Informatik · Klasse 12

Ideen für aktives Lernen

Routing und Switching

Netzwerktechnik lebt von praktischer Anschauung. Routing und Switching sind abstrakte Konzepte, die durch Simulationen und Hands-on-Experimente fassbar werden. Schüler:innen behalten Gelerntes besser, wenn sie selbst Pakete durch Netzwerke routen oder Switch-Tabellen aufbauen, statt nur Theorie zu hören.

• KMK Bildungsstandards
• KMK: Sekundarstufe II - Strukturieren und Vernetzen
• KMK: Sekundarstufe II - Problemlösen und Handeln

• 30–50 Min.
• Partnerarbeit → Ganze Klasse
• 4 Aktivitäten

Aktivität 01

• Planspiel
• 45 Min. · Kleingruppen

Planspiel: Packet Tracer Routing

Schüler:innen bauen ein LAN mit Switch und WAN mit Router in Cisco Packet Tracer auf. Sie konfigurieren IP-Adressen, senden Ping-Pakete und beobachten Pfade in der GUI. Abschließend analysieren sie Routing-Tabellen.

Wie stellen Protokolle sicher, dass unterschiedliche Geräte miteinander kommunizieren können?

Moderationstipp

Während der Packet Tracer-Simulation stellen Sie gezielte Fragen zu IP- und MAC-Adressen, um die Layer-Zuordnung zu verdeutlichen.

Worauf zu achten ist

Geben Sie jedem Schüler ein kleines Whiteboard oder Blatt Papier. Stellen Sie die Frage: 'Erklären Sie in 2-3 Sätzen den Hauptunterschied zwischen einem Router und einem Switch und nennen Sie jeweils ein Beispiel, wo sie eingesetzt werden.' Sammeln Sie die Antworten zur Überprüfung des Verständnisses.

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Aktivität 02

• Planspiel
• 50 Min. · Partnerarbeit

Vergleich: Switch vs. Router Demo

Teilen Sie ein physisches Netzwerk mit echtem Switch und Router. Gruppen testen Datenfluss mit Wireshark, vergleichen MAC- und IP-Routing. Diskutieren Sie Ergebnisse in Plenum.

Erklären Sie den Unterschied zwischen Routing und Switching in einem Netzwerk.

Moderationstipp

Bei der Switch vs. Router Demo lassen Sie Schüler:innen die Geräte physisch anfassen und Kabel verbinden, bevor sie die Software öffnen.

Worauf zu achten ist

Zeigen Sie ein einfaches Netzwerkdiagramm mit mehreren verbundenen Geräten und einem Router. Fragen Sie: 'Welche Art von Adresse (MAC oder IP) würde ein Switch verwenden, um ein Paket an ein anderes Gerät im selben lokalen Netzwerk zu senden? Welche Adresse würde der Router verwenden, um ein Paket an ein Gerät in einem externen Netzwerk zu senden?'

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Aktivität 03

• Planspiel
• 30 Min. · Kleingruppen

Algorithmus: Dijkstra-Manual

Auf Papier ein kleines Netzwerk zeichnen, Kosten zu Kanten zuweisen. Schrittweise Dijkstra-Algorithmus anwenden, um kürzesten Pfad zu finden. In Gruppen vergleichen und fehlerhafte Pfade korrigieren.

Analysieren Sie, wie Routing-Algorithmen den optimalen Pfad für Datenpakete bestimmen.

Moderationstipp

Beim Dijkstra-Algorithmus geben Sie konkrete Beispiele vor, z.B. eine Stadtkarte mit Straßen als Kanten und Entfernungen als Gewichte.

Worauf zu achten ist

Beginnen Sie eine Klassendiskussion mit der Frage: 'Stellen Sie sich vor, ein wichtiges Datenpaket muss von Computer A zu Computer B gelangen. Beschreiben Sie, wie Router und Switches zusammenarbeiten, um den optimalen Pfad zu finden und das Paket zuzustellen. Welche Informationen benötigen sie dafür?'

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Aktivität 04

• Planspiel
• 40 Min. · Kleingruppen

Fehlerjagd: Netzwerk-Troubleshooting

Vorgefertigtes fehlerhaftes Netzwerk in Simulator laden. Gruppen identifizieren Routing-Probleme, korrigieren Tabellen und testen Konnektivität. Protokollieren Ursachen und Lösungen.

Wie stellen Protokolle sicher, dass unterschiedliche Geräte miteinander kommunizieren können?

Moderationstipp

Bei der Fehlerjagd geben Sie nur minimale Hinweise und beobachten, wie Schüler:innen systematisch Diagnosen stellen.

Worauf zu achten ist

Geben Sie jedem Schüler ein kleines Whiteboard oder Blatt Papier. Stellen Sie die Frage: 'Erklären Sie in 2-3 Sätzen den Hauptunterschied zwischen einem Router und einem Switch und nennen Sie jeweils ein Beispiel, wo sie eingesetzt werden.' Sammeln Sie die Antworten zur Überprüfung des Verständnisses.

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Dieses Thema erfordert eine Balance zwischen Theorie und Praxis. Vermeiden Sie Frontalunterricht zu Protokollen – stattdessen zeigen Sie mit Wireshark, wie Pakete tatsächlich aussehen. Betonen Sie die Layer nach dem OSI-Modell, aber nutzen Sie die TCP/IP-Sicht als Brücke zur Anwendung. Wiederholen Sie Schlüsselkonzepte wie 'MAC für lokal, IP für global' in jeder Aktivität, um Verwechslungen vorzubeugen.

Am Ende der Einheit können die Lernenden die Funktionen von Switches und Routern unterscheiden, Routing-Tabellen lesen und einfache Algorithmen anwenden. Sie erkennen, wie Protokolle und Layer zusammenwirken, und begründen Entscheidungen im Netzwerkdesign mit Fachbegriffen.

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Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• Während der Aktivität 'Vergleich: Switch vs. Router Demo' beobachten Sie, dass einige Schüler:innen Switches und Router als austauschbar betrachten.

  Nutzen Sie die Demo, um gezielt nach dem Ziel eines Geräts zu fragen: 'Warum leitet der Router das Paket nicht direkt an das Zielgerät weiter, sondern nur bis zum nächsten Hop?' Lassen Sie die Schüler:innen die MAC-Tabelle des Switches und die Routing-Tabelle des Routers vergleichen.

• Während der Aktivität 'Simulation: Packet Tracer Routing' äußern Schüler:innen die Annahme, dass Router immer den kürzesten physischen Weg wählen.

  Fügen Sie in der Simulation absichtlich eine langsame oder überlastete Leitung ein und beobachten Sie, ob Schüler:innen erkennen, dass Router Metriken wie Bandbreite oder Latenz berücksichtigen. Fragen Sie: 'Warum weicht der tatsächliche Pfad vom kürzesten ab?'

• Während der Aktivität 'Simulation: Packet Tracer Routing' oder 'Fehlerjagd: Netzwerk-Troubleshooting' nehmen einige an, Switches würden Adressen nicht lernen.

  Fordern Sie die Schüler:innen auf, in Packet Tracer die MAC-Tabelle des Switches nach dem Senden weniger Pakete zu prüfen. Zeigen Sie, wie Flooding auftritt, wenn die Ziel-MAC unbekannt ist, und wie der Switch anschließend gezielt weiterleitet.

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In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Planspiel