Kategorie:IPv4/Adresse
IPv4
- Die Version 4 des Internetprotokolls[[1]] wurde im September 1981 von der Organisation ARPA veröffentlicht. Es hat danach lediglich geringfügige Modifikationen gegeben.
- Im OSI-Modell wird es in Schicht 3 (Network-Layer = Vermittlungsschicht), im TCP/IP-Modell in Schicht 2 (Internet) verarbeitet.
IPv4-Adressen
- IPv4-Adressen haben eine Länge von 32 Bit
- Eine IP-Adresse besteht aus einem Netzanteil und einem Hostanteil.
- Der Netzanteil identifiziert ein Teilnetz, der Hostanteil identifiziert ein Gerät (Host) innerhalb eines Teilnetzes.
- Die genaue Aufteilung zwischen Netzanteil und Hostanteil wird durch eine Subnetzmaske festgelegt, beispielsweise 255.255.255.0.
- Bei Verwendung dieser Maske würde die IP-Adresse in der CIDR-Notation dann als 192.168.0.23/24 geschrieben.
- Dabei bedeutet die „24“ , dass die ersten 24 Bits der Subnetzmaske gleich 1 sind.
- Die Bits der Subnetzmaske, die „1“ sind, legen die Stellen der IP-Adresse fest, die zum Netzanteil gehören.
- Alle restlichen Stellen der IP-Adresse (entsprechend der Anzahl Bits der Maske die auf 0 gesetzt sind) gehören dann zum Hostanteil+
- Deshalb sind zumindest theoretisch 4.294.967.296 unterschiedliche Adressen möglich
- Man schreibt die Adressen dezimal in vier einzelnen Bytes
- Die einzelnen Bytes sind durch Punkte voneinander getrennt
Dotted Quad
- Diese Schreibweise, die auch als Dotted Quad[[2]] bezeichnet wird, sieht dann z.B. so aus: 192.149.252.76
- 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
Aufteilung
- 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 Hosts direkt 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[[3]] bestimmt.
IP-Klassen
- Die Adressen des Internetprotokolls sind in Klassen eingeteilt
- Der Inhalt des ersten Bytes der Adresse bestimmt, welcher Klasse ein Netzwerk angehört.
- 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[[4]], dass ein Computer zur internen Kommunikation innerhalb des Rechners 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 verwendet zur automatischen Adressierung (APIPA) in Heimnetzwerken:
- APIPA: Automatic Private IP Adressing (APIPA) ist ein Zeroconf-Verfahren[[5]] für die automatische Allokation von sogenannten Link-Local-IPv4-Adressen ohne DHCP.
- APIPA verwendet das Address Resolution Protocol (ARP), um für ein Netzwerk-Interface automatisch eine freie IP-Adresse auszuwählen.
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
Besondere Netzwerkadressen
- Einige Netzwerke sind für spezielle Zwecke reserviert, z.B. RFC 6890:
Adressblock (Präfix) | Verwendung | Referenz |
---|---|---|
0.0.0.0/8 | Das vorliegende Netzwerk | RFC 1122 |
10.0.0.0/8 | 1 privates 8-Bit-Netzwerk | RFC 1918 |
100.64.0.0/10 | Shared Transition Space | RFC 6598 |
127.0.0.0/8 | Loopback (Lokaler Computer) | RFC 1122 |
169.254.0.0/16 | Privates Netzwerk (link local), APIPA | RFC 3927 |
172.16.0.0/12 | 16 private 16-Bit-Netzwerke | RFC 1918 |
192.0.0.0/24 | IETF Protocol Assignments | RFC 6890 |
192.0.2.0/24 | Test-Netzwerke | RFC 6890 |
192.88.99.0/24 | IPv6 zu IPv4 Relay (Veraltet) | RFC 7526 |
192.168.0.0/16 | 256 private 24-Bit-Netzwerke | RFC 1918 |
198.18.0.0/15 | Netzwerk-Benchmark-Tests | RFC 2544 |
198.51.100.0/24 | Test-Netzwerke | RFC 6890 |
203.0.113.0/24 | Test-Netzwerke | RFC 6890 |
224.0.0.0/4 | Multicasts | RFC 5771 |
240.0.0.0/4 | Reserviert | RFC 1700 |
255.255.255.255/32 | Limited Broadcast | RFC 919, RFC 922 |
Lokale/Private Netzwerkadressen
Adressbereich | Beschreibung | größter CIDR-Block | Anzahl IP-Adressen |
---|---|---|---|
10.0.0.0–10.255.255.255 | privat, 1 8-Bit-Netz | 10.0.0.0/8 | 224 = 16.777.216 |
172.16.0.0–172.31.255.255 | privat, 16 16-Bit-Netze | 172.16.0.0/12 | 220 = 1.048.576 |
192.168.0.0–192.168.255.255 | privat, 256 24-Bit-Netze | 192.168.0.0/16 | 216 = 65.536 |
169.254.0.0–169.254.255.255 | link local, 1 16-Bit-Netz | 169.254.0.0/16 | 216 = 65.536 |
Ermittlung der Adressklasse
- Um zu ermitteln, welche IP-Adressen zu welcher Klasse gehören, muss man nur das erste Byte der Adresse betrachten.
- Die Klasse A beginnt 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
- Zur Verdeutlichung: folgende Aufstellung die Startadressen der Adressklassen in binärer und in dezimaler Schreibweise:
- Klasse A: Start 0000.0001.0000.0000.0000.0000.0000.0000 – (1.0.0.0)
- Klasse B: Start 1000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000 – (128.0.0.0)
- Klasse C: Start 1100.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000 – (192.0.0.0)
- Klasse D: Start 1110.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000 – (224.0.0.0)
- Klasse E: Start 1111.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000 – (240.0.0.0)
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
- 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[[6]] (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 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.
Beispiel 1
- Zur Verdeutlichung soll 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:
- Host-Adresse 192.168.150.9 (Bin:1100.0000.1010.1000.1001.0110.0000.1001)
- Subnetzmaske 255.255.255.0 (Bin: 1111.1111.1111.1111.1111.1111.0000.0000)
- Netzadresse 192.168.150.0 (Bin:1100.0000.1010.1000.1001.0110.0000.0000)
- 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.
Beispiel 2
- Die Funktionsweise der Subnetzmaske genauer verdeutlicht:
- 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 an der Subnetzmaske abgelesen werden
- Man braucht nur das letzte gesetzte Bit zu betrachten
Beispiel 3
- Das letzte gesetzte Bit ist 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. [[7]]
- In diesem Fall also 2^6 – 2 = 64 – 2 = 62 Hosts.
Links
intern
- https://wiki.itw-berlin.net/index.php?title=Netzwerke:IPv4:Broadcast
- https://wiki.itw-berlin.net/index.php?title=Netzwerke:IPv4:Subnetting
extern
- https://de.wikipedia.org/wiki/IPv4
- https://de.wikipedia.org/wiki/Dotted_decimal_notation
- https://de.wikipedia.org/wiki/Netzmaske
- https://de.wikipedia.org/wiki/Loopback
- https://de.wikipedia.org/wiki/Zeroconf
- https://de.wikipedia.org/wiki/Classless_Inter-Domain_Routing
- https://www.wintotal.de/broadcast-adresse/
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