können für eine Domain alle Records recursiv resolved werden?

dig any afbb.de +trace

Sicherheit

💬❗ Diskutieren Sie die Sicherheit von DNS im Bezug auf

• Verfügbarkeit, Zensurresistenz
• Integrität, Authentizität
• Vertraulichkeit, Anonymität

Welche Gefahren gehen jeweils aus von

• DNS-Server
• Clients
• ISP
• Dritten
  • Innerhalb der gleichen Broadcastdomain
  • Außerhalb des eigenen Netzes

Wie kann man sich schützen? Welche Grenzen haben diese Maßnahmen?

DNS-Spoofing

• Angreifer kann sich mittels DHCP-Spoofing als DNS-Server des Netzwerks ausgeben
• Angreifer kann sich mittels IP-Spoofing als DNS-Server ausgeben
  • Muss Antworten schneller als der korrekte DNS-Server ausliefern
    => kann mit DoS auf DNS-Server kombiniert werden

DNS-Cache-Poisoning

• Angreifer kann DNS-Anfragen an Recursive oder Forwarding DNS-Server stellen und passende Antworten auf benötigte Rückfragen an nächsten Server selbst senden
• Wenn DNS-Server die Authentizität/Integrität der gefälschten Antworten nicht prüft:
  • DNS-Server schreibt die manipulierten Daten in den Cache und liefern diese bis zur TTL bei künftigen Anfragen aus

Maßnahmen

DNSSEC

Domain Name System Security Extensions

• Authentizität wird mittels digitalen Signaturen abgesichert
  • DNSKEY Resource Record beinhaltet öffentlichen Schlüssel der Zone
  • RRSIG Resource Record enthält Signatur für zugehörigen DNS-Record
  • Eine Chain of Trust wird aufgebaut, indem in der Parent-Zone
    • ein DS (Delegation Signer) Resource Record mit dem Hash des Schlüssels der Zone abgelegt wird
    • die Parent-Zone selbst signiert wird
    • der oberste Schlüssel der Kette muss dem Client vorab bekannt sein Vertrauensanker

❗ Vertraulichkeit ist bei DNSSEC nicht vorgesehen. DNS-Daten sind unverschlüsselt!

DNS over TLS (DoT)

DNS over HTTPS (DoH)

• Anwendung fragt DNS-Server direkt anstatt über das Betriebssystem

NTP

Network Time Protocol

RFC 5905

💬💻 Wie spät ist es?

Und welcher Tag ist heute eigentlich???

man date

watch -n.1 'date +%s; date --iso-8601=ns --utc; date --iso-8601=ns; date +"%d.%m.%Y %H:%M:%S,%N %Z (%A)"'

💬 Warum brauchen wir eine „gemeinsame“ Zeit? Was bedeutet das?

Hierarchie nach „Stratum“

Funktionsweise und Genauigkeit

=> NTP überträgt die „genaue“ Zeit eines Zeitservers

=> Latenz wird gemessen

=> Jitter wird herausgemittelt

UTC, Unix-Timestamp, Zeitformate

💻 Beispiel: systemd-timesyncd

timedatectl
timedatectl show-timesync --all

Sicherheit

💬 Welche Zusicherungen macht NTP bezüglich der Schutzziele

• Integrität
• Verfügbarkeit

💬 In welchen Fällen ist eine korrekte Systemzeit sicherheitsrelevant?

Maßnahmen

• NTPsec
• tlsdate

Verzeichnisdienste

ITU-T X.500

LDAP

Lightweight Directory Access Protocol

Standart-Attributtypen

oorganization

country

state

organizational unit

common name

surname

e-mail

Group Policy Objects (GPO)

• Gruppenrichtlinien können 3 Zustände haben: „aktiviert“ / „deaktiviert“ / „nicht konfiguriert“
• Kumulative Vererbung innerhalb der Group Policy Hierarchy
  • Ausnahme: No Override

Active Directory (AD)

Active Directory Domain Services

=> zentralisierte Windows-Domainverwaltung

Hauptkomponenten

• DNS
• LDAP
• Server Message Block (SMB) => Windows-Dateifreigabe
• Kerberos => Authentifizierung

💡💬 Vorlesung / Workshop

💻 Beispiel Setup

Mail

(historisch gewachsen seit 1965/1968/1971)

D4a — Computer der TU Dresden zu dieser Zeit:
2000 Grundoperationen/Sekunde; 16,5 KByte Speicher

📝❗ FiSi AP2 Analyse Sommer 2022 Aufgabe 4

📝❗ FiSi AP2 Analyse Sommer 2023 Aufgabe 4

• MUA, MTA/MDA
• MX-Record
• Aufbau einer E-Mail (Kodierung) und Header
  • Body
• Sicherheit
  • SPF
  • DKIM
  • DMARK
  • Verschlüsselung (und Ende-zu-Ende-Signaturen)
    • pEp
    • CAcert

MUA, MTA/MDA

• Mail User Agent (Client)
• Mail Transfer Agent (SMTP-Server)
• Mail Delivery Agent (IMAP/POP3-Server)

💬❗ Wie unterscheiden sich POP3 und IMAP?

Welche der Protokolle will man verwenden?

=> Immer die Protokoll-Varianten, die auf „S“ enden 😉
(TLS nutzen)

MX-Record

Mail Exchange Resource Record (MX-RR)

=> sagt aus, unter welchem FQDN der SMTP-Server einer Domäne erreichbar ist

💻❗ Beispiel

dig any afbb.de

;; ANSWER SECTION:
[…]
afbb.de.                21600   IN      MX      1 afbb-de.mail.protection.outlook.com.
afbb.de.                600     IN      TXT     "v=spf1 include:spf.protection.outlook.com include:spf.emailsignatures365.com include:mx-smtp-out.mtl-servers.de -all"

dig any afbb-de.mail.protection.outlook.com

;; ANSWER SECTION:
afbb-de.mail.protection.outlook.com. 10 IN AAAA 2a01:111:f403:ca04::5

📝💬❗ FiSi AP2 Analyse Sommer 2023 Aufgabe 4ba

Aufbau einer E-Mail (Kodierung) und Header

RFC 5322

=> nur Zeichen des 7-Bit-ASCII-Zeichensatzes => Base64

=> MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions)

Beispiel:

From: <adam@example.org>
To: <eva@example.org>
Subject: Umlaute dank MIME
MIME-Version: 1.0
Content-Type: text/plain; charset=iso-8859-15
Content-Transfer-Encoding: 8bit

Body

Content-Type-Header definiert den MIME-Media-Typ des Body:

• text/plain
• text/html
• multipart
  • plain+html
  • Anhänge
  • Signaturen

Sicherheit

💬❗ Wo werden Mails gespeichert?

• Welche Server haben zusätzlich während des Versands Zugriff?

💬❗ Diskutieren Sie die Sicherheit von E-Mail im Bezug auf

• Verfügbarkeit
• Integrität, Authentizität
• Vertraulichkeit, Anonymität

Welche Gefahren gehen jeweils aus von

• Servern (MTA, MDA, NS, …, DC)
• Clients (MUA, Client-Arbeitsumgebung)
• Dritten
  • Innentäter aus dem Unternehmen (Kollegen, Kunden, Gäste, …)
  • Botnetzen (Spammer, (Spear-)Phishing, Würmer)
  • …

Wie kann man sich schützen?

Welche Grenzen haben die jeweiligen Maßnahmen?

💬 Was ist ein (offenes) SMTP-Relay?

Wofür werden Smarthosts benötigt?

Welche Herausforderung hat man, wenn man im eigenen Heimnetz (z.B. DSL-Anschluss) einen Mailserver betreiben möchte?

Wie ist das, wenn man im Rechenzentrum einen Mailserver betreiben will?

💬❗ Was ist E-Mail-Spoofing?

SPF

Sender Policy Framework

(seit 2003)

=> Absender-Authentifizierung

DNS-Record, der definiert welche MTAs für eine Domain Mails versenden dürfen (Im Gegensatz zum MX-Record, der die zuständigen Empfänger definiert). Die Empfänger können per SPF-Record herausfinden, ob der Absender gültig zu sein scheint. [1] [2] [3]

📝💬❗ FiSi AP2 Analyse Sommer 2023 Aufgabe 4bb

[1] SPF ist nicht Final Ultimate Solution to the Spam Problem (FUSSP)

[2] Kritik and SPF

[3] weitere Kritik and SPF

DKIM

DomainKey Identified Mail

RFC 6376 (seit 2006, immer noch nicht von allen Servern unterstützt)

=> Absender-Authentifizierung , diesmal basierend auf asymmetrischer Kryptographie

• Der SMTP-Server erzeugt ein asymmetrisches Schlüsselpaar
  • der Private Schlüssel wird geheim gehalten (!*💬)
  • der Öffentliche Schlüssel wird als TXT-Record per DNS veröffentlicht
• Mail-Body und vom Sender ausgewählte Header-Zeilen werden gehashed und dann signiert
  • Hash und Signatur werden Base64 kodiert in Mail-Header „DKIM-Signature“ versendet
• Der Empfänger einer Mail kann eine Verifikation durchführen, indem er:
  1. den Hash selbst neu berechnet und prüft
  2. den öffentlichen Schlüssel der Absender-Domain per DNS (!*💬) abfragt (DKIM TXT-RR)
  3. die Signatur über den Hash mittels des öffentlichen Schlüssels prüft

Da DNS als Vertrauensanker/PKI verwendet wird, sollte (!*) DNSSEC eingesetzt werden.

💬❗ Inwieweit hilft DKIM gegen Spam und Phishing?

💬❗ Wie sollte mit Mails umgegangen werden, die nicht DKIM-signiert sind?

DMARK

Domain-based Message Authentication, Reporting and Conformance

=> im DNS wird für Absender-Domain eine DMARC-Richtlinie veröffentlicht, ob/wie SPF und DKIM eingesetzt werden

💬 Welche Probleme mit DMARC gibt es?

Verschlüsselung (und Ende-zu-Ende-Signaturen)

Verbindungsorientiert (TLS) vs. Ende-zu-Ende (S/MIME)

Web-of-Trust (PGP) vs. PKI (X.509)

💻❗ MUA „sicher“ konfigurieren

pEp

pretty Easy privacy

CAcert

=> nichtkommerzielle Certification Authority

VoIP, Videokonferenzsysteme, WebRTC und QoS

Voice over IP (VoIP) => Internettelefonie

📝💬❗ FiSi AP2 Analyse Sommer 2022 Aufgabe 4

• SIP/SIPS
• RTP
  • SRTP
• WebRTC
• QoS
  • ToS
  • IEEE 802.1p
  • RTCP
• Fax nach Umstellung auf VoIP (FoIP)

SIP/SIPS

Session Initiation Protocol

RFC 3261, RFC 5630

=> Signalisierungsprotokoll (zum Verbindungsaufbau)

RTP

Real-Time Transport Protocol

RFC 3550

=> Echtzeitübertragung (*💬) von Multimedia-Datenströme (Audio, Video, Text, …)

• nutzt UDP

• Unicast und Multicast möglich

• nutzt Codecs (z.B. JPEG, H.261, H.263, …)

SRTP

Secure Real-Time Transport Protocol

RFC 3711

=> Verbindungsverschlüsselte Variante von RTP

WebRTC

Web Real-Time Communication

(seit 2011)

=> W3C-/IETF-Standart, der mittlerweile von allen verbreiteten Browsern unterstützt wird

• basiert auf HTML5 und JavaScript
• Verschlüsselung über DTLS und SRTP im Standart vorgeschrieben 🤗
• Peer-to-Peer
  • NAT traversal mittels ICE/STUN/TURN

QoS

Quality of Service

=> Dienstgüte

📝💬❗ FiSi AP2 Analyse Sommer 2022 Aufgabe 4e

Herausforderung:

• Nur in Netzsegmenten möglich, die man selber kontrolliert (nicht im Internet)
• Netzneutralität

ToS

Type of Service

=> 8-bit Feld im IP-Header, die unterschiedlich interpretiert werden

IEEE 802.1p

=> Priorisierung von Datenpaketen nach Priorisierungslevel

RTCP

RealTime Control Protocol

=> kann mit RTP eingesetzt werden, um QoS-Parameter auszuhandeln

Fax nach Umstellung auf VoIP (FoIP)

📝💬❗ FiSi AP2 Analyse Sommer 2022 Aufgabe 4f

Plattformen

💬❗ Welche Plattformen gibt es? Wie unterscheiden sie sich?

• Verschiedene Rechnerarchitekturen (RISC/CISC)
• Verschiedene Betriebssysteme
• On-Premises vs. Cloudanbieter

💬 Welche Kriterien für eine Auswahl gemäß Kundenanforderungen sollten bei der Entscheidung für eine Plattform berücksichtigt werden?

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Sommer 2024 Aufgabe 1b

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Winter 2024 Aufgabe 1b

• Technische Schulden und Vendor Lock-in
• Cloud
  • Charakeristiken von Cloud-Computing
    • On-demand Self-service
    • Broad Network Access
    • Resource Pooling
    • Rapid Elasticity
    • Measured Service
  • Service Models (Dienstleistungsmodelle)
    • SaaS
    • PaaS
    • IaaS
  • Liefermodelle (Bereitstellungsarten)
    • Public Cloud
    • Private Cloud
    • Hybrid Cloud, Community Cloud, Virtual Private Cloud, Multicloud, …
• On-Premises
  • Cluster

💬❗ Welche langfristigen Folgen kann eine Entscheidung für eine Plattform bedeuten?

Technische Schulden und Vendor Lock-in

💬 Inwieweit sollten offene Standarts bei der Auswahl einer Plattform bzw. eines Anbieters berücksichtigt werden?

Cloud

📝❗ FiSi AP2 Analyse Winter 2021 Aufgabe 1

📝❗ FiSi AP2 Analyse Winter 2022 Aufgabe 1a

📝❗ FiSi AP2 Analyse Winter 2023 Aufgabe 1a

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Sommer 2024 Aufgabe 1

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Winter 2024 Aufgabe 1

Charakeristiken von Cloud-Computing

🇺🇸 💬 Welche Cloud-Computing Charakteristiken wurden vom NIST definiert?

On-demand Self-service

=> Selbstbedienung

Broad Network Access

=> mit Standardmechanismen über das Netzwerk erreichbar

Resource Pooling

=> Ressourcen des Anbieters werden zusammengefasst und bedienen mehrere Nutzer nach dem Mandantenprinzip

Rapid Elasticity

=> Leistung wird dynamisch bereitgestellt/freigegeben und kann bedarfsgerecht skalieren => Aus Nutzersicht scheinen die verfügbaren Ressourcen unbegrenzt

Measured Service

=> Genutzte Ressoucen werden gesteuert und überwacht. Die Bezahlung erfolgt nach dem Prinzip pay-per-use

Service Models (Dienstleistungsmodelle)

flowchart TB
  CloudService --> SaaS
  CloudService --> PaaS
  CloudService --> IaaS

SaaS

Software as a Service

PaaS

Platform as a Service

z.B. DB, „AWS Container Service“ „AWS Kubernetes Service“

IaaS

Infrastructure as a Service

z.B. virtuelle private Server (VPS), „AWS Elastic Compute Cloud2“ (EC2)

💬 Welche Cloud-Plattformen/-Lösungen/-Produkte sollte man kennen?

Auf welchen Standarts basieren sie und welche Alternativen gibt es?

Liefermodelle (Bereitstellungsarten)

💬❗ Welche Liefermodelle werden unterschieden?

Public Cloud

=> Was wir klassisch meinen, wenn wir von Cloud sprechen

Private Cloud

=> „Cloud-Umgebung“, die ausschließlich für eine Organisation oder ein Unternehmen betrieben wird

Hybrid Cloud, Community Cloud, Virtual Private Cloud, Multicloud, …

💡💬 Vortrag: „Sollen wir in die Cloud gehen?“

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Sommer 2024 Aufgabe 1a

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Winter 2024 Aufgabe 1a

On-Premises

=> „in den eigenen Räumlichkeiten“

Cluster

„Rechnerverbund“ / „Schwarm“ / „Farm“

Architektur aus vernetzten Servern („Knoten“), die zusammenwirken um einen gemeinsamen Dienst zu erbringen.

Werden üblicherweise eingesetzt um Kapazität (Compute + Storage) und Verfügbarkeit im benötigten Maß gewährleisten zu können.

Basieren auf dem Prinzip der Horizontalen Skalierung (scale out)

Virtualisierung

📝❗ FiSi AP2 Analyse Winter 2023 Aufgabe 1b

• Einführung
• Hypervisor-Typen und Container-Arten
• Einsatzzwecke
  • Potentielle Nachteile

Einführung

Virtualisierung erlaubt mehrere Systeme auf der selben physischen Hardware (Hostsystem) gleichzeitig auszuführen. Aus Sicht der Gast-Systeme verhält sich die virtualisierte Umgebung gleich oder zumindest ähnlich wie die physische Hardware.

Virtuelle Maschinen (VMs) basieren auf der Virtualisierung (Multiplexing) jeder einzelnen Hardwarekomponente (Prozessorvirtualisierung, Speichervirtualisierung, Netzwerkvirtualisierung, …).

Die Implementierung kann jeweils als Emulation in Software (flexibel aber ineffizient), in Hardware oder einer Kombination von beidem erfolgen. Moderne Prozessoren verfügen über geeignete Erweiterungen um Virtualisierung in Hardware effizient zu unterstützen. Die Kontrolle erfolgt üblicherweise in Software durch den sogenannten Hypervisor (auch Virtual-Machine-Monitor genannt), welcher das Betriebssystems des Hosts ergänzt (Typ-2) oder ersetzt (Typ-1).

Für viele Anwendungsfälle ist eine Isolation von Systemen erwünscht, jedoch keine Virtualisierung von vollständigen Maschinen notwendig.Für diesen Fall können leichtgewichtige Virtual Environments (VE) verwendet werden, deren Funktionalität direkt vom Betriebssystem ohne zusätzlichen Hypervisor bereitgestellt wird. Historisch sind Jails wichtig. Heute sind Container nach dem OCI-Standart, insbesondere Docker sehr verbreitet.

Hypervisor-Typen und Container-Arten

flowchart TB
  Virtualisierung --> VirtualMachine
  VirtualMachine --> Typ-1-Hypervisor
  VirtualMachine --> Typ-2-Hypervisor
  Virtualisierung --> VirtualEnvironment
  VirtualEnvironment --> Systemcontainer
  VirtualEnvironment --> Anwendungscontainer

	Typ-1-Hypervisor	Typ-2-Hypervisor	Systemcontainer	Anwendungscontainer
Hypervisor	(native/bare-metal: Hypervisor ersetzt/ist Host-Kernel)	(hosted: Hypervisor läuft auf dem Host-OS)	Teil der Host-OS-Funktionalität	Host-OS + Container-Dienst
Gast	Als Gast-Betriebssystem muss ein speziell angepasster Kernel verwendet werden, der vom Hypervisor weiß und diesen nutzt.	Beliebiges OS kann als Gast verwendet werden. Aus Sicht des Gast-Kernels sieht die VM wie Hardware aus.	Linux-Distribution in chroot-Umgebung auf Host-Kernel (Ohne Gast-Kernel)	einzelne isolierte Anwendung
Eigenes Init-System	Ja	Ja	Ja	Nein
Isolation	++	+++	+	+
Performance	++	+	+++	+++
Leichtgewichtig	+	+	++	+++
Beispiel	XEN, Hyper-V	KVM, VirtualBox	LXC, FreeBSDjail	Docker, Podman
Einsatzgebiete	dedizierter Virtualisierungsserver	VMs auf bestehendem OS ermöglichen	leichtgewichtige VEs für viele parallele Linux-Systeme	leichtgewichtige VEs für isolierte Anwendungen

📝❗ FiSi AP2 Analyse Sommer 2022 Aufgabe 4

Einsatzzwecke

• Isolation
  • => Administrierbarkeit durch Modularisierung (divide and conquer)
  • Sicherheit (*💬)
• Hardware-Einsparung (bessere Auslastung der Server durch dynamische Lastverteilung)
  • Wirtschaftlichkeit
  • Green-IT
• Migration / Live migration
  • Während geplanter Wartung
  • Wenn mehr Ressourcen benötigt werden => dynamische Skalierung
  • Failover bei Ausfällen
• günstiger Betrieb von Diensten im Cluster
  • Verfügbarkeit durch Redundanz
  • Skalierbarkeit

Potentielle Nachteile

• Effizienzverlust durch Virtualisierungsoverhead
• Lastspitzen in einer VM können je nach Ressourcentrennung Einfluss auf andere VMs haben
• Herausforderung für Datenschutz/-sicherheit => Sandbox escape
• Fragen bezüglich Lizenzierung
• Zusatzaufwand (wenn kein geeignetes Automatiserungskonzept vorhanden)

Docker

Hallo Welt

cd examples/docker/hallo
cat Dockerfile

docker build -t hallo .
docker images

docker run hallo

reales Praxisbeispiel: Hedegedoc

cd examples/docker/hedgedoc
less Dockerfile

docker build -t hedgedoc .
docker images

docker run -p 3000:3000 hededoc

http://localhost:3000/

mehrere Anwendungscontainer: Prometheus

cd examples/docker/prometheus

docker network create -d bridge monitoring
docker run --name=nodeexporter -d --net=monitoring -p 9100:9100 -v "/:/host:ro,rslave" --pid="host" quay.io/prometheus/node-exporter:latest --path.rootfs=/host
docker run --name=prometheus -d --net=monitoring -p 9090:9090 -v ./prometheus.yml:/etc/prometheus/prometheus.yml prom/prometheus
docker run --name=grafana -d --net=monitoring -p 3000:3000 grafana/grafana-enterprise

compose.yaml

Informieren und Auswahl

Auswahlkriterien

flowchart TB
  Kriterien --> Kundenabhängig
  Kundenabhängig --> Anforderungsanalyse
  Kriterien --> Anbieterabhängig
  Anbieterabhängig --> Machbarkeitsanalyse
  Kriterien --> Problemabhängig
  Problemabhängig --> Problemanalyse

=> Lastenheft

=> Pflichtenheft

Wirtschaftlichkeit

Wirtschaftlichkeit = Erträge / Aufwendungen

Erträge werden durch das bereitstellen von Funktionalität erwirtschaftet.

Automatisierung bietet großes Potential im senken von Aufwendungen. Es ermöglichst zuvor variable Kosten in nahezu Fixkosten zu wandeln. Automatisierungspotential ist in vielen Fällen der Grund Prozesse zu digitalisieren.

Durch Skalierbarkeit können die fixen Stückkosten gesenkt und damit die Wirtschaftlichkeit erhöht werden (Fixkostendegression).

Als Massengut verkäufliche IT-Produkte (IaaS, PaaS) und Standartsoftware als SaaS können aufgrund von Skaleneffekten (Economies of scale) besonders effizient von Anbietern erbracht werden, welche sich auf Hyperscale computing spezialisiert haben.

Größte Börsenunternehmen nach Marktkapitalisierung

Kleinere Unternehmen und Startups sind eher dann konkurenzfähig, wenn sie individuelle Dienstleistungen entsprechend variabler Kundenanforderungen anbieten. Dazu zählen Individualsoftware, Beratung, Support, Integration, Anpassungen, …

flowchart TB
  Wirtschaftlichkeit --> Funktionalität --> Sicherheit
  Wirtschaftlichkeit --> Automatisierung
  Wirtschaftlichkeit --> Skalierbarkeit
  Verfügbarkeit --> Redundanz
  Redundanz --> Clustering
  Administrierbarkeit --> Automatisierung
  Sicherheit --> Safety
  Sicherheit --> Security
  Sicherheit --> Automatisierung
  Sicherheit --> Administrierbarkeit
  Safety --> Verfügbarkeit
  Security --> Verfügbarkeit
  Skalierbarkeit --> Automatisierung
  Skalierbarkeit --> Clustering
  Automatisierung <==> Clustering

Die gute Administrierbarkeit von Systemen wird durch ein geeignetes Maß an Automatiserung begünstigt. Beide sind Voraussetzung für Skalierbarkeit und Sicherheit.

Sicherheit ist eine wichtige Funktionalität, die den Wert eines Produktes mitbestimmt. Sicherheit benötigt Investitionen, lohnt sich aber durch Reduktion von Risiken. Schutzbedarfs- und Risikoanalyse können bei der Beurteilung helfen, welches Maß an Risikobehandlung „good enough“ ist.

Sicherheit wird in Safety (Betriebssicherheit) und Security (Schutz vor Angreifern) unterschieden. Beide sind von geeigneter Automatisierung abhängig.

Verfügbarkeit ist ein Schutzziel (Grundwert) der IT-Sicherheit. Die technische Maßnahmen zur Erhöhung der Verfügbarkeit basieren meist auf Redundanz.

Um Redundanz effektiv und wirtschaftich bereit zu stellen, sollten Komponenten möglichst nicht als Standby, sondern in einer Aktiv/Aktiv-Konfiguration mit Load Balancing betrieben werden.

Cluster-Lösungen zeichnen sich durch einen hohen Automatisierungsgrad aus und sind für die Zwecke Hochverfügbarkeit und Skalierbarkeit optimiert.

Skalierbarkeit

Horizontale Skalierung (scale out) vs Vertikale Skalierung (scale up)

=> Wenn „doppelt so viel“ benötigt wird, kostet das meist deutlich mehr als das zweifache
(bei scale up)…

=> Warum nicht einfach „zweimal das einfache“ nutzen?
=> scale out! => commercial off-the-shelf

• Beispiele für Umsetzung von horizontaler Skalierungslösungen
• Einschränkung durch Kommunikation + SharedMemory
  • Probleme: Kommunikationsoverhead, Konsistenz, Cache-Kohärenz
• Kurz und Knapp:
• CAP-Theorem
  • AP
  • CP
  • CA

Beispiele für Umsetzung von horizontaler Skalierungslösungen

flowchart TB
  Skalierbarkeit --> Cluster
  Skalierbarkeit --> LoadBalancer
  Skalierbarkeit --> Anycast/Multicast

Einschränkung durch Kommunikation + SharedMemory

Grenzen der horizontale Skalierung:

• Verteilte Dateisysteme
• Verteilte Datenbankmanagementsysteme
• Uniform Memory Access (Symmetrisches Multiprozessorsystem) vs Non-Uniform Memory Access (Asymmetrisches Multiprocessing)

Die Parallele Effizienz von Algorithmen ist problemabhängig und ein eigenes Fachgebiet.

Für Details bitte die passende Vorlesung besuchen, die richtigen Bücher lesen, …

Oder sich von jemandem beraten lassen, der sich damit auskennt ;)

Probleme: Kommunikationsoverhead, Konsistenz, Cache-Kohärenz

Kurz und Knapp:

=> Wann immer möglich ist Horizontale Skalierung (scale out) meist deutlich günstiger als Vertikale Skalierung (scale up).

=> Horizontale Skalierung funktioniert dann gut, wenn:

• das Problem gut parallelisierbar ist
  (Teilprobleme lose gekoppelt sind)
• die Softwarearchitektur für diese Art von Problemen geeignet optimiert ist
  => daher ist schlaue Auswahl der Lösung sehr wichtig

=> Es gibt jedoch leider auch Herausforderungen, bei denen eine horizontale Skalierung schwierig bis unmöglich ist

CAP-Theorem

Das CAP-Theorem besagt, dass es in einem verteilten System unmöglich ist, gleichzeitig die folgenden drei Eigenschaften zu garantieren:

• Consistency (Konsistenz)
• Availability (Verfügbarkeit => akzeptabler Antwortzeiten)
• Partition Tolerance (Ausfalltoleranz)

Jedes Systemdesign kann nur maximal zwei der drei Eigenschaften garantieren.

AP

Consistency + Availability + Partition Tolerance

Wenn Verfügbarkeit und Ausfalltoleranz wichtig sind, kann keine Konstistenz gewährleistet werden.

Für viele Dienste reicht Eventual consistency.

Für diesen Anwendungsfall sind NoSQL-Datenbanken optimiert.

In diese Kategorie fallen die meisten „Cloud“-Dienste bzw. Internet-Dienste.

z.B. DNS, NTP, Mail, …

=> horizontale Skalierung ist möglich
=> kostengünstige Lösungen möglich

CP

Consistency + Availability + Partition Tolerance

z.B. Banking-Anwendungen

Konsistenz ist essenziell und es muss davon ausgegangen werden, dass einzelne Komponenten ausfallen.

=> In dem Fall wird akzeptiert, dass Dienste mal nicht zur Verfügung stehen (es darf länger dauern)

CA

Consistency + Availability + Partition Tolerance

Relationale Datenbankmanagementsysteme (RDBMS) sollen Konsistent sein (ACID). Wenn auch Verfügbarkeit benötigt wird (meistens), dann ist keine Partitionstoleranz möglich. Wenn einzelne (Primary) Knoten ausfallen, muss ein anderer Knoten die Funktion übernehmen können und dafür den letzten Zuständ des Primary kennen. Dafür muss der Primary jeden Schreibzugriff an seine potentiellen Ersatzknoten kommunizieren, bevor eine Transaktion als erfolgreich commited abgeschlossen werden kann.

Wir benötigen also schnelle Kommunikation und Cache-Kohärenz zwischen den Knoten…

=> Scale Up
=> teuer

Administrierbarkeit

Snowflakeserver vs Konfigurationsmanagementsysteme

flowchart TB
  Automatisierung --> Verfügbarkeit --> Administrierbarkeit
  Automatisierung --> Skalierbarkeit --> Administrierbarkeit
  Automatisierung --> Wirtschaftlichkeit --> Administrierbarkeit
  Automatisierung --> Sicherheit --> Administrierbarkeit
  Automatisierung --> Administrierbarkeit
  Versionskontrolle --> Administrierbarkeit
  Versionskontrolle --> ChangeRequestManagement --> Administrierbarkeit
  Versionskontrolle --> Rollback --> Administrierbarkeit
  Versionskontrolle --> Kooperation --> Administrierbarkeit
  Versionskontrolle --> CICD --> Administrierbarkeit

Automatisierung

Vergleich verrschiedenen Automatierungslösungen

Mobile-Device-Management (MDM)

📝❗ FiSi AP2 Analyse Sommer 2025 Aufgabe 3

Sicherheit

Erwartetungswert_Schaden = ∑ Wahrscheinlichkeit_{Schadenseintritt} * Schadenshöhe_Schadensfall

Schutzziele und Maßnahmen

flowchart TB
  Sicherheit --> Verfügbarkeit -..-> Redundanz
  Sicherheit --> Vertraulichkeit -..-> Verschlüsselung
  Sicherheit --> Integrität -..-> Signaturen+Authentifizierung

Vertraulichkeit

flowchart TB
  Vertraulichkeit -..-> Verschlüsselung
  Verschlüsselung --> Datenträgerverschlüsselung
  Verschlüsselung --> Transportverschlüsselung
  Transportverschlüsselung --> Verbindungsverschlüsselung
  Transportverschlüsselung --> Ende-zu-Ende-Verschlüsselung

Integrität

flowchart TB
  Integrität -..-> Signaturen+Authentifizierung
  Signaturen+Authentifizierung --> TrustedBoot+TPM
  Signaturen+Authentifizierung --> SoftwareSignaturen
  SoftwareSignaturen --> SCM
  SoftwareSignaturen --> Paketierung
  SoftwareSignaturen --> Distribution
  Signaturen+Authentifizierung --> SingleSignOn+MultiFaktorAuth

Verfügbarkeit == Ausfallsicherheit

flowchart TB
  Verfügbarkeit --> Redundanz
  Redundanz --> Hardware
  Hardware --> Cluster
  Hardware --> USV
  Redundanz --> Netzwerk --> Topologie
  Redundanz --> Services
  Services --> Architektur
  Services --> Deployments --> GreenBlue
  Redundanz --> Daten
  Daten --> DistributedDB
  Daten --> Raid
  Daten --> Backups
  Verfügbarkeit --> OrganisatorischeMaßnahmen
  OrganisatorischeMaßnahmen --> Monitoring
  OrganisatorischeMaßnahmen --> Wiederanlaufkonzepte
  OrganisatorischeMaßnahmen --> Automatisierung
  Automatisierung --> Skallierbarkeit+Wirtschaftlichkeit
  Skallierbarkeit+Wirtschaftlichkeit
  Automatisierung --> Wiederanlauf
  Automatisierung --> ChangeManagement
  Automatisierung --> Rollback

Redundanz

USV

RAID

Redundanz in Netzwerken

Redundanz von Services

flowchart TB
  Redundanz --> LoadBalancing
  LoadBalancing --> Anycast+ColdSpare
  Redundanz --> ms[Master/Slave]
  ms --> HotSpare+Heartbeat

z.B.

• DNS
• DHCP
• Datenbanken
• Webserver
• Router

Link Aggregation

IEEE 802.3ad, IEEE 802.1AX

„Bonding“

=> Redundanz => Ausfallsicherheit

=> erhöhter Durchsatz

First Hop Redundancy Protocols (FHRP)

„Prüfungsvorbereitung Fachinformatiker Systemintegration“ 2.8.10. (Seite 104)

flowchart TB
  RedundanteRouter --> IETF --> VRRP
  RedundanteRouter --> Cisco
  Cisco --> GLBR
  Cisco --> HSRP

• verwenden Nachrichten um Status der Router auszutauschen

• verwenden virtuele MAC-Adresse

• verwenden virtuelle IP-Adresse

• erlauben LoadBalancing zwischen Routern (außer HSRP)

USV

Unterbrechungsfreie Stromversorgung

2023 Sommer SI Konzeption — Aufgabe 2

„Prüfungsvorbereitung Fachinformatiker Systemintegration“ 2.5.7. (Seite 71)

Klassifizierung

flowchart TB
  USV --> Offline -..-> VFD
  USV --> Netzinteraktiv -..-> VI
  USV --> Online -..-> VFI

Offline-USV (VFD)

=> Voltage and Frequency Dependent

Netzinteraktive-USV (VI)

=> Voltage Independent (but frequency dependent)

Online-USV (VFI)

=> Voltage and Frequency Independent

RAID

redundant array of independent disks

redundant array of inexpensive disks

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Winter 2021 Aufgabe 3

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Sommer 2022 Aufgabe 1

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Winter 2023 Aufgabe 4c

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Sommer 2024 Aufgabe 4

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Winter 2024 Aufgabe 3

💬 Welche RAID-Level kennen Sie?

❓❗ Wieviele Platten dürfen jeweils maximal ausfallen bevor Daten verloren gehen?

❓❗ Wieviele der Platten stehen als Nettokapazität zur Verfügung?

❓❗ Wie wirkt sicht die Redundanz bei den verschiedenen RAID-leveln auf die Lese- und Schreibgeschwindigkeit im Vergleich aus?

„Prüfungsvorbereitung Fachinformatiker Systemintegration“ 2.6.4. (Seite 66)

💬 Welche Vor- und Nachteile haben Software-/Hardware-Raidcontroller?

💡 Mehr Informationen zu RAID

Netzwerkspeicher

DAS

Direct Attached Storage

=> (per Ethernet) an einen einzelnen Rechner angeschlossene Festplatten ohne Netzwerk

NAS

Network Attached Storage

=> „netzgebundener Speicher“

=> Dateibasiert

SAN

Storage Area Network

=> Speichernetzwerk für hohe Verfügbarkeit und Performance

=> z.B. mittels Fibre Channel

=> Blockbasiert

Datensicherung

• Ziele / Einordnung
• Datensicherungskonzept / Disaster Recovery
  • RTO
  • RPO
• Prinzipien / Ansätze
  • WORM
  • 3-2-1-Regel
  • Generationenprinzip
• Backupstrategien
  • Vollbackups
  • Differenzielle Backups
  • Inkrementelle Backups
• Archivbit
• Prüfungsaufgaben
• Lösungen / Tools

Ziele / Einordnung

💬 Für welche Ereignisse (elementare Gefährdungen) werden Backups benötigt?

❓❗ Was verstehen wir unter MTBF und MTTF?

💬❗ Ersetzen RAID-Lösungen und Snapshots von Dateisystemen die Notwendigkeit von Backups?

❓❗ Was ist der Unterschied zwischen einem Backup und einem Archiv?

Datensicherungskonzept / Disaster Recovery

RTO

Recovery Time Objective

RPO

Recovery Point Objective

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Sommer 2023 Aufgabe 4c

Prinzipien / Ansätze

WORM

write once read many

=> Sicherstellen, dass Backups nicht vom zu sichernden System überschrieben werden können

3-2-1-Regel

• 3 Kopien der Daten (einschließlich Original) => 2 Backupkopien
• 2 verschiedene Medientypen
• 1 Offsite Kopie

💬 Warum sind Off-site-Backups wichtig?

Generationenprinzip

(Großvater-Vater-Sohn-Prinzip)

=> mehrere Versionen/Generationen von Backups müssen existieren

z.B.

• tägliche Sicherung („Sohn“)
• wöchentliche Sicherung („Vater“)
• monatliche Sicherung („Großvater“)

Backupstrategien

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Sommer 2023 Aufgabe 4a

Vollbackups

Differenzielle Backups

=> Differenz zum letzten Vollbackup

Inkrementelle Backups

=> Inkrement seit letztem (Inkrementellen) Backup

Archivbit

💬 Welche unterschiedlichen Möglichkeiten gibt es, mittels derer Backup-Tools entscheiden können, ob Dateien sich seit dem letzten Backup geändert haben?

Welche Vor-/Nachteile haben diese Methoden?

Archivbit:

• Kennzeichnet neue und modifizierte Dateien. Wird bei Schreiboperationen gesetzt.
• Wird zurückgesetzt nach:
  • Vollbackups
  • Inkrementellen Backups
• Wird nicht zurückgesetzt nach:
  • Differenziellen Backups

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Winter 2022 Aufgabe 3b

Prüfungsaufgaben

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Winter 2021 Aufgabe 2

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Sommer 2022 Aufgabe 4d-e

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Winter 2022 Aufgabe 3

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Sommer 2023 Aufgabe 4

📝❗ FiSi AP2 Konzeption Winter 2023 Aufgabe 4a-b

Lösungen / Tools

💬❗ Welche Backuplösungen kennen Sie?

Welche Feature haben sie? (Wie) können die folgenden Anforderungen umgesetzt werden?

• Generationenprinzip, effiziente Backupstrategien
• 3-2-1-Regel
• WORM, Authentifizierung der Clients am Backupserver
• Verschlüsselung, Integritätsüberprüfung, Signaturen
• Automatisierung, Monitoring

• [0] Restic
• [1] Duplicity
• [2] Borgbackup
• [3] xcopy

„Überwachung“ / Monitoring

Ziele

• Verfügbarkeit, Wirtschaftlichkeit, Sicherheit, Skalierbarkeit, Administrierbarkeit
• Erkennung von Ereignissen vor Schadenseintritt
  • Mangel an Ressourcen
    • verbleibende freie Festplattenkapazität
  • „Health“ von Festplatten
    • SMART-Daten
      • Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology
  • Informationen von Netzwerkgeräten
    • SNMP
      • Simple Network Management Protocol
  • Kostenkontrolle
    • API-Nutzung
  • Ablauf von SSL-Zertifikaten
• Schnelle Benachrichtigung im Problemfall
  • Ausfall von Diensten
  • Ausfall von RAID-Platten
  • Swap-Nutzung
• Erkennung von Tendenzen
  • zunehmender Arbeitsspeicherverbrauch
    • Speicherleak
  • Netzwerklatenzen & Jitter
• Beobachtung, Kontrolle & Dokumentation von Angriffen
  • Verbindungsaufbau/Minute
  • Loginversuche/Minute
• Optimierung von Ressourcen
  • Langzeitauswertung
    • CPU-Auslastung (load)
  • Erkennung von Mustern
    • Auslastung nach Wochentag/Uhrzeit
• Debugging
  • Mit welchen Logdaten korrelieren unerwartete Metriken?

Komponenten

Check-Plugins / Exporters zur Erhebung der Metriken

• Konfiguration zu Überwachender Systemeigenschaften
• Geben Metriken meist numerisch (float/int) zurück
• Schwellwerte für
  • Warnungen
  • Kritische Zustände

z.B.

• https://exchange.nagios.org/directory/Plugins
• https://prometheus.io/docs/instrumenting/exporters

Datenbank

• sinnvoller Weise Round-Robin-Database
  • Aggregation für nächst niedrigere Zeitauflösung

Dashboard

• Übersicht + Analyse
• Konfiguration

Notification

z.B. per Mail, SMS, IM, Chat, Pager, Desktop-/Push-Notification

Architektur

Datenerhebung

Wie werden Daten übermittelt?

• Pull/Push
• Intervall

Rechtliche Fragen

• Datenerhebungsgrundlage + Speicherfristen
• Beweispflicht

Empfehlung

• Datensparsamkeit + begrenzte Speicherdauer bei Logdaten
• aggregierte (anonyme) RRD-Metriken

Lösungen

• MMonit
• Nagios
• Icinga
• Grafana + Prometheus (+ Loki)
• Webmin

Automatisierung von Administrationsprozessen

Images

• „Golden Image“

Skripte

• (Power)Shell-Skripte

Konfigurationsmanagementsysteme / Orchestration tools

• Ansible
• Puppet
• SaltStack
• Chef

Cloud orchestration tools

• Terraform
• AWS CloudFormation

Vollständig deklarativ beschriebene Linux-Setups

• Docker / Kubernetes
• Nix

💡 einfach verständliche Anleitungen

Beispiele von Ergebnissen der Projektarbeiten in LF10b

• Debian-preseed + Ansible

Versionierung

Backups

Dateisystem-Snapshots

• ZFS
• btrfs

SCM (Source Code Management)

-> git

Planen der Konfiguration

Beschreibe Sie ihr Projekt (selbstdefinierte Aufgabenstellung).

mindestens 5 Sätze

Was sind ihre Ziele (persönliche Motivation)?

mindestens 5, besser 10 Stichpunkte

Welche Dienste sollen als Teil des Projektes integriert werden?

• Backup
• Monitoring
• …

Erstellen Sie eine grobe Übersicht, wie die Architektur des Projekes aussehen sollen.

Auf welcher Plattform soll das Projekt laufen? Welche Hardware wird benötigt? Welche Betriebsysteme werden genutzt?

Sollen einzelne Dienste virtualisiert werden? Falls ja, mit welchen Technologien?

Überlegen Sie für jeden Dienst, mit welcher Software er betrieben werden soll. Vergleichen Sie dafür alternative Softwarelösungen anhand geeigneter Kriterien.

Welche Recovery Time Objective (RTO) wollen Sie erreichen?

Welche Systemeigenschaften sollen vom Monitoring überwacht werden?

Habt Sie bereits Gedanken, wie eine spätere Automatisierung umgesetzt werden kann?

Erstellen Sie einen groben Zeitplan für die Umsetzung des Projektes.

Wer aus dem Team wird welche Aufgaben übernehmen?

Welche Anleitungen (bzw. Tutorials) soll genutzt werden? Welche sonstige Dokumentation könnte nützlich sein?

Wiederanlaufplan

💡 Vorlage des BSI

SOL

Entwerfen Sie einen Wiederanlaufkonzept für das Serverprojekt, welches Sie in den nächsten Unterrichtstagen aufgesetzen möchten.

Machen Sie sich dafür zunächst grob Gedanken, welche Schritte zum neu Aufsetzen des Systems nötig sein werden.

• Welche Automatisierungslösung möchten Sie nutzen (ausprobieren)?
• Welche Backuplösung werden sie einsetzen?

Mittels des Wiederanlaufplanes (den Sie im späteren Laufe des Projektes vervollständigen dürfen) und den darin beschriebenen Daten (Konfiguration+Backups) muss es für andere ITler möglich sein, das Setup auf einem neuen System erneut aufzusetzen.

Was schätzen Sie, wie lange für die Wiederinbetriebnahme benötigt wird (RTO)?

Die SOL-Aufgabe darf als Gruppenarbeit gelöst und eingereicht werden. Die Abgabe soll möglichst per Link auf ein Git-Repository in ilias erfolgen.

Implementierung

Berücksichtigung betrieblicher Vorgaben und Lizenzierungen

Testverfahren

Wiederanlaufplan

Dokumentation von Ergebnissen

Docker

Kundenspezifische Rahmenbedingungen

Optimieren

Optimieren

Bewertung

Backup

• Inkrementelle oder Differenzielle Backups
• Konfiguration des Monitoring wird gebackupt
• Ein Backup wurde erfolgreich zurückgespielt
• Backups werden automatisch erstellt
• Benachrichtigung, wenn automatische Erstellung von Backups fehlschlägt (optional mittels Monitoring)

Monitoring

• Läuft
• Ram-Auslastung wird überwacht
• verbleibende freie Festplatenkapazität wird überwacht
• Erfolgreiche automatische Erstellung von Backups wird überwacht
• Im Fehlerfall werden Benachrichtigungen „versendet“

Automatisierung

• Automatische Wiederherstellung möglich
• Lösung ermöglicht Review von Veränderungen (Change Management)
• Idempotente Anwendung der Konfigurationsverwaltung funktioniert fehlerfrei
• Mehrere Konfigurationen lassen sich miteinander kombinieren
• Ein einzelner Konfigurationsschritt kann einfach und sauber rückgängig gemacht werden