109.1 Lektion 1

Theoretisch sind IP-Adressen nach Klassen getrennt, definiert durch den Bereich des ersten Oktetts, wie in der folgenden Tabelle dargestellt:

Wie bereits erwähnt, muss jedem Gerät im Netz mindestens eine eindeutige IP-Adresse zugeordnet sein, damit eine Kommunikation stattfinden kann. Hätte jedoch jedes Gerät, das weltweit mit dem Internet verbunden ist, eine eindeutige IP-Adresse, gäbe es nicht genug IPs (v4) für alle. Aus diesem Grund wurden private IP-Adressen definiert.

Private IPs sind Bereiche von IP-Adressen, die für die Verwendung in internen (privaten) Netzen von Unternehmen, Institutionen, Haushalten usw. reserviert sind. Innerhalb desselben Netzes bleibt die Verwendung einer IP-Adresse eindeutig. Allerdings kann dieselbe private IP-Adresse in jedem privaten Netz verwendet werden.

Im Internet findet der Datenverkehr also über öffentliche IP-Adressen statt, die erkennbar sind und über das Internet weitergeleitet werden, während in privaten Netzen diese reservierten IP-Bereiche zum Einsatz kommen. Der Router ist für die Umwandlung des Verkehrs vom privaten Netz in das öffentliche Netz und umgekehrt zuständig.

Die Bereiche der privaten IPs, getrennt nach Klassen, zeigt die nachstehende Tabelle:

In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu wissen, wie man IP-Adressen zwischen Binär- und Dezimalformaten umwandelt.

Die Umwandlung vom Dezimalformat in das Binärformat erfolgt durch aufeinanderfolgende Divisionen durch 2. Als Beispiel wollen wir den Wert 105 durch folgende Schritte umwandeln:

In diesem Beispiel wählen wir den Binärwert 10110000.

Mit der Netzmaske (oder Netmask) ermitteln Sie in Verbindung mit der IP-Adresse, welcher Teil der IP-Adresse das Netzwerk und welcher die Hosts repräsentiert. Sie hat das gleiche Format wie die IP-Adresse, sie besteht also ebenfalls aus 32 Bits in 4 Gruppen zu je 8 Bits, z.B.:

Am Beispiel der Maske 255.255.0.0 erkennen wir, dass in der zugehörigen IP die ersten 16 Bits (die beiden ersten Dezimalen) das Netz/Subnetz identifizieren und die letzten 16 Bits der eindeutigen Identifizierung der Hosts innerhalb des Netzes dienen.

Das oben erwähnte CIDR (Classless Inter-Domain Routing) beschreibt eine vereinfachte Maskennotation, die die Anzahl der mit dem Netz/Subnetz verbundenen Bits (1) angibt. Diese Notation wird häufig verwendet, um das Dezimalformat zu ersetzen, z.B. /24 anstelle von 255.255.255.0.

Interessant ist, dass jede IP-Klasse eine Standardmaske hat, und diese setzen sich wie folgt zusammen:

Dieses Muster bedeutet jedoch nicht, dass diese Maske immer verwendet wird. Es ist möglich, jede Maske mit jeder IP-Adresse zu verwenden, wie wir weiter unten sehen werden.

Hier einige Beispiele für die Verwendung von IPs und Masken:

In diesem Fall definieren die ersten drei Zahlen (die ersten 24 Bits) der IP-Adresse das Netz, und die letzte Zahl die Adressen der Hosts, d.h. der Bereich dieses Netzes liegt zwischen 192.168.8.0 und 192.168.8.255.

Wir kennen nun zwei wichtige Konzepte: Jedes Netzwerk/Subnetz hat 2 reservierte Adressen; die erste Adresse im Bereich heißt Netzwerkadresse — in diesem Fall 192.168.8.0, die das Netzwerk/Subnetz selbst identifiziert. Die letzte Adresse im Bereich ist die Broadcastadresse — in diesem Fall 192.168.8.255. Diese Zieladresse dient dazu, dieselbe Nachricht (Paket) an alle IP-Hosts in diesem Netz/Subnetz zu senden.

Rechner im Netz dürfen nicht mit Netzwerk- und Broadcastadresse bezeichnet werden. Daher reicht die Liste der IPs, die effektiv konfiguriert werden können, von 192.168.8.1 bis 192.168.8.254.

Nun das Beispiel mit derselben IP, aber mit einer anderen Maske:

Sehen Sie sich an, wie die verschiedenen Masken den Bereich der IPs innerhalb desselben Netzes/Subnetzes verändern.

Die Unterteilung der Netze durch Masken ist nicht auf die Standardwerte (8, 16, 24) beschränkt. Sie können beliebig unterteilen, indem Sie Bits in der Netzkennung hinzufügen oder entfernen und so neue Teilnetze erstellen.

Zum Beispiel:

Um das obige Netz in 2 zu unterteilen, fügen wir einfach ein weiteres Bit zur Netzkennung in der Maske hinzu:

Somit ergeben sich die folgenden Teilnetze:

Wenn wir die Unterteilung des Netzes weiter vergrößern:

Ergibt sich Folgendes:

Beachten Sie, dass es in jedem Teilnetz die reservierte Netzwerk- (die erste im Bereich) und Broadcastadresse (die letzte im Bereich) gibt. Je weiter das Netz also unterteilt ist, desto weniger IPs können die Hosts effektiv nutzen.

Über eine IP-Adresse und eine Maske können wir die Netzwerkadresse und die Broadcastadresse bestimmen und so den IP-Bereich für das Netzwerk/Subnetz definieren.

Die Netzwerkadresse ermitteln wir durch eine logische UND-Verknüpfung der IP-Adresse und der Maske im Binärformat. Nehmen wir das Beispiel mit der IP-Adresse 192.168.8.12 und der Maske 255.255.255.192.

Bei der Umwandlung vom Dezimal- ins Binärformat ergibt sich, wie wir bereits gesehen haben, folgendes:

Mit einer logischen UND-Verknüpfung, ergibt sich aus 1 und 1 = 1, 0 und 0 = 0, 1 und 0 = 0, also:

Die Netzwerkadresse für dieses Subnetz lautet folglich 192.168.8.0.

Um die Broadcastadresse zu ermitteln, nehmen wir die Netzwerkadresse, bei der alle Bits, die sich auf die Hostadresse beziehen, 1 sind:

Die Broadcastadresse lautet dann 192.168.8.63.

Zusammenfassend ergibt sich:

Wie wir bisher gesehen haben, können Rechner, die sich im selben logischen Netz/Subnetz befinden, direkt über IP kommunizieren.

Aber betrachten wir das folgende Beispiel:

In diesem Fall kann der Rechner 192.168.10.20 nicht direkt ein Paket an den Rechner 192.168.200.100 senden, da sie sich in unterschiedlichen logischen Netzen befinden.

Um diese Kommunikation zu ermöglichen, benötigen wir einen Router (oder eine Reihe von Routern). Ein Router in dieser Konfiguration wird auch als Gateway bezeichnet, da er eine Verbindung zwischen zwei Netzen herstellt. Das Gerät hat Zugang zu beiden Netzen, da es mit IPs aus beiden Netzen konfiguriert ist, z.B. 192.168.10.1 und 192.168.200.1 — und aus diesem Grund kann es die Rolle des Vermittlers in dieser Kommunikation übernehmen.

Dazu muss jeder Host im Netz die sogenannte Standardroute konfiguriert haben. Sie gibt die IP an, an die alle Pakete, deren Ziel-IP nicht zum logischen Netzwerk des Hosts gehört, gesendet werden müssen.

Im obigen Beispiel ist die Standardroute für Rechner im Netz 192.168.10.0/24 die IP-Adresse 192.168.10.1, was der IP-Adresse des Routers/Gateways entspricht, während die Standardroute für Rechner im Netz 192.168.200.0/24 die IP-Adresse 192.168.200.1 ist.

Die Standardroute wird ebenfalls verwendet, damit die Rechner im privaten Netz (LAN) über einen Router Zugang zum Internet (WAN) haben.