IP-Adressen

Damit sich die Rechner im Internet finden können, braucht jeder Computer eine eindeutige Adresse. Es gibt zwar schon die Hardwareadresse der Netzwerkkarte (MAC-Adresse), aber da diese Herstellerabhängig sind, kann man keine sinnvolle Struktur aus Rechner nur anhand dieser Adressen bilden.

Die IP-Adresse eines Rechners (oder genauer, eines Hosts, schließlich kann ein Rechner mehrere Netzkarten und IPs haben) setzt sich immer zusammen aus einer Netzadresse und einer Rechneradresse. Ohne einen Router können immer nur Rechner mit einander kommunizieren, die die gleiche Netzadresse haben. Die IP-Adresse besteht aus 32 Bit, die zur Vereinfachung in vier Bytes unterteilt werden. Jedes Byte kann Werte von 0-255 annehmen. Die IP-Adresse 192.168.0.1 sieht also in Bits ausgeschrieben so aus:
11000000101010000000000000000001

Zweifellos läßt sich die Form mit 4 Oktetts für einen Menschen besser lesen, trotzdem ist es speziell bei der Bildung von Subnetzen gut, ab und zu die andere Variante zu nehmen.

Übliche IP-Netzwerke

Es wurde gesagt, ein Teil der IP-Adresse ist für das Netzwerk und der zweite Teil bestimmt die Rechneradresse. Woran erkennt man nun, wieviele Bits der Netzadresse zugeordnet sind?
Dafür gibt es die sogenannte Subnetzmaske. Eine typische Subnetzmaske für ein Klasse-C Netz sieht so aus: 255.255.255.0
Dabei gilt: von Links anfangend sind eine Reihe von Bits gesetzt, alle in der Subnetzmaske gesetzten Bits sind in der IP-Adresse der Netzwerkadresse zugeordnet, die danach folgenden ungesetzten der Hostadresse.

Nehmen wir wieder die IP-Adresse 192.168.0.1, diesmal mit der Subnetzmaske 255.255.255.0. In den ersten drei Oktetts sind alle Bits gesetzt, also ist die Netzadresse 192.168.0, das vierte Oktett ist ungesetzt, also ist die Rechneradresse 1. Einfacher läßt sich das in der Binärdarstellung erkennen, hier also untereinander die IP-Adresse und die Subnetzmaske:

11000000.10101000.00000000.00000001
11111111.11111111.11111111.00000000

Es gibt für das Internet einige vordefinierte Klassen von Netzen, die hier vorgestellt werden:

• Klasse-A Netz: Diese Netze haben IP-Adressen 1-126.x.x.x und eine Subnetzmaske 255.0.0.0. So gibt es also nur maximal 125 (die 10 ist reserviert) Klasse-A Netze, die aber jeweils theoretisch bis zu 16777216 Hosts enthalten können. Wie man sich leicht denken kann, wird kaum eine Organisation im Besitz eines Klasse-A Netzes dermaßen viele Hosts haben, so daß also etliche Adressen einfach unbenutzt sind.
• Klasse-B Netz: Mit einer Subnetzmaske von 255.255.0.0 und einem Adressbereich von 128-191.x.x.x sind die ersten 16 Bit also der Netzwerkadresse zugeordnet und die zweiten 16 Bit der Hostadresse. Einige Nummern sind wieder reserviert, daher liegt die mögliche Anzahl von Klasse-B Netzen bei 16366, mit jeweils maximal 65534 Hosts.
• Klasse-C Netz: Hier sind die ersten drei Bytes oder 24 Bits der IP-Adresse für das Netzwerk, die letzten 8 Bits dann für den Host. Die gültigen Netzadressen liegen im Bereich 192.0.0.x bis 223.255.255.x. Mit den üblichen Ausnahmen bleiben also 2096894 mögliche Netzwerke mit jeweils maximal 254 Hosts.

Soweit die Netzwerke im Internet. Speziell für private Netzwerke, die nicht mit dem Internet verbunden werden sollen, gibt es das Klasse-C Netz mit dem IP-Bereich 192.168.x.x und der Subnetzmaske 255.255.255.0.

Broadcast

Aufmerksamen Mitrechnern ist villeicht aufgefallen, daß sich mit 8 Bit 255 Zustände darstellen lassen, aber in den obigen Netzen immer weniger Hosts angegeben wurden als möglich. Das liegt daran, daß eine Hostadresse mit nur gesetzten Bits nicht erlaubt ist. Also z.B. ein Klasse-C Host mit der IP 200.15.88.255, da hier der Hostanteil 255 wäre und nur gesetzte Bits enthält. Diese Adresse ist nämlich der sogenannte Broadcast, das heißt, alle Pakete an diese Adresse werden an alle Hosts im gleichen Netz verteilt.

Subnetze

Schon 254 Hosts können ziemlich viel Traffic verursachen und man möchte eventuell zur besseren Übersicht weiter unterteilen. Durch eine kleine Änderung der Subnetzmaske ist das kein Problem. Will man beispielsweise sein bisheriges Heimnetzwerk 192.168.9.x in vier Unternetzwerke unterteilen, muß die Subnetzmaske dementsprechend von bisher 255.255.255.0 um zwei Bits (mit zwei Bits lassen sich vier Zustände darstellen) erweitert werden.

Unsere neue Subnetzmaske in diesem Beispiel wäre also binär:
11111111.11111111.11111111.11000000
und dezimal entsprechend 255.255.255.192.

Dadurch hat sich die Adresse des Netzes bis ins letzte Oktett ausgeweitet und man muß bei der IP-Vergabe aufpassen, in welches Subnetz ein Host gerät. Wieder ist eine Host-IP nur mit gesetzten Bits für den Broadcast reserviert, was es noch zusätzlich kompliziert.

Genau dabei ist wieder die Binärdarstellung günstig. Wir betrachten jetzt nur das letzte Oktett, in dem die höchsten beiden Bits noch zur Netzadresse gehören. Welche Rechneradressen sind jetzt also möglich?
Im ersten Subnetz: 00000000 bis 00111110 oder 0 bis 62
Im zweiten Subnetz: 01000000 bis 01111110 oder 64 bis 126
Im dritten Subnetz: 10000000 bis 10111110 oder 128 bis 190
Im vierten Subnetz: 11000000 bis 11111110 oder 192 bis 254

Ein Host mit der IP 192.168.9.15 und einer mit der IP 192.168.9.133 lägen jetzt also in verschiedenen Netzen und könnten nur über einen Router miteinander kommunizieren (selbst, wenn sie physikalisch am gleichen Hub hängen).

DNS

IP-Adressen sind selbst in der Form mit vier Oktetts relativ schwer zu merken. Für Menschen sind einprägsame Namen leichter, z.B. gamer.im-netz.de statt 212.21.76.5.

Genau dafür wurden die Namen eingeführt, aber woher weiß ein Rechner, welche IP mit welchem Namen gemeint ist? Dort hilft DNS, Domain Name Service. Nameserver speichern die Namen zu den zugehörigen IP-Adressen, ein Rechner, der nur einen Namen kennt, fragt seinen zuständigen Nameserver und der teilt ihm die IP-Adresse mit.

Natürlich kennt kein Nameserver all die Millionen von Hosts im Internet, da sich dauernd deren Zahl verändert. Deswegen kann ein Nameserver eine Anfrage an den nächsten weiterreichen und so fort.

Domains

Um ein System dort hineinzubringen, ist das Internet in mehrstufige Domains unterteilt. Ganz oben stehen die sogenannten Top-Level-Domains, die in einer Internetadresse ganz hinten stehen, .com, .de oder .org als Beispiel. Danach kommt eine oder mehrere Subdomains und dann der eigentliche Name des Hosts, der in einer Internetadresse als erstes steht (oftmals ist der Name einfach www).

Erhält ein Nameserver eine Anfrage, schaut er zuerst nach der TLD (Top-Level-Domain), um zu sehen, wer dafür zuständig ist und reicht die Anfrage gegebenenfalls weiter. Mit der Subdomain geht es weiter und am Schluß kommt der Hostname. Dadurch kann es manchmal etwas dauern, wenn man den Namen im Browser eingibt, weil erst eine ganze Reihe von Anfragen durch das Internet geschickt werden.

Routing

Wie schon erwähnt, finden sich von selbst nur Hosts, die im gleichen Netzwerk sind. Um in ein anderes Netzwerk zu kommunizieren, ist ein Router notwendig. In diesem Router sind die Routen festgelegt, mit dem ein Paket von einem Netz in ein anderes kommt. Bei sehr komplizierten Netzen wie dem Internet sind oftmals auch mehrere Routen angegeben, falls mal ein weiterer Router ausfällt.

Selbstverständlich weiß auch nicht jeder Router, wie welches Netz von wo aus zu erreichen ist. Daher werden solche Pakete an den nächsten Router weitergegeben, der dem Ziel vermutlich etwas näher ist. Ausgefeilte Systeme sorgen dafür, daß nach Möglichkeit immer eine relativ kurze Route genommen wird. Auch werden oft die Routingtabellen dynamisch verändert, wenn ein Router ausfällt oder ein neuer dazukommt.