IP-ADRESSEN

IP-Adressen erlauben eine logische Adressierung von Computern in IP-Netzwerken (z. B. dem Internet). Ein Host besitzt dabei mindestens eine eindeutige IP-Adresse pro Netzwerkschnittstelle. IP-Adressen werden in jedes IP-Paket in die Quell- und Zieladressfelder eingetragen. Jedes IP-Paket enthält damit sowohl die Adresse des Senders als auch die des Empfängers. Die seit der Einführung der Version 4 des Internet Protocols überwiegend verwendeten IPv4-Adressen bestehen aus 32 Bits, also 4 Bytes. Damit sind höchstens 232, also etwa 4,3 Milliarden Adressen möglich. Die Vergabe der IP-Adressen erfolgt durch die IANA (Internet Assign Numbers Authority) an Unterorganisationen ( RIPE), die diese direkt oder über die Internetprovider weiterverteilen.

1. Das Adressformat

IP-Adressen werden in der dotted decimal notation dargestellt. Die 4 Bytes der IP-Adresse als vier durch Punkte voneinander getrennte Dezimalzahlen geschrieben. Beispiel: 129.73.189.119.

Jede 32-Bit IP-Adresse wird in einen Netzwerk- und einen Geräteteil (Hostteil) getrennt. Bei dem Beispiel oben ist 129.73.n.n der Netzwerkteil und n.n.189.199 der Geräteteil. Über die IP-Adresse werden vier Netzwerkklassen unterschieden. Zu welcher Klasse eine IP-Adresse gehört, bestimmen die am weitesten links stehenden 8 Bits.

Klasse	Adressbereich	Netzwerk- Bits	Host- Bits	Anzahl Netze	Adressen
A	0.0.0.0 bis 127.255.255.255	8 (7)	24	128	16,7 Mio.
B	128.0.0.0 bis 191.255.255.255	16 (14)	16	16384	65536
C	192.0.0.0 bis 223.255.255.255	24 (21)	8	2097152	256
D	224.0.0.0 bis 239.255.255.255	Reservierter Bereich der Multicast-Adressen

Tabelle 1: Die ursprünglichen Netzwerk-Klassen

Klasse A: das erste Bit ist 0 Der Adressraum liegt zwischen 0 und 127
Klasse B: die ersten beiden Bits sind 10: Der Adressraum liegt zwischen 128 und 191
Klasse C: die ersten drei Bits sind 110. Der Adressraum liegt zwischen 192 und 223
Klasse D: die ersten vier Bits sind 1110. Der Adressraum liegt zwischen 224 und 239
Die Adressen, die mit 240 bis 255 anfangen sind reserviert und nicht vergeben.

Da die ersten 1-3 Bits des Netzwerkteils für die Klassenkennzeichnung benötigt werden, stehen für die tatsächliche Netzwerkadressierung entsprechend weniger zur Verfügung. Deshalb ist es möglich über die IP-Adresse die maximale Größe eines Netzes festlegen. Die 128 Klasse-A-Netze sind alle an Konzerne, Staats- und Bildungseinrichtungen vergeben. Beispielsweise gehört das Netz 12.0.0.0 der Firma AT&T, 13.0.0.0 der Firma Xerox und 18.0.0.0 dem MIT. Die 16384 Klasse-B-Netze sind an große Unternehmen (Siemens 129.73.0.0 bis 129.73.255.255) und Internetprovider vergeben. Die über 2 Millionen Klasse-C-Netze teilen sich kleinere Unternehmen, Organisationen und Provider. Da sich in den letzten Jahren der IP-Adressraum als zu klein erwies und IP-Adressen seit der Jahrtausendwende knapp werden, sind die IANA und RIPE von der Vergabepraxis von kompletten Netzen abgegangen. Es werden auch nun auch Teilnetze vergeben, die über eine Subnetzmaske definiert werden.

Einige Adressen oder Adressbereiche sind für spezielle Zwecke vorgesehen. Beispielsweise sind die Blöcke:

• das Klasse-A-Netz 10.0.0.0
• die 16 Klasse-B-Netze 172.16.0.0 bis 172.31.0.0
• die 256 Klasse-C-Netze 192.168.0.0 bis 192.168.255.0

für die Verwendung in privaten Netzen vorgesehen. Diese Adressblöcke werden von öffentlichen Routern nicht weitergeleitet. Die Adresse 255.255.255.255 dient als universelle Broadcast-Adresse und spricht alle in einem Netzwerk vorhandenen Hosts an.

2. Vergabe von IP-Adressen in einem Netzwerk

Die Zuweisung von IP-Adressen an Geräte in einem Netzwerk erfolgt manuell durch den Netzwerk-Administrator oder automatisch z.B. durch den Dienst DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol).

Die Zuteilung erfolgt durch eine sog. Netzmaske. Die Netzmaske ist eine 32-Bit Bitmaske, bei der alle Bits des Netzwerkteils auf 1 und alle Bits des Geräteteils zunächst auf 0 gesetzt sind. Damit ist eine beliebige Aufteilung (alle Netzmasken-Bits 0 bis alle Netzmasken-Bits 1) möglich.

Der Netzwerkteil muss für alle Geräte im selben Netzwerk gleich sein. Der Geräteteil wird für jedes Gerät und jede Schnittstelle (z.B. Netzwerkkarte) individuell vergeben. Dabei gilt, dass die erste Geräteadresse nicht vergeben werden darf, sie bezeichnet das Netzwerk selbst.

Die höchste Geräteadresse wird für Nachrichten an alle Geräte (Broadcasts) verwendet. Somit reduziert sich die Anzahl der möglichen Geräte pro Netzwerk um zwei. Beispiele für die oben angeführte IP-Adresse 129.73.189.119:
Bei einer Netzmaske mit 16 gesetzten Bits ergibt sich ein Netzwerkteil von 129.73.0.0. Es verbleiben 16 Bits= 216=65.536 für den Geräteteil. Da die Adresse 129.73.0.0 das Netzwerk bezeichnet und 129.73.255.255 die Broadcastadresse, reduziert sich die maximale Gerätezahl um zwei auf 65.534. Die erste Adresse für ein Gerät ist 129.73.0.1, die letzte 129.73.255.254.

3. IP-Adressen, Netzwerkteil und Routing

Will ein Gerät ein IP-Paket versenden, werden die Netzwerkteile der Quell-IP-Adresse und der Ziel-IP-Adresse verglichen. Stimmen sie überein, wird das Paket direkt an den Empfänger gesendet.

Im Falle von Ethernet-Netzwerken dient das ARP-Protokoll zum Auffinden der Hardwareadresse. Stimmen die Netzwerkteile dagegen nicht überein, so wird über eine Routingtabelle die IP-Adresse für den nächsten Router gesucht und das Paket auf dem lokalen Netzwerk dann an dieses Gerät gesendet.

Es hat über mehrere Schnittstellen Zugriff auf andere Netzwerke und routet das Paket ins nächste Netzwerk. Dazu konsultiert der Router seinerseits seine eigene Routingtabelle und sendet das Paket gegebenenfalls an den nächsten Router oder an das Ziel. Bis zum Endgerät kann das Paket viele Netzwerke und Router durchlaufen.

Das Durchlaufen eines Routers wird auch Hop (Sprung) genannt.

4. DNS - Ãœbersetzung von Rechnernamen in IP-Adressen

Solange IP-Adressen nur von Computern verwendet werden um entfernte Rechner zu erreichen, ist alles recht einfach. Für die Verwendung durch Menschen ist das System weniger gut geeignet (außer man kann sich auch Telefonnummern gut merken). Um z.B. das Siemens-Portal www.siemens.de aufzurufen, wäre die Eingabe von 192.35.17.14 als Adresse recht umständlich. Deshalb wurden vernetzte Datenbanken (DNS = Dynamic Name System) eingeführt, deren Server auf Anfrage die zu einem Hostnamen gehörende IP-Adresse (oder umgekehrt) zurück liefert.

5. Der IP-Header

Jedes IP-Datagram besteht aus den Nutzdaten und dem vorangestellten IP-Header. Der IP-Header besteht meist aus 5 32-Bit-Worten und enthält Informationen über Quelle, Ziel usw. Die Kopfdaten von den höher liegenden Protokollen, z.B. TCP oder UDP sind Teil der Nutzdaten.


Abb. 1: IP-Header in IPv4-Format

Aufbau des IP-Headers:
• Version: Kennzeichnet die IP-Protokollversion
• IHL (Internet Header Length): Die Angabe der Länge des IP-Headers erfolgt in 32-Bit-Worten (normalerweise 5). Da die Optionen nicht unbedingt auf Wortlänge enden, wird der Header gegebenenfalls aufgefüllt.
• Type of Service: Alle Bits haben nur "empfehlenden" Charakter. "Precedence"("Vorrangigkeit" / Bits 0-3) bietet die Möglichkeit, Steuerinformationen oder Echtzeitströme vorrangig zu befördern. Dies ist z.B. bei Streaming oder VoIP von besonderem Interesse ( QoS = Quality of Service).
• Total Length: Gesamtlänge des Datagramms in Bytes (max. 64 KByte). Identification: Dieses und die beiden folgenden Felder steuern die Reassembly. Eindeutige Kennung eines Datagramms. Anhand dieses Feldes und der "Source Address" ist die Zusammengehörigkeit von Fragmenten zu detektieren.
• Flags:
Die beiden niederwertigen Bits haben folgende Bedeutung:
• Don´t fragment: Für Hosts, die keine Fragmentierung unterstützen
• More fragments: Zum Erkennen, ob alle Fragmente eines Datagramms empfangen wurden
• Fragment Offset: Die Daten-Bytes eines Datagramms werden nummeriert und auf die Fragmente verteilt. Das erst Fragment hat Offset 0, für alle weiteren erhöht sich der Wert um die Länge des Datenfeldes eines Fragments.
Anhand dieses Wertes kann der Empfänger feststellen, ob Fragmente fehlen.
• Time-to-live (TTL): Jedes Datagramm hat eine vorgegebene maximale Lebensdauer, die hier angegeben wird. Auch bei Routing-Fehlern (z. B. Schleifen) wird das Datagramm irgendwann aus dem Netz entfernt. Da Zeitmessung im Netz problematisch ist, und keine Startzeit im Header vermerkt ist, dekrementiert jeder Gateway dieses Feld --> defacto ein "Hop Count".
• Protocol: Da sich unterschiedliche Protokolle auf IP stützen, muss das übergeordnete Protokoll (ULP, Upper Layer Protocol) angegeben werden. Wichtige ULPs sind: 1:ICMP Internet Control Message Protocol 3:GGP Gateway-to-Gateway Protocol 6:TCP Transmission Control Protocol 8:EGP Exterior Gateway Protocol 17:UDP User Datagram Protocol
• Header Checksum: 16-Bit-Längsparität über den IP-Header (nicht die Daten)
• Source Address: Internet-Adresse der Quellstation
• Destinantion Address: Internet-Adresse der Zielstation
• Options: Optionales Feld für weitere Informationen
• Padding: Füllbits

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Quellen: Eine Zusammenfassung aus Wikipedia, InfoTip, Microsoft, AVM u.a. Herstellerinformationen