IP-Adressen (IPv4) – Theorie

Aufbau von IP-Adressen

Jede Datenkommunikation im Internet erfolgt über IP-Adressen. Dabei ist jeder Ressource eine eindeutige Zahl zugeordnet, die sogenannte IP-Adresse. Eine IP-Adresse (im IPv4-Schema) hat eine Länge von 32 Bit, damit können über 4 Milliarden IP-Adressen gebildet werden. Um IP-Adressen besser lesen und behalten zu können werden sie in 4 jeweils achtstellige Blöcke aufgeteilt (Quads) und diese werden jeweils hexadezimal dargestellt. Jedes Quad entspricht 8 Bit (oder 1 Byte) und kann somit jede Zahl zwischen 0 und 255 darstellen.

Schauen wir uns mal ein Quad mit dem Wert 172 an:

Bitwert:  128  	64  	32  	16  	8  	4  	2  	1
Gesetzt:  1  	0  	1  	0  	1  	1  	0  	0

Ergebnis: 128  0  32  0  8  4  0  0 = 172

Hier eine IP-Adresse in normaler und in binärer Schreibweise:

172.		16.		1.		100
10101100. 	00010000.	00000001.	01100100

Subnetze

Um Netzwerke bilden zu können, ist es erforderlich, einen Adressraum in einzelne Netzwerke einteilen zu können. Dieses Bilden von Unternetzen nennt man „Subnetting“.
Die Zugehörigkeit einer IP-Adresse zu ihrem Netzwerk wird durch eine logische Aufteilung einer IP-Adresse in zwei Teile geregelt, der Network-Number und der Host-Number. Die Network-Number beschreibt die Netzzugehörigkeit, während die Host-Number innerhalb des Netzwerks für die Rechneradressierung zuständig ist.

Zusätzlich zur IP-Adresse muss also noch ein Merkmal vorhanden sein um die Größe des Netzwerkes zu definieren – die Subnetzmaske. Sie unterteilt die dazugehörige IP-Adresse in 2 Bereiche, den Netzbereich und den Hostbereich.

Die Subnetzmaske hat eine Länge von 32 Bit, sie ist also genau so lang wie die IP-Adresse und arbeitet wie eine Schablone.

Beispielsweise stellen bei einem Netz mit der IP 172.16.1.100 und der Subnetzmaske 255.255.0.0 die letzten 16 Bits die Host-Number dar. Demzufolge sind die ersten 16 Bit die Extended Network Prefix. Dies bedeutet für die Subnetzmaske, dass die ersten 16 Bit auf Eins stehen und die letzten 16 auf Null. In der punktiert-dezimalen Schreibweise ergibt dies die Subnetzmaske 255.255.0.0. Eine andere Notationsweise ist die Angabe der Präfixlänge zu einer IP-Adresse. Für das obige Beispiel wäre die Präfixlänge „/16“. Zum Beispiel: 172.16.1.100/16

172.		16.		1.		100
10101100.	00010000.	00000001.	01100100

255.  		255.  		0.  		0
11111111.	11111111.	00000000.	00000000

Kleinste Netzwerkadresse
172.		16.		0.		0
10101100. 	00010000.	00000000.	00000000
Größte Netzadresse
172.		16.		255.		255
01110001. 	00001000.	11111111.	11111111

Achtung! Die erste und die letzte IP-Adresse des Netzwerkbereiches dürfen nicht an Rechner vergeben werden. Die erste Adresse ist die Adresse des Netzwerkes selbst und die letzte IP eines Adressbereiches ist für Broadcasts vorgesehen!

Eine Besonderheit stellen die Präfixe „/31“ und „/32“ dar. Während das Präfix „/31“ mit theoretisch zwei möglichen IP-Adressen technisch unsinnig ist (beide IP-Adressen würden für die Subnetz- und für die Broadcast-Adresse gebraucht werden, so dass keine mehr übrigbliebe), ist das Präfix „/32“ sehr häufig im Einsatz, nämlich in Umgebungen, in denen nur eine IP-Adresse vergeben wird – in Netzwerken, die für Einwahlzugänge genutzt werden.

Reservierte IP-Adressen und Subnetze

Im theoretisch möglichen Adressbereich sind bestimmte IP-Adressen und Subnetze für spezielle Anwendungen gesperrt. Die Kenntnis dieser Ausnahmen ist wichtig, um Falschkonfigurationen und Designfehler zu erkennen und zu vermeiden.

  • Die erste und die letzte IP-Adresse eines definierten Subnetzes sind jeweils die Subnetz-Adresse beziehungsweise die Broadcast-Adresse. Die Subnetz-Adresse definiert das Subnetz, während die Broadcast-Adresse dazu dient, alle Adressen im Subnetz gleichzeitig ansprechen zu können.
  • 0.0.0.0/8 (0.0.0.0 bis 0.255.255.255) IP-Adressen in diesem Bereich dienen als so genannte „Standard-Routen“, stehen also für das Subnetz selbst.
  • 127.0.0.0/8 (127.0.0.0 bis 127.255.255.255) IP-Adressen aus diesem Bereich sind reserviert für den so genannten Local Loop. Damit ist für gewöhnlich der eigene Rechner gemeint. Wenn Sie also beispielsweise von Ihrem eigenen Rechner eine IP-Adresse aus diesem Bereich anpingen, bekommen Sie die Antwort von Ihrem eigenen Rechner.
  • 169.254.0.0/16 (169.254.0.0 bis 169.254.255.255) IP-Adressen aus diesem Bereich sind reserviert für den so genannten Local Link. Adressen aus diesem Bereich werden genutzt, wenn Rechner in einem gemeinsamen Netz miteinander kommunizieren sollen. Diesen Adressbereich nutzen beispielsweise Rechner, wenn sie eine IP-Adresse automatisch von einem DHCP-Server beziehen sollen, diesen aber nicht finden.
  • 10.0.0.0/8 (10.0.0.0 bis 10.255.255.255) Dieser komplette /8-Bereich ist reserviert für private Netzwerke. Alle IP-Adressen aus diesem Bereich werden nicht im Internet geroutet und dienen dazu, interne Netzwerke aufzubauen, ohne dafür öffentliche IP-Adressen zu benötigen.
  • 172.16.0.0/12 (172.16.0.0 bis 172.31.255.255) Ebenfalls ein Adressbereich, der für die Nutzung in privaten Netzwerken reserviert ist und nicht im Internet geroutet wird.
  • 192.168.0.0/16 (192.168.0.0 bis 192.168.255.255) Ebenfalls ein Adressbereich, der für die Nutzung in privaten Netzwerken reserviert ist und nicht im Internet geroutet wird.

Das war der theoretische Teil. Hier wird es ein wenig praktischer.

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