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IP-Adressen
(Internet Protocol Address)

Voraussetzungen:
  • Das Dualzahlensystem
  • Boolsche Algebra

Zur weltweit eindeutigen Identifizierung besitzt jeder über das Internet erreichbare Rechner eine numerische Adresse. Einige Systeme , wie Router, die mehrere Netzwerk-Schnittstellen haben, benötigen für jedes Interface eine eigene Adresse.
Diese Adresse besteht aus einer 32 Bit großen Dualzahl. Zur Strukturierung werden diese 32 Bit in 4 Bytes (den sog. Octetten) zu je 8 Bit zerlegt. Werden anstelle von Dualzahlen Dezimalzahlen benutzt, dann werden diese durch Punkte voneinander getrennt. Diese Schreibweise wird Punkt-Dezimal-Notation (Dotted Decimal Notation) genannt.
Die IP-Adresse liegt also theoretisch zwischen 0.0.0.0 und 255.255.255.255, wobei die 0 und die 255 eine Sonderstellung haben.


Zur weiteren Strukturierung werden die IP-Adressen in 2 Teile gegliedert: ein Präfix und ein Suffix.
Das Präfix entspricht hier der sog. Netzwerkadresse (Netz-ID) und das Suffix der Rechneradresse (Host-ID):
Die Netzwerkadresse definiert das Netzwerk, in dem sich ein Rechner befindet. Alle Rechner in einem Netzwerk haben dieselbe Netzwerkadresse.
Der Hostteil identifiziert einen bestimmten Rechner innerhalb dieses Netzwerks. Das bedeutet, dass eine bestimmte Host-ID nur einmal pro Netzwerk vergeben werden kann.
(Host ist eine historisch entstandene Bezeichnung und wird hier für einen beliebigen Rechner am Netz gebraucht).
Das ganze kann man in Analogie zu einer Telefonnummer sehen. Hier gibt es auch eine Ortsvorwahl und die eigentliche Nummer des gewünschten Gesprächspartners.
Die IP-Adresse setzt sich also aus Netzwerkadresse und Hostadresse zusammen:
IP-Adresse = Netzwerkadresse + Rechneradresse



Ein konkretes Beispiel könnte folgendermaßen aussehen:


Hier handelt es sich um den Host mit der Nummer 77 im Netzwerk 192.168.23.
Das Netzwerk selbst hat die Adresse 192.168.23.0

Diese aus 2 Ebenen bestehende Adresshierarchie gewährleistet zum einem, dass jedem Host eine eindeutige Adresse zugewiesen wird, d.h. eine bestimmte IP-Adresse kann nur für einen bestimmten Host verwendet werden.
Zum anderen kann die Zuweisung von Netzwerkadressen global koordiniert werden, während die Rechneradressen lokal - vom jeweiligem Netzadministrator - vergeben werden können bzw. müssen.
Hinzu kommt, dass durch diese Aufteilung das Routing effizienter gestaltet wird:
Ein Router muß, um ein Datenpaket zustellen zu können, nur den Netzwerkanteil einer IP-Adresse kennen. Die Zustellung das Paketes an den eigentlichen Rechner übernimmt dann das Zielnetzwerk mit Hilfe des Hostanteils selbst.

Netzklassen:
Über die Netzwerknummer erfolgt auch die Einteilung in sog. Netzwerk-Klassen in A-, B- oder C-Klasse Netzwerke. Das Prinzip ist, dass große Netzwerke mit vielen Knoten möglichst eine Klasse A oder wenigstens eine Klasse B Nummer bekommen und kleine Netze eine Klasse C Nummer. Dieses Konzept ist allerdings durch das explosionsartige Wachstum des Internet etwas ins Wanken geraten. Durch die große Zahl der Internetteilnehmer können mittlerweile praktisch nur noch Klasse C Nummern vergeben werden.
Zusätzlich zu den 3 primären Netzklassen A, B und C kommen noch die D-Klasse und die E-Klasse Netze hinzu. Netzwerke dieser Klassen unterscheiden sich jedoch grundlegend von den Netzen der 3 primären Klassen und haben eine besondere Bedeutung (siehe unten).

Die Unterscheidung der Netzwerk-Klassen erfolgt nach dem folgenden Schema und kann an den ersten Bits der IP-Adresse erkannt werden:



Die einzelnen Klassen etwas genauer betrachtet:
Klasse-A-Netz:

Beispiel:

Bei einer A-Klasse-Adresse ist der Netzwerkadressanteil 1 Byte (8 Bit) und der Hostadressanteil folglich 3 Byte (24 Bit) lang.
A-Klasse-Adressen weisen also folgende Struktur auf: N.H.H.H . (Mit: 0 <= N < 128; N ist der Netzwerkadressanteil; und 0 <= H <= 255; H.H.H ist der Hostadressanteil.)
Das erste Bit (most significant bit) der IP-Adresse ist 0. Damit liegen A-Klasse-Adressen immer im Bereich von 0 bis 127 (einschließlich). Mit anderen Worten: Fängt eine gegebene IP-Adresse mit einer Zahl zwischen 0 und 127 an (z.B. 29.188.1.56), so handelt es sich um eine A-Klasse-Adresse.
Da also nur ein Byte, genauer 7 Bit (das erste Bit muß ja 0 sein s.o.) zur Verfügung stehen, ergeben sich rein rechnerisch 2^7=128 A-Klasse-Netzwerke: 0.H.H.H bis 127.H.H.H . In Wirklichkeit sind es aber nur 126 mögliche A-Klasse-Netzwerke, denn die 0 und die 127 werden nicht für Netzwerke verwendet. Die Adresse 0.0.0.0 steht für die Default-Route und die Adresse 127.0.0.0 wird für das Loopback-Device benötigt.
Es gibt also nur 126 A-Klasse-Netzwerke. Jedes dieser Netze bietet aber Platz für eine Unmenge von Hosts: Wieder rein rechnerisch gesehen, wäre Raum für 2^24=16.777.216 Hosts. Aber auch hier sind zwei Adressen ausgenommen, nämlich die N.0.0.0 und die N.255.255.255. Die Adresse N.0.0.0 ist die Netzwerkadresse und ist dem Netzwerk selbst und deswegen keinem Host zugeordnet. Die Adresse N.255.255.255 heißt Broadcastadresse und ist ebenfalls keinem Host zugeordnet.
Es können also 'lediglich' 2^24-2=16.777.214 Hosts angesprochen werden.

Klasse-B-Netz:

Beispiel:

Die ersten Bits einer B-Klasse-Adresse sind 1 und 0. Damit liegen B-Klasse-Adressen immer zwischen 128 und 191 (einschließlich).
B-Klasse-Adressen weisen folgende Struktur auf: N.N.H.H.
Hier werden also 2 Byte (N.N) für den Netzwerkadressanteil und 2 Byte (H.H) für den Hostadressanteil verwendet. Dies hat zur Folge, daß es deutlich mehr B-Klasse- als A-Klasse-Netze gibt. Auf der anderen Seite aber haben in jedem dieser B-Klasse-Netze wesentlich weniger Hosts Platz als in A-Klasse-Netzen:
Rechnerisch und praktisch ergeben sich 2^14=16384 (nicht 2^16, da die ersten beiden Bits 10 sein müssen s.o.) B-Klasse-Netzwerke. In jedem dieser Netze ist Raum für bis zu 2^16-2=65534 Hosts. Auch hier werden die beiden IP-Adressen N.N.0.0 und N.N.255.255 analog zu oben benutzt.

Klasse-C-Netz:

Beispiel:

Beginnt eine Internet-Adresse mit 110, so fällt die Adresse in die C-Klasse. In Dezimalschreibweise muß also das erste Byte der IP-Adresse zwischen 192 und 223 (wieder einschließlich) liegen.
Die Struktur von C-Klasse-Adressen sieht folgendermaßen aus: N.N.N.H.
Es wurde also der Netzwerkadressanteil (N.N.N) um ein weiteres Byte auf 3 Byte erweitert und der Hostadressanteil (H) auf 1 Byte verkürzt. Damit gibt es 2^21=2097152 (24-3=21) C-Klasse-Netzwerke mit bis zu 2^8-2=254 Hosts.

Klasse-D-Netz:

Bei Klasse-D Netzen haben die ersten vier Bits der Adresse den Wert '1110'. Klasse-D Adressen sind für die sog. Multicast-Adressen vorgesehen. Sie werden nicht für die Adressierung von Endgeräten genutzt!
Über Multicast-Adressen lassen sich Gruppen von Rechnern auch in verschiedenen Netzen adressieren. Dazu müssen die Hosts aktiv dem Multicasting beitreten, indem sie sich für eine Multicast-Sitzung anmelden. Für alle Teilnehmer einer Multicast-Sitzung wird eine gemeinsame IP-Adresse verwendet. Nachdem die Multicast-Gruppe eingerichtet wurde, wird jedes mit der Multicast-Adresse versehene Paket an die Hosts der Gruppe gesendet.
Die Informationen über die Teilnehmer dieser Gruppe werden nicht beim Sender der Datenpakete, sondern im Netz gehalten, und zwar in den Routern.

Klasse-E-Netz:

Bei Klasse-E Netzen haben die ersten vier Bits der Adresse den Wert '1111'. Die Adressen dieser Klasse werden ebenfalls nicht für die Adressierung von Endgeräten genutzt. Sie sind für den experimentellen Gebrauch reserviert.
Hier wird deutlich, warum A-Klasse-Adressen für große Netze und C-Klasse-Adressen für kleine Netze geeignet sind und weshalb B-Klasse-Adressen ein Kompromiss zwischen diesen beiden Möglichkeiten sind.
Diese Klassifizierung war in den Anfangszeiten des Internet durchaus sinnvoll; heute allerdings stellt sich heraus, daß diese Einteilung mit verantwortlich für die Adressknappheit im Internet ist (versuchen Sie doch einmal eine B-Klasse-Adresse für Ihr Netzwerk zu bekommen).

Zusammenfassend ergibt sich:


IP-Sonderadressen:
Einige IP-Adressen haben wie schon erwähnt eine Sonderbedeutung. Hier noch einmal ein Überblick:

  • Die 0-Adresse:
    Der Adresswert "0" ermöglicht die Adressierung des eigenen Netzes oder eines Rechners im eigenen Netz:

    Eine IP-Adresse, bei der der Hostanteil auf Null gesetzt wird, bezeichnet ein Netz. Dies ist die schon erwähnte Netzwerkadresse.
    Die Netzwerkadresse bezieht sich auf das Netzwerk selbst und nicht auf die daran angeschlossenen Hosts. Deshalb sollte die Netzwerkadresse nie als Zieladresse für ein Datenpaket verwendet werden.
    Bsp.:
    Klasse A Netz: 15.0.0.0
    Klasse B Netz: 129.13.0.0
    Klasse C Netz: 192.100.61.0

    Wird in einer IP-Adresse der Netzanteil auf Null gesetzt, der Hostanteil aber angegeben, so wird der Rechner mit dieser Host-ID im lokalen Netz angesprochen.
    Bsp.:
    Klasse A Netz: 0.10.10.23
    Klasse B Netz: 0.0.45.58
    Klasse C Netz: 0.0.0.7
  • Die Loopback-Adresse:
    Die Klasse-A-Netzadresse Nr. 127 ist für die Loopback-Funktion aller Rechner (unabhängig von der Netzklasse) reserviert.
    Alle IP-Adressen die mit der 127 beginnen (also 127.x.x.x) dürfen nicht auf dem Übertragungsmedium erscheinen sondern müssen innerhalb des Rechners zurückgesand werden.
    Eigentlich kann die Host-ID frei gewählt werden - alle Hostadressen werden gleich behandelt. Aber Konvention ist die Verwendung von Hostnummer 1, so dass 127.0.0.1 die übliche Schleifenadresse ist.
    Mit Hilfe der Loopback-Adresse kann z.B. neue Netzanwendungssoftware, die die TCP/IP-Protokoll-Software benötigt, auf einem System getestet werden.
    Siehe RFCs 990 und 997.
  • Local Host - 127.0.0.1:
    Die 127.0.0.1 adressiert den eigenen Rechner.
  • Die Broadcast-Adresse:
    Der Wert 255 ist als Broadcast-Adresse reserviert. Zum Adressieren aller Rechner in einem Netzwerk wird dabei der Hostanteil in einer IP-Adresse auf 255 gesetzt. Dual bedeutet dies, dass alle Bits der Host-ID auf 1 gesetzt werden.
    Bsp.:
    Klasse A Netz: 15.255.255.255
    Klasse B Netz: 129.13.255.255
    Klasse C Netz: 192.100.61.255
    Diese Adressen werden auch als "gerichtete Broadcast-Adressen" (Directed Broadcast Adresses) bezeichnet.
  • Begrenztes Broadcast (Limited Broadcast) - 255.255.255.255:
    Die 255.255.255.255 adressiert alle Rechner im lokalen Netz.
  • Reservierte IP-Adressbereiche:
    In den RFCs 1597 und 1918 werden folgende IP-Adressbereiche ausgewiesen:


    Diese Adressen werden im Internet nicht geroutet - und sind somit von dort aus nicht sichtbar!
    Wozu das ganze?
    Nun z.B. sollte man für die Rechner eines Netzes, das vorerst keinen Internetanschluss erhält, IP-Adressen aus diesen Bereichen verwenden. Wird das Netz dann später doch noch ans Internet angeschlossen, muss man nicht befürchten, dass die eigenen Rechner IP-Adressen besitzen, die bereits anderweitig verwendet werden.

Netzmaske:
Die Aufteilungsgrenze zwischen Netz-ID und Host-ID in der IP-Adresse wird mit Hilfe der sog. Netzmaske angegeben. Das ist ein 32-Bit-Wert, bei dem alle Bits auf 1 gesetzt sind, die zur Netzadresse gehören. Die Bits des Hostteils sind 0.
Zur Darstellung der Netzmaske wird üblicherweise auch die Dotted Decimal Notation verwendet.
Für die 3 primären Adress-Klassen ergeben sich damit folgende Netzmasken:


Verfasst von:  Marc Assmann
Zuletzt geändert am: