Grundlagen der IP-Adressierung und Adressklassen

Grundlagen der IP-Adresse

IP-Adresse: Ein Computer kann über ein Netzwerk eine Verbindung herstellen. In diesem Fall muss das System mehr als einer Adresse zugeordnet werden. Jede Adresse identifiziert den Computer bei der Verbindung zu einem anderen Netzwerk. Man sagt nicht, dass ein Gerät eine Adresse hat, sondern jeder der Verbindungspunkte (oder Interfaces) des Gerätes hat eine Adresse in einem Netzwerk. Dies ermöglicht es anderen Computern, das Gerät in einem bestimmten Netz zu suchen. Die Kombination aus der Netzadresse (Network Address) und der Rechnernummer (Host-Adresse) erstellt eine eindeutige Adresse für jedes an das Netzwerk angeschlossene Gerät. Jeder Computer mit TCP/IP muss eine eindeutige Kennung oder eine IP-Adresse besitzen. Diese Adresse, die auf Layer 3 arbeitet, ermöglicht es einem Computer, einen anderen Computer im Netzwerk zu suchen. Alle Rechner verfügen zudem über eine einzigartige physische Adresse, die als MAC-Adresse bekannt ist. Diese wird durch den Hersteller der Netzwerkschnittstellenkarte zugewiesen. MAC-Adressen arbeiten auf Layer 2 des OSI-Modells.

IP-Adressklassen: A, B, C, D und E

Zur Aufnahme von Netzen in verschiedenen Größen und zur besseren Klassifizierung werden IP-Adressen in Gruppen unterteilt. Dies nennt man classful Adressierung. Jede vollständige IP-Adresse von 32 Bit ist in einen Netzwerk- und einen Host-Teil unterteilt. Eine Folge von Bits am Anfang jeder Klasse bestimmt die Adressklasse. Es gibt fünf Klassen von IP-Adressen.

Klasse A

Die Adresse der Klasse A wurde entwickelt, um extrem große Netzwerke mit über 16 Millionen Host-Adressen zu unterstützen. Das erste Bit der Adresse der Klasse A ist immer 0. Die kleinste Zahl, die vertreten werden kann, ist 00000000 (dezimal 0). Der höchste Wert, der vertreten werden kann, ist 01111111 (dezimal 127). Diese Zahlen 0 und 127 sind reserviert und können nicht als Netzwerkadressen verwendet werden. Jede Adresse, deren erstes Oktett mit einem Wert zwischen 1 und 126 beginnt, ist eine Class-A-Adresse.

Das Netzwerk 127.0.0.0 ist für Loopback-Tests reserviert. Lokale Hosts oder Router können diese Adresse verwenden, um Pakete an sich selbst zurückzuschicken. Daher kann diese Nummer nicht einem Netzwerk zugewiesen werden.

Klasse B

Die Adresse der Klasse B wurde entwickelt, um die Bedürfnisse mittlerer bis großer Netzwerke zu erfüllen. Eine Klasse-B-IP-Adresse verwendet die ersten zwei der vier Bytes, um den Netzwerkteil anzugeben. Die ersten beiden Bits des ersten Oktetts einer Adresse der Klasse B sind immer 10. Daher ist die kleinste Zahl, die als Klasse-B-Adresse dargestellt werden kann, 10000000 (dezimal 128). Die höchste Zahl, die vertreten werden kann, ist 10111111 (dezimal 191. Jede Adresse, deren erstes Oktett mit einem Wert zwischen 128 und 191 beginnt, ist eine Adresse der Klasse B.

Klasse C

Der Adressraum der Klasse C ist die am häufigsten verwendete Klasse. Dieser Adressraum ist für kleine Netzwerke mit bis zu 254 Hosts vorgesehen. Eine Adresse der Klasse C beginnt mit der Binärfolge 110. Daher ist die kleinste Zahl, die dargestellt werden kann, 11000000 (dezimal 192). Die höchste Zahl, die vertreten werden kann, ist 11011111 (dezimal 223). Wenn eine Adresse eine Zahl zwischen 192 und 223 im ersten Oktett enthält, ist sie eine Adresse der Klasse C.

Klasse D und E

Die Klasse-D-Adresse wurde geschaffen, um Multicast-Adressierung zu ermöglichen. Eine Multicast-Adresse ist eine eindeutige Netzwerkadresse, die Pakete an vordefinierte Gruppen von IP-Adressen lenkt. Daher kann eine einzelne Station gleichzeitig einen einzelnen Datenstrom an mehrere Empfänger senden. Der Class-D-Adressraum ist mathematisch begrenzt. Die ersten vier Bits einer Klasse-D-Adresse müssen 1110 sein. Daher liegt der Bereich des ersten Oktetts für Klasse-D-Adressen zwischen 11100000 und 11101111 (224–239). Eine IP-Adresse, deren erstes Oktett mit einem Wert zwischen 224 und 239 beginnt, ist eine Class-D-Adresse.

Zudem wurde eine Klasse E definiert. Die Internet Engineering Task Force (IETF) hat diese Adressen jedoch für Forschungszwecke reserviert. Daher wurden keine Adressen der Klasse E für die Nutzung im Internet freigegeben. Die ersten vier Bits einer Adresse der Klasse E sind immer 1111. Daher liegt der Bereich des ersten Oktetts für Adressen der Klasse E zwischen 11110000 und 11111111 (240–255).

Reservierte IP-Adressen

Network Address: Dient zur Identifizierung des Netzwerks selbst.

Beispiel: In einem Netzwerk wie 198.150.11.0 wird jedes an diese Adresse gesendete Paket von außerhalb als das angegebene Netzwerk betrachtet. In einer Klasse-B-Netzadresse werden die ersten zwei Bytes als Netzwerkteil bezeichnet. Die letzten beiden Bytes enthalten Nullen, da diese 16 Bits den Host-Nummern entsprechen und dazu dienen, Geräte zu identifizieren. Die IP-Adresse 176.10.0.0 ist ein Beispiel für eine Netzwerkadresse. Diese wird niemals als Host-Adresse zugewiesen. Eine Host-Adresse für ein Gerät in diesem Netzwerk wäre beispielsweise 176.10.16.1. In diesem Beispiel ist "176.10" der Netzwerkteil (im Original rot markiert) und "16.1" der Host-Teil.

Broadcast-Adresse: Wird verwendet, um Broadcast-Pakete an alle Geräte in einem Netzwerk zu senden.

Beispiel: Der Abschnitt, der die "Top-Box" identifiziert, stellt die Broadcast-Adresse 198.150.11.255 dar. Alle Netzwerk-Hosts lesen die an die Broadcast-Adresse gesendeten Daten (198.150.11.1 bis 198.150.11.254). Das LAN im "unteren Kasten" erhält die gleiche Behandlung wie das obere LAN, außer dass die Broadcast-Adresse 198.150.12.255 lautet. Um Informationen an alle Netzwerkgeräte zu senden, benötigen Sie eine Broadcast-Adresse. Eine Sendung (Broadcast) entsteht, wenn eine Quelle Daten an alle Geräte in einem Netzwerk sendet. Damit alle anderen Geräte im Netzwerk den Broadcast-Prozess erkennen, muss der Sender eine Ziel-IP-Adresse verwenden, die sie verarbeiten können. Bei IP-Adressen entspricht der Host-Teil der Adresse in binärer Form komplett der Zahl 1. Im Beispiel des Netzes 176.10.0.0 umfassen die letzten 16 Bits den Host-Bereich. Der Broadcast für alle Geräte im Netzwerk erfolgt über die Zieladresse 176.10.255.255, da 255 der Dezimalwert eines Bytes mit den Bits 11111111 ist.

Öffentliche und private IP-Adressen

Die Stabilität des Internets hängt direkt von der Einzigartigkeit der öffentlich genutzten Netzwerkadressen ab. Es ist notwendig, dass jedes Netzwerkgerät eine eindeutige Adresse hat. Öffentliche IP-Adressen sind einzigartig. Zwei Maschinen, die sich mit einem öffentlichen Netzwerk verbinden, dürfen niemals dieselbe IP-Adresse haben, da öffentliche IP-Adressen global standardisiert sind. Alle Maschinen, die sich mit dem Internet verbinden, passen sich diesem System an. Öffentliche IP-Adressen müssen kostenpflichtig von einem Internet Service Provider (ISP) oder einer Registrierungsstelle bezogen werden. Mit dem rasanten Wachstum des Internets sind öffentliche IP-Adressen knapp geworden. Es wurden neue Adressschemata wie Classless Inter-Domain Routing (CIDR) und IPv6 entwickelt, um dieses Problem zu lösen.

Private IP-Adressen sind eine weitere Lösung gegen die drohende Verknappung öffentlicher IP-Adressen. Während öffentliche Netze eindeutige IP-Adressen verlangen, können private Netzwerke, die nicht mit dem Internet verbunden sind, beliebige Host-Adressen verwenden, solange diese innerhalb des privaten Netzwerks eindeutig sind. Es gibt viele private Netze, die mit öffentlichen Netzen verbunden sind. Es wird jedoch empfohlen, private Adressbereiche zu nutzen, da ein solches Netzwerk später mit dem Internet verbunden werden könnte. Die Adressen in diesen Bereichen werden nicht im Internet-Backbone geroutet; Internet-Router verwerfen private Adressen sofort. Für ein nicht-öffentliches Intranet, Labortests oder ein Heimnetzwerk können Sie private Adressen anstelle von global eindeutigen Adressen verwenden.