IPv4-Adressen

IPv4-Adressen sind die unverzichtbaren Identifikatoren, die es Geräten ermöglichen, im Internet und in lokalen Netzwerken zu kommunizieren. Mit ihrer einzigartigen 32-Bit-Struktur sorgen sie dafür, dass Datenpakete genau dorthin gelangen, wo sie hin sollen.

IPv4-Adressen einfach erklärt

Eine IPv4-Adresse ist somit eine Netzwerkadresse und besteht aus vier Zahlen (Dezimalzahlen), die jeweils mit einem Punkt getrennt sind und Werte von 0 bis 255 annehmen können. \rarr$\rarr$ Diese Schreibweise wird auch Dotted Decimal Notation (DDN) genannt.

Du kannst eine IPv4-Adresse jedoch auch in einer binären Schreibweise darstellen, indem du alle vier Dezimalzahlen in Binärzahlen umwandelst:

IPv4-Adresse Definition

Man unterscheidet bei IPv4-Adressen generell zwischen klassenweiser (engl. classful) und klassenloser (engl. classless) IP-Adressierung, wobei die klassenweise Adressierung die ältere der beiden ist. Bei der klassenlosen IP-Adressierung spricht man auch von CIDR (Classless Inter-Domain Routing).

Klassenweise IPv4-Adressierung

Es gibt hauptsächlich 5 Klassen von IP-Adressen: A, B, C, D und E. Die Netzklassen D und E sind nur für spezielle Anwendungen gedacht, weswegen wir nur auf die Klassen A, B und C genauer eingehen werden.

Jede Klasse hat

• einen Netzwerkanteil (Netz-ID) und
• einen Hostanteil.

\rarr$\rarr$ Beim Netzwerkanteil gibt es am Anfang bestimmte Bits, die festgelegt sind. Das erste Bit bei dem Netzwerkanteil von Klasse A ist zum Beispiel auf 0 festgelegt und die restlichen 7 Bits sind frei wählbar.
In der unteren Abbildung siehst du, wie das bei den anderen Klassen festgelegt ist. Somit kannst du im Kontext klassenweiser IP-Adressierung anhand der ersten paar Bits bestimmen, zu welcher Netzklasse eine IP-Adresse gehört.

Schreibweisen der verschiedenen Netzklassen

Für die verschiedenen Netzklassen A, B und C gibt es auch unterschiedliche Schreibweisen: als Subnetzpräfix, in Binärschreibweise oder in Dezimalschreibweise.
Die Tabelle zeigt dir die Schreibweisen zunächst im Überblick:

Betrachten wir die Schreibweise noch etwas genauer:

\triangleright$\triangleright$ Subnetzpräfix (Subnetzmaske)

Meistens werden IPv4-Adressen mit einer sogenannten Subnetzmaske, auch Subnetzpräfix genannt, angegeben.
Diese Subnetzmaske zeigt wie groß der Netzwerkanteil einer IP-Adresse ist und wird nach einem Slash hinter der IP-Adresse geschrieben.

\rarr$\rarr$ Somit könnte eine Klasse A IPv4-Adresse wie folgt als Subnetzpräfix angegeben werden: \col[2]{102.168.202.210/8}$\col[2]{102.168.202.210/8}$.
Hierbei ist \col[2]{/8}$\col[2]{/8}$ die Standardsubnetzmaske für Klasse A IP-Adressen, weil die ersten 8 Bit den Netzwerkanteil bestimmen.

\triangleright$\triangleright$ Binäre Schreibweise

Eine andere Schreibweise für diese Subnetzmaske wäre die binäre Schreibweise. Hierbei schreibt man die Subnetzmaske als 32 Bit große Bitmaske (also genauso lang wie die IPv4-Adresse), wobei die Anzahl an „1$1$er"-Bits von links den Netzwerkanteil angibt und der Rest 0$0$en sind.

\rarr$\rarr$ Die Standardsubnetzmaske für Klasse A IP-Adressen in binärer Schreibweise wäre also: \col[4]{11111111.00000000.00000000.00000000 }$\col[4]{11111111.00000000.00000000.00000000 }$.

\triangleright$\triangleright$ Dezimalschreibweise

Eine dritte Möglichkeit, die Subnetzmaske anzugeben, wäre in Dezimalschreibweise. Hierzu betrachtet man die binäre Schreibweise einer Subnetzmaske und wandelt alle vier Binärzahlen, die durch einen Punkt getrennt sind, in Dezimalzahlen um.

\rarr Somit wäre die Standardsubnetzmaske für Klasse A IPv4-Adressen in Dezimalschreibweise wie folgt: \col[5]{255.0.0.0}$\col[5]{255.0.0.0}$

Nachdem du jetzt gelernt hast, was eine Subnetzmaske ist, betrachten wir im nächsten Abschnitt den Hostanteil und den Netzwerkanteil einer IP-Adresse getrennt voneinander. Für den Hostanteil gilt Folgendes:

Hostanteil einer IPv4-Adresse

Nach der „Verundung“ (bitweise UND-Verknüpfung) einer beliebigen IPv4-Adresse und der gegebenen Subnetzmaske, werden alle Host-Bits dieser IPv4-Adresse auf null gesetzt und die resultierende Adresse nennt sich „Netzwerk-Adresse“.

\rarr$\rarr$ Diese Adresse identifiziert das Netzwerk, zu dem diese IPv4-Adresse gehört.

Setzt du hingegen alle Host-Bits einer beliebigen IPv4-Adresse auf eins, dann bekommst du die sogenannte „Broadcast-Adresse“.

\rarr$\rarr$ Diese spezielle IP-Adresse ermöglicht es Datenpakete an alle Teilnehmer eines lokalen Netzes zu verschicken.

Im unteren Beispiel siehst du, wie du bei einer gegebenen IPv4-Adresse die Netzwerk-Adresse und die Broadcast-Adresse bestimmen kannst.

Du kannst dir also merken:

• Wenn alle Host-Bits einer IP-Adresse auf null gesetzt werden, bekommt man die Netzwerk-Adresse (z. B. 10101100.100111000.00000000.00000000)

• Wenn alle Host-Bits einer IP-Adresse auf eins gesetzt werden, bekommt man die Broadcast-Adresse (z. B. 10101100.100111000.11111111.11111111)

Von diesen beiden Ausnahmen abgesehen, können die Host-Bits beliebig gesetzt werden, um einen bestimmten Host (also einen Rechner) im Netzwerk zu identifizieren. Somit ist die allgemeine Formel, um zu bestimmen, wie viele Hosts bei einer gegebenen IP-Adresse möglich sind:

\rightarrow$\rightarrow$ Im oberen Besipiel hätten wir also 2^{16}-2 = 65534$2^{16}-2 = 65534$ an möglichen Hosts.

Für den Netzwerkanteil einer IPv4-Adresse gilt Folgendes:

Netzwerkanteil einer IPv4-Adresse

Schauen wir uns z. B. den Netzwerkanteil von Klasse B an. Die ersten beiden Bits sind fix, somit bleiben die restlichen 14 Bits übrig, die beliebige Werte annehmen können (also Werte von 10000000.00000000 bis 10111111.11111111 bzw. von 128.0 bis 191.255 in dezimal). Somit hätten wir in diesem Fall 2^{14}=16384$2^{14}=16384$ mögliche Netzwerke. Das ist nicht zu verwechseln mit der Anzahl an möglichen Hosts (im Falle von Klasse B: 2^{16}-2= 65534$2^{16}-2= 65534$ Hosts).

\rightarrow$\rightarrow$ Somit ist der gültige Adressraum von Kasse B von 128.0.X.X bis 191.255.X.X, wobei X die Host-Bits sind, die beliebige Werte annehmen können. Vergiss nicht die beiden Ausnahmen (Netzwerk- und Broadcast-Adresse), wenn alle Host-Bits auf 0 bzw. auf 1 gesetzt sind.

Folgende Tabelle fasst diese ganzen Informationen für alle anderen Klassen zusammen:

\triangleright$\triangleright$ Beachte, dass bei Klasse A die Anzahl möglicher Netzwerke 2^{7}-2=126$2^{7}-2=126$ ist und nicht 2^{7}=128$2^{7}=128$. Das hat damit zu tun, dass die Adressen 0.X.X.X und 127.X.X.X für spezielle Netzwerke reserviert sind und hat nichts mit den zwei Adressen, die man bei der Anzahl an Hosts abzieht, zu tun. Für die Klassen B und C wird die Anzahl möglicher Netzwerke normal berechnet.

Klassenlose IP-Adresssierung (CIDR)

Um die Effizienz zu verbessern und die Adressraumknappheit zu adressieren, wurde die klassenlose IPv4-Adressierung, also CIDR, eingeführt.

Es ist sehr wichtig, die klassenweise IP-Adressierung zu verstehen, um nachvollziehen zu können, warum die klassenlose IPv4-Adressierung (CIDR - Classless Inter-Domain Routing) danach eingeführt wurde.

Verteilung von IP-Adressen

Wir haben bisher viel über IPv4-Adressen gesprochen, aber nicht darüber, wie diese überhaupt verteilt werden.

\rarr$\rarr$ Die IANA (Internet Assigned Numbers Authority) ist eine zentrale Aufsichtsbehörde, die für die Vergabe von IP-Adressblöcken zuständig ist und somit den globalen Pool von IP-Adressen koordiniert.

• Beispielsweise hat die Firma Apple das Netz 17.0.0.0/8$17.0.0.0/8$ zugewiesen bekommen (also Klasse A mit 16.777.214$16.777.214$ Hosts). Durch Subnetting mit variabler Subnetzmaske ist es möglich die 16.777.214$16.777.214$ Hosts in kleinere Subnetzwerke zu unterteilen. Diese kleinen Netzwerke gehören aber trotzdem noch zu dem internen Firmennetzwerk von Apple.
• Kleineren Firmen wurden z. B. Klasse B Netze (65.534$65.534$ Hosts) oder Klasse C Netze (254$254$ Hosts) zugewiesen.

Einführung CIDR

Was aber, wenn eine Firma insgesamt nur 2046 Hosts braucht? Oder nur 62?

Dadurch, dass bei der klassenweisen IP-Adressierung die Anzahl an Hosts festgelegt ist (gemeint ist die Summe an Hosts von allen Subnetzwerken), wurde die klassenlose IP-Adressierung (CIDR) eingeführt.
Bei CIDR betrachtet man keine Netzklassen mehr und die IP-Adressen haben folgendes Format: a.b.c.d/x$a.b.c.d/x$, wobei die Subnetzmaske eine beliebige Größe hat.

\rarr$\rarr$ Somit kann eine kleine Firma z. B. folgenden Adressraum zugewiesen bekommen 171.145.152.128/26$171.145.152.128/26$ (also 2^{6}-2=62$2^{6}-2=62$ Hosts) und durch Subnetting (also das Verschieben von der Subnetzmaske nach rechts) diese 62$62$ Hosts wiederum in kleinere Subnetze unterteilen.

IPv4-Adressen Beispiele

Beispielnetzwerk

Im unteren Beispiel siehst du zwei Netzwerke, die über einen Router miteinander verbunden sind. Jedes Netzwerk hat seine eigene Netzwerkadresse (z. B. Netzwerk A: 192.168.200.0), also die Adresse, mit der man ein Netzwerk eindeutig identifizieren kann.

Alle Hosts in einem Netzwerk haben ihre eigene eindeutige IP-Adresse, mit der sie entsprechend adressiert werden können.

IPv4-Adressen Zusammenfassung

• IPv4 ist eine spezielle Art von IP-Adresse, die aus 4 Blöcken à 8 Bit besteht.
• IPv4 wird in der Punkt-Dezimal-Schreibweise angegeben.
• Man unterscheidet bei IPv4-Adressen zwischen klassenweiser (engl. classful) und klassenloser (engl. classless) IP-Adressierung.
• Die wichtigsten Netzklassen sind: A, B und C.
• Wenn bei einer IPv4-Adresse alle Host-Bits auf null gesetzt werden, spricht man von einer Netzwerk-Adresse.
• Wenn bel einer IP-Adresse alle Host-Bits auf eins gesetzt werden, spricht man von einer Broadcast-Adresse.
• Die Anzahl an möglichen Hosts Ist immer \boxed{2^{\textsf{Host-Bits}} - 2}$\boxed{2^{\textsf{Host-Bits}} - 2}$.
• Bel der klassenlosen IP-Adessierung werden überhaupt keine Netzklassen betrachtet.