Kategorie:IPv4/Adresse: Unterschied zwischen den Versionen

Das Internetprotokoll IPv4

Die Version 4 des Internetprotokolls wurde so, wie sie heute bekannt ist, schon im September 1981 von der Organisation ARPA fertig gestellt und in einem RFC veröffentlicht. Es hat danach lediglich geringfügige Modifikationen gegeben. IPv4-Adressen haben eine Länge von 32 Bit. Deshalb sind zumindest theoretisch 4.294.967.296 unterschiedliche Adressen möglich. Man schreibt die Adressen in vier einzelnen Bytes dezimal. Die einzelnen Bytes sind durch Punkte voneinander getrennt.

Diese Notationsweise, die auch als Dotted Quadbezeichnet wird, sieht dann zum Beispiel so aus: 192.168.100.55. Jede dieser Zahlen zwischen zwei Punkten wird als ein Oktett bezeichnet. Da ein Oktett jeweils ein Byte lang ist, ergeben sich immer 256 Variationsmöglichkeiten. Da die 0 hier mitgezählt werden muss, ist der höchstmögliche Wert für ein solches Oktett also 255.

Eine IP-Adresse besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil ist der Netzwerkanteil (auch als Netzwerk-ID bezeichnet) und der zweite der Host-Anteil der Adresse. Es können nur Hostsdirekt miteinander kommunizieren, deren Netzwerkanteil der IP-Adressen identisch ist. Hosts, die sich in unterschiedlichen Netzwerken befinden, müssen durch Router miteinander verbunden werden. Welcher Anteil einer IP-Adresse zum Netzwerk- und welcher zum Host-Anteil gehört, wird durch die Netzwerkmaske bestimmt.

IP-Klassen

Die Adressen des Internetprotokolls sind in Klassen eingeteilt. Welcher Klasse ein Netzwerk angehört, wird durch den Inhalt des ersten Bytes der Adresse bestimmt. Die Klassen legen gleichzeitig fest, welche Standardsubnetzmaske verwendet wird. Die tatsächlich verwendete Subnetzmaske kann in der Realität jedoch durch das Erstellen von Subnetzen unterschiedlich sein:

Klasse A

• Erste Adresse: 1.0.0.0
• Letzte Adresse: 127.255.255.255
• Standardsubnetzmaske: 255.0.0.0
• Privater Ausschlussbereich: 10.0.0.0 – 10.255.255.255

Besonderheit: Bei dem Netzwerk 127.0.0.0 handelt es sich um das Loopback-Netzwerk, das ein Computer zur internen Kommunikation innerhalb der Maschine verwendet. Üblich ist aber lediglich die Verwendung der IP-Adresse 127.0.0.1 für das Loopbackdevice.

Klasse B

• Erste Adresse: 128.0.0.0
• Letzte Adresse: 191.255.255.255
• Standardsubnetzmaske: 255.255.0.0
• Privater Ausschlussbereich: 172.16.0.0 – 172.31.255.255

Besonderheit: Das Netzwerk mit der Adresse 169.254.0.0 wird zur automatischen Adressierung in Heimnetzwerken (APIPA) verwendet.

Klasse C

• Erste Adresse: 192.0.0.0
• Letzte Adresse: 223.255.255.255
• Standardsubnetzmaske: 255.255.255.0
• Privater Ausschlussbereich: 192.168.0.1 – 192.168.255.255

Klasse D

• Erste Adresse: 224.0.0.0
• Letzte Adresse: 239.255.255.255
• Standardsubnetzmaske: 255.255.255.255

Besonderheit: Dieses Netzwerk wird von Multicast-Anwendungen genutzt. Die vollständig gesetzte Subnetzmaske bewirkt, dass alle Rechner eines Multicast-Netzwerkes dieselbe IP-Adresse verwenden müssen. Adressen der Klasse D werden normalerweise immer nur zusätzlich zu anderen IP-Adressen verwendet.

Klasse E

• Erste Adresse: 240.0.0.0
• Letzte Adresse: 255.255.255.254
• Standardsubnetzmaske: 255.255.255.255

Besonderheit: Dieses Netzwerk wird als Experimentalklasse bezeichnet und normalerweise nicht verwendet.

Um ermitteln zu können, welche IP-Adressen zu welcher Klasse gehören, müssen Sie nur das erste Byte der Adresse betrachten. Die Klasse A beginnt einfach am Anfang, also mit 1. Sie endet da, wo die Klasse B beginnt. Das ist der Fall, wenn das erste Bit des ersten Byte einer IP-Adresse gesetzt wird. Das wäre also das 128er-Bit. Die Klasse C beginnt entsprechend, wenn zusätzlich das zweite Bit gesetzt wird (128 + 64 = 192). Entsprechend wird bei den Klassen D und E jeweils ein weiteres Bit hinzugefügt. ZurVerdeutlichung sehen Sie in der folgenden Aufstellung die Startadressen der Adressklassen in binärer und in dezimaler Schreibweise:

• Klasse A: Start 00000001.00000000.00000000.00000000 – (1.0.0.0)
• Klasse B: Start 10000000.00000000.00000000.00000000 – (128.0.0.0)
• Klasse C: Start 11000000.00000000.00000000.00000000 – (192.0.0.0)
• Klasse D: Start 11100000.00000000.00000000.00000000 – (224.0.0.0)
• Klasse E: Start 11110000.00000000.00000000.00000000 – (240.0.0.0)

Die Verwendung der Subnetzmaske und CIDR

Die Subnetzmaske maskiert den Netzwerkanteil und den Host-Anteil einer IP-Adresse. Mit ihrer Hilfe kann ein Computer ermitteln, in welchem Netzwerk bzw. Subnetz er sich selbst befindet. Er kann nur direkt mit anderen Computern kommunizieren, die sich in demselben Netzwerk oder Subnetz befinden. Bei Kontaktaufnahmen zu netzwerkfremden Hosts müssen die Datenpakete zunächst an einen Router geschickt werden. Die Ermittlung der Netzwerkzugehörigkeit geschieht über eine logische UND-Verknüpfung der IP-Adresse mit der Subnetzmaske. Für Subnetzmasken sind zwei Notationsweisen üblich. Die eine davon ist, genau wie die IP-Adressen selbst, eine Dotted-Quad-Schreibweise, z. B. 255.255.255.0 für eine Standard-C-Klasse. Da Subnetzmasken von links nach rechts inkrementell aufgefüllt werden, sind pro Oktett nur neun verschiedene Werte möglich:

00000000 Bin = 0 Dez
10000000 Bin = 128 Dez
11000000 Bin = 192 Dez
11100000 Bin = 224 Dez
11110000 Bin = 240 Dez
11111000 Bin = 248 Dez
11111100 Bin = 252 Dez
11111110 Bin = 254 Dez
11111111 Bin = 255 Dez

Auf derselben Tatsache basiert die CIDR-Notation (Classless Inter-Domain Routing) von Subnetzmasken. Bei dieser Schreibweise wird einfach nur die Anzahl der gesetzten Bits einer Subnetzmaske angegeben. Ein Standard-C-Klasse-Netz wird also so ausgedrückt: 192.168.100.0/24 (255.255.255.0, wobei jede einzelne 255 acht gesetzten Bits entspricht). Die Ermittlung der Netzwerkmitgliedschaft eines Hosts erfolgt, wie bereits erwähnt, über eine logische UND-Verknüpfung. Das Ergebnis einer UND-Verknüpfung ist immer dann 1, wenn beide verknüpften Werte ebenfalls 1 sind. In allen anderen Fällen ist das Ergebnis der Verknüpfung 0. Zur Verdeutlichung soll im folgenden Beispiel die Netzwerkmitgliedschaft eines Computers mit der Adresse 192.168.150.9/24 ermittelt werden. Für die Berechnung müssen sowohl IP-Adresse als auch Subnetzmaske zunächst in Binärschreibweise umgewandelt werden:

192.168.150.9  11000000.10101000.10010110.00001001  Host-Adresse
255.255.255.0  11111111.11111111.11111111.00000000  Subnetzmaske
192.168.150.0  11000000.10101000.10010110.00000000  Netzadresse

Die logische UND-Verknüpfung ergab, dass sich der Computer in dem Netzwerk mit der IP-Adresse 192.168.150.0 befindet. Der Netzwerkanteil der IP-Adresse erstreckt sich in diesem Fall über die ersten drei Oktette (24 Bit), weil die Subnetzmaske eben falls eine Länge von 24 Bit aufweist.

Ein weiteres Beispiel soll die Funktionsweise der Subnetzmaske genauer verdeutlichen. Es wird hier eine Nicht-Standardsubnetzmaske verwendet, um gleichzeitig die Unterteilung eines Netzes in Subnetze zu erläutern. Ein Host mit der Adresse 192.168.4.147/26 soll ein Datenpaket an einen anderen Host mit der IP-Adresse 192.168.4.116 senden. Die Subnetzmaske des Ziel-Hosts ist einer sendenden Station nie bekannt. Das ist auch nicht nötig, denn wenn sich der Ziel-Host in demselben Subnetz befindet wie die sendende Station, dann kann das Paket direkt zugestellt werden. Im anderen Fall muss das Paket zunächst an einen Router (eventuell Standardgateway) geschickt werden, der sich dann um die Weiterleitung kümmert. Es müssen zwei Berechnungen erfolgen:

• Der Quell-Host:

192.168.004.147  11000000.10101000.00000100.10010011 (Host)
255.255.255.192  11111111.11111111.11111111.11000000 (Maske)
192.168.004.128  11000000.10101000.00000100.10000000 (Netz)

• Der Ziel-Host:

192.168.004.116  11000000.10101000.00000100.01110100 (Host)
255.255.255.192  11111111.11111111.11111111.11000000 (Maske)
192.168.004.064  11000000.10101000.00000100.01000000 (Netz)

Der Quell-Host befindet sich selbst laut logischer UND-Verknüpfung mit der Subnetzmaske im Netzwerk 192.168.4.128. Diese Adresse darf in diesem Fall, da das ursprüngliche Netz in Subnetze unterteilt wurde, nicht mehr für einen Host verwendet werden. Die Subnetzmaske für den Ziel-Host wurde hier nur angenommen. Sie ist für die sendende Maschine aber auch unerheblich, weil sich die IP-Adresse des Ziels in einem fremden Netzwerk befindet. Das zu sendende Paket muss also über einen Router zugestellt werden. Der Abstand zwischen den einzelnen Subnetzen kann ander Subnetzmaske abgelesen werden. Sie brauchen nur das letzte gesetzte Bit zu betrachten. Im letzten Beispiel ist das letzte gesetzte Bit das 64er-Bit. Das bedeutet einen Abstand der Netze untereinander von 64. Die resultierenden Netzwerke hätten dann die folgenden Adressen:

• 192.168.4.0/26
• 192.168.4.64/26
• 192.168.4.128/26
• 192.168.4.192/26

Die Anzahl der möglichen Hosts pro Subnetz errechnet sich aus den verbleibenden Bits für Host-Adressen abzüglich der Netzwerkadresse und der Broadcast-Adresse. In diesem Fall also 2^6 – 2 = 64 – 2 = 62 Hosts.