Was ist eine IP-Adresse?

Jedes Gerät in einem Netzwerk besitzt eine eindeutige Kennung. Genau wie man einen Brief mit einer Adresse versieht, um ihn per Post zu versenden, nutzen Computer diese eindeutige Kennung, um Daten an bestimmte Computer in einem Netzwerk zu senden. Die meisten Netzwerke heute, einschließlich aller Computer im Internet, verwenden das TCP/IP-Protokoll als Standard für die Kommunikation im Netzwerk. Im TCP/IP-Protokoll wird die eindeutige Kennung eines Computers als IP-Adresse bezeichnet.

Es gibt zwei Standards für IP-Adressen: IP Version 4 (IPv4) und IP Version 6 (IPv6). Alle Computer mit IP-Adressen besitzen eine IPv4-Adresse, und viele beginnen auch, das neuere IPv6-Adresssystem zu nutzen. Hier ist, was diese beiden Adresstypen bedeuten:

• IPv4 verwendet 32 Binärstellen, um eine einzelne eindeutige Adresse im Netzwerk zu erzeugen. Eine IPv4-Adresse wird durch vier durch Punkte getrennte Zahlen dargestellt. Jede Zahl ist die dezimale (Basis-10) Darstellung einer achtstelligen Binärzahl (Basis-2), auch Oktett genannt. Zum Beispiel: 216.27.61.137
• IPv6 verwendet 128 Binärstellen, um eine einzelne eindeutige Adresse im Netzwerk zu erzeugen. Eine IPv6-Adresse wird durch acht Gruppen hexadezimaler (Basis-16) Zahlen dargestellt, die durch Doppelpunkte getrennt sind, wie in 2001:cdba:0000:0000:0000:0000:3257:9652. Zahlengruppen, die nur aus Nullen bestehen, werden oft weggelassen, um Platz zu sparen, wobei ein Doppelpunkt als Trennzeichen die Lücke markiert (wie in 2001:cdba::3257:9652).

In den Anfangstagen der IPv4-Adressierung war das Internet noch nicht das große kommerzielle Phänomen, das es heute ist, und die meisten Netzwerke waren privat und von anderen Netzwerken auf der ganzen Welt abgeschottet. Als das Internet explosionsartig wuchs, führte die Tatsache, dass nur 32 Bit zur Verfügung standen, um eine eindeutige Internetadresse zu identifizieren, zu Befürchtungen, dass die IP-Adressen knapp werden könnten. Unter IPv4 gibt es 2^32 mögliche Kombinationen, was knapp unter 4,3 Milliarden eindeutige Adressen ergibt. IPv6 erhöhte diese Zahl auf beruhigende 2^128 mögliche Adressen. Später betrachten wir genauer, wie man die IPv4- oder IPv6-Adresse des eigenen Computers versteht.

Wie erhält Ihr Computer seine IP-Adresse? Eine IP-Adresse kann entweder dynamisch oder statisch sein. Eine statische Adresse ist eine, die Sie selbst konfigurieren, indem Sie die Netzwerkeinstellungen Ihres Computers bearbeiten. Diese Art von Adresse ist selten und kann Netzwerkprobleme verursachen, wenn sie ohne gutes Verständnis von TCP/IP verwendet wird. Dynamische Adressen sind am häufigsten. Sie werden vom Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) zugewiesen, einem Dienst, der im Netzwerk läuft. DHCP läuft typischerweise auf Netzwerkhardware wie Routern oder dedizierten DHCP-Servern.

Dynamische IP-Adressen werden über ein Leasing-System vergeben, das heißt, die IP-Adresse ist nur für eine begrenzte Zeit aktiv. Läuft der Lease-Vertrag ab, fordert der Computer automatisch einen neuen Lease an. Manchmal bedeutet dies, dass der Computer auch eine neue IP-Adresse erhält, insbesondere wenn der Computer zwischen den Leases vom Netzwerk getrennt wurde. Dieser Vorgang ist für den Benutzer normalerweise transparent, außer der Computer warnt vor einem IP-Adresskonflikt im Netzwerk (zwei Computer mit derselben IP-Adresse). Ein Adresskonflikt ist selten, und die heutige Technologie behebt das Problem in der Regel automatisch.

IP-Klassen

Weiter oben haben Sie gelesen, dass IPv4-Adressen vier achtstellige Binärzahlen darstellen. Das bedeutet, dass jede Zahl binär 00000000 bis 11111111 oder dezimal (Basis-10) 0 bis 255 sein kann. Mit anderen Worten: 0.0.0.0 bis 255.255.255.255. Einige Zahlen in diesem Bereich sind jedoch für bestimmte Zwecke in TCP/IP-Netzwerken reserviert. Diese Reservierungen werden von der zuständigen Instanz für TCP/IP-Adressierung, der Internet Assigned Numbers Authority (IANA), anerkannt. Vier spezifische Reservierungen umfassen Folgendes:

• 0.0.0.0 -- Dies stellt das Standardnetzwerk dar, das abstrakte Konzept, einfach mit einem TCP/IP-Netzwerk verbunden zu sein.
• 255.255.255.255 -- Diese Adresse ist für Netzwerk-Broadcasts reserviert, also Nachrichten, die an alle Computer im Netzwerk gehen sollen.
• 127.0.0.1 -- Dies wird als Loopback-Adresse bezeichnet, also die Art, wie sich Ihr Computer selbst identifiziert, unabhängig davon, ob ihm eine IP-Adresse zugewiesen wurde.
• 169.254.0.1 bis 169.254.255.254 -- Dies ist der Bereich der Automatic Private IP Addressing (APIPA), der automatisch zugewiesen wird, wenn ein Computer erfolglos versucht hat, eine Adresse von einem DHCP-Server zu erhalten.

Die übrigen IP-Adressreservierungen betreffen Subnetzklassen. Ein Subnetz ist ein kleineres Netzwerk von Computern, das über einen Router mit einem größeren Netzwerk verbunden ist. Das Subnetz kann sein eigenes Adresssystem haben, sodass Computer im selben Subnetz schnell kommunizieren können, ohne Daten durch das größere Netzwerk zu senden. Ein Router in einem TCP/IP-Netzwerk, einschließlich des Internets, ist so konfiguriert, dass er ein oder mehrere Subnetze erkennt und den Netzwerkverkehr entsprechend weiterleitet. Folgende IP-Adressen sind für Subnetze reserviert:

• 10.0.0.0 bis 10.255.255.255 -- Dies fällt in den Klasse-A-Adressbereich von 1.0.0.0 bis 127.0.0.0, bei dem das erste Bit 0 ist.
• 172.16.0.0 bis 172.31.255.255 -- Dies fällt in den Klasse-B-Adressbereich von 128.0.0.0 bis 191.255.0.0, bei dem die ersten beiden Bits 10 sind.
• 192.168.0.0 bis 192.168.255.255 -- Dies fällt in den Klasse-C-Bereich von 192.0.0.0 bis 223.255.255.0, bei dem die ersten drei Bits 110 sind.
• Multicast (früher Klasse D genannt) -- Die ersten vier Bits der Adresse sind 1110, mit Adressen im Bereich von 224.0.0.0 bis 239.255.255.255.
• Reserviert für zukünftige/experimentelle Nutzung (früher Klasse E genannt) -- Adressen 240.0.0.0 bis 254.255.255.254.

Die ersten drei (innerhalb der Klassen A, B und C) werden am häufigsten für die Erstellung von Subnetzen verwendet. Später sehen wir uns an, wie ein Subnetz diese Adressen verwendet. Die IANA hat spezifische Verwendungszwecke für Multicast-Adressen im Dokument RFC 5771 der Internet Engineering Task Force (IETF) festgelegt. Für Klasse-E-Adressen hat sie jedoch weder einen Zweck noch einen zukünftigen Plan festgelegt, seit sie den Block in ihrem Dokument RFC 1112 von 1989 reserviert hat. Vor IPv6 gab es im Internet viele Debatten darüber, ob die IANA Klasse E für die allgemeine Nutzung freigeben sollte.

Internetadressen und Subnetze

Folgendes ist ein Beispiel für eine Subnetz-IP-Adresse, die Sie zu Hause an Ihrem Computer haben könnten, wenn Sie einen Router (drahtlos oder kabelgebunden) zwischen Ihrer ISP-Verbindung und Ihrem Computer verwenden:

• IP-Adresse: 192.168.1.102
• Subnetzmaske: 255.255.255.0
• Vierundzwanzig Bit (drei Oktette) für die Netzwerkidentität reserviert
• Acht Bit (ein Oktett) für Knoten reserviert
• Subnetzidentität basierend auf der Subnetzmaske (erste Adresse): 192.168.1.0
• Die reservierte Broadcast-Adresse für das Subnetz (letzte Adresse): 192.168.1.255
• Beispieladressen im selben Netzwerk: 192.168.1.1, 192.168.1.103
• Beispieladressen nicht im selben Netzwerk: 192.168.2.1, 192.168.2.103

Neben der Reservierung von IP-Adressen ist die IANA auch dafür verantwortlich, Blöcke von IP-Adressen an bestimmte Einrichtungen zuzuweisen, meist an kommerzielle oder staatliche Organisationen. Ihr Internetdienstanbieter (ISP) kann eine dieser Einrichtungen sein, oder er ist Teil eines größeren Blocks, der unter der Kontrolle einer dieser Einrichtungen steht. Damit Sie sich mit dem Internet verbinden können, weist Ihnen Ihr ISP eine dieser Adressen zu. Eine vollständige Liste der IANA-Zuweisungen und -Reservierungen für IPv4-Adressen finden Sie hier.

Wenn Sie nur einen Computer mit dem Internet verbinden, kann dieser Computer die Adresse von Ihrem ISP verwenden. Viele Haushalte nutzen heute jedoch Router, um eine einzelne Internetverbindung mit mehreren Computern zu teilen. WLAN-Router sind in den letzten Jahren besonders beliebt geworden, da sie das Verlegen von Netzwerkkabeln zwischen Räumen vermeiden.

Wenn Sie einen Router verwenden, um eine Internetverbindung zu teilen, erhält der Router die IP-Adresse direkt vom ISP. Anschließend erstellt und verwaltet er ein Subnetz für alle mit diesem Router verbundenen Computer. Wenn die Adresse Ihres Computers in einen der zuvor aufgeführten reservierten Subnetzbereiche fällt, gehen Sie über einen Router, anstatt sich direkt mit dem Internet zu verbinden.

IP-Adressen in einem Subnetz bestehen aus zwei Teilen: Netzwerk und Knoten. Der Netzwerkteil identifiziert das Subnetz selbst. Der Knoten, auch Host genannt, ist ein einzelnes Computergerät, das mit dem Netzwerk verbunden ist und eine eindeutige Adresse benötigt. Jeder Computer weiß, wie er die beiden Teile der IP-Adresse mithilfe einer Subnetzmaske trennt. Eine Subnetzmaske sieht einer IP-Adresse etwas ähnlich, ist aber tatsächlich nur ein Filter, der bestimmt, welcher Teil einer IP-Adresse das Netzwerk und welcher den Knoten bezeichnet.

Eine Subnetzmaske besteht aus einer Reihe von 1-Bits, gefolgt von einer Reihe von 0-Bits. Die 1-Bits geben an, welche Bits in der IP-Adresse die Netzwerkbits maskieren sollen, sodass nur die Bits übrig bleiben, die einen eindeutigen Knoten in diesem Netzwerk identifizieren. Im IPv4-Standard haben die am häufigsten verwendeten Subnetzmasken vollständige Oktette aus 1en und 0en wie folgt:

• 255.0.0.0 = 11111111.00000000.00000000.00000000 = acht Bit für Netzwerke, 24 Bit für Knoten
• 255.255.0.0 = 11111111.11111111.00000000.00000000 = 16 Bit für Netzwerke, 16 Bit für Knoten
• 255.255.255.0 = 11111111.11111111.11111111.00000000 = 24 Bit für Netzwerke, acht Bit für Knoten

Personen, die große Netzwerke einrichten, bestimmen, welche Subnetzmaske am besten geeignet ist, basierend auf der gewünschten Anzahl von Subnetzen oder Knoten. Für mehr Subnetze verwenden Sie mehr Bits für das Netzwerk; für mehr Knoten pro Subnetz verwenden Sie mehr Bits für die Knoten. Das kann bedeuten, dass nicht standardmäßige Maskenwerte verwendet werden. Wenn Sie zum Beispiel 10 Bit für Netzwerke und 22 für Knoten verwenden möchten, müsste Ihr Subnetzmaskenwert im zweiten Oktett 11000000 verwenden, was zu einem Subnetzmaskenwert von 255.192.0.0 führt.

Ein weiterer wichtiger Punkt bei IP-Adressen in einem Subnetz ist, dass die erste und die letzte Adresse reserviert sind. Die erste Adresse identifiziert das Subnetz selbst, und die letzte Adresse identifiziert die Broadcast-Adresse für Systeme in diesem Subnetz.