Jedes mit einem Netzwerk verbundene Gerät benötigt eine eindeutige Kennung. Es ist das digitale Äquivalent einer Straßenadresse. Ohne sie wissen Datenpakete nicht, wohin sie gehen sollen. Computer nutzen für die Kommunikation das TCP/IP-Protokoll. Dieser Standard schreibt vor, wie Maschinen miteinander kommunizieren. Die in diesem System verwendete spezifische Kennung ist die IP-Adresse.
Heute werden hauptsächlich zwei Versionen verwendet. IPv4 ist der alte Standard. IPv6 ist das Neue. Auf den meisten modernen Computern läuft beides. Sie arbeiten Seite an Seite, um das Internet am Laufen zu halten. Aber sie funktionieren ganz anders.
Die technische Lücke zwischen IPv4 und IPv6
IPv4 verwendet 32-Bit-Binärzahlen. Es erstellt eine eindeutige Adresse aus vier durch Punkte getrennten Dezimalzahlen. Denken Sie an 216.27.61.137. Jedes Segment ist ein Oktett. Es handelt sich um eine Basis-10-Darstellung einer achtstelligen Binärzeichenfolge.
IPv6 ist anders. Es verwendet 128 Bit. Das ist ein enormer Komplexitätssprung. Die Adresse sieht so aus: 2001:cdba:0000:0000:0000:0000:3257:9652. Es werden hexadezimale Gruppen verwendet. Acht Zahlengruppen. Durch Doppelpunkte getrennt. Sie können es verkürzen, indem Sie Nullen entfernen. 2001:cdba::3257:9652. Der Doppelpunkt gibt die Lücke an.
Warum ist das wichtig? Weil wir fast keinen Platz mehr hatten. Als IPv4 entwickelt wurde, war das Internet noch winzig. Es war akademisch. Private Netzwerke sprachen nicht miteinander. Es gab noch keine kommerzielle Explosion. Die 32-Bit-Grenze schien ausreichend zu sein.
Das war es nicht. Unter IPv4 erhalten Sie 2^32 Kombinationen. Das sind knapp 4,3 Milliarden Adressen. Nicht viele, wenn man Milliarden von Geräten hat. IPv6 behebt dieses Problem. Es bietet 2^128 mögliche Adressen. Diese Zahl ist so groß, dass sie fast bedeutungslos ist. Es ist ein Stressabbau für die globale Infrastruktur.
Wie Ihr Gerät eine IP-Adresse erhält
IP-Adressen sind entweder statisch oder dynamisch. Statisch bedeutet dauerhaft. Eine von Ihrem ISP zugewiesene statische IP ist selten. Sie können sie in einem lokalen Netzwerk einrichten. Aber es ist riskant. Wenn Sie TCP/IP nicht tiefgreifend verstehen, werden Sie Dinge kaputt machen.
Dynamische Adressen sind die Norm. Sie werden per DHCP zugewiesen. Dies steht für Dynamic Host Configuration Protocol. DHCP läuft auf Ihrem Router oder einem dedizierten Server. Es vergibt Adressen im Rahmen eines Mietvertrags.
Der Mietvertrag hat ein Ablaufdatum. Wenn es abläuft, fordert Ihr Computer ein neues an. Manchmal bekommt es die gleiche IP. Manchmal bekommt es ein neues. Dies passiert, wenn Sie eine Weile offline waren. Der Router hat Ihre alte Adresse an jemand anderen weitergegeben.
Normalerweise merkt man das nie. Der Vorgang ist unsichtbar. Es sei denn, Sie erhalten eine Fehlermeldung. Ein IP-Adresskonflikt. Das passiert, wenn zwei Geräte dieselbe ID beanspruchen. Das ist heutzutage selten. Moderne Systeme beheben das Problem automatisch.
IP-Klassen verstehen
Bevor wir uns mit den Einzelheiten der Subnetze und Maskierung befassen, ist es hilfreich zu wissen, wie Adressen gruppiert werden. IPv4-Adressen sind nicht nur Zufallszahlen. Sie fallen in Klassen. Diese Klassen definieren die Größe des Netzwerks und die Größe des Hosts.
Adressen der Klasse A sind für große Netzwerke gedacht. Denken Sie an große Unternehmen oder ISPs. Klasse B richtet sich an mittelständische Unternehmen. Klasse C ist für kleine Unternehmen oder Heimnetzwerke. Die Klassen D und E sind für Multicasting und experimentelle Zwecke reserviert.
Wenn Sie wissen, zu welcher Klasse eine Adresse gehört, können Sie deren Struktur besser verstehen. Hier erfahren Sie, welcher Teil die Netzwerk-ID ist. Welcher Teil ist die Geräte-ID? Diese Unterscheidung ist für das Routing von entscheidender Bedeutung. Pakete müssen wissen, ob sie lokal bleiben oder in das weitere Internet gelangen.
Als nächstes schauen wir uns an, wie Sie Ihre eigene IP-Adresse finden. Und was diese Zahlen tatsächlich für Ihre Verbindung bedeuten.
Die meisten Leute denken, eine IP-Adresse sei nur eine zufällige Ziffernfolge, die ihrem Gerät zugewiesen wird. Das ist es nicht. Die Nummern werden von der Internet Assigned Numbers Authority (IANA) streng reguliert, um zu verhindern, dass das globale Netzwerk im Chaos versinkt. Wenn jedes Gerät eine beliebige Adresse zwischen 0.0.0.0 und 255.255.255.255 abrufen könnte, würde der Datenverkehr kollidieren. Daten würden verloren gehen. Systeme würden scheitern.
Bestimmte Bereiche sind tabu. Sie erfüllen bestimmte, wichtige Funktionen, die nichts mit Ihrem Laptop oder Telefon zu tun haben.
Die Adressen, die Sie niemals verwenden sollten
Einige IP-Adressen sind für abstrakte Konzepte oder Notfallsendungen reserviert. Sie sind in den TCP/IP-Protokollstandards fest codiert.
- 0.0.0.0 : Dies ist kein Gerät. Es stellt das Standardnetzwerk dar. Es ist das digitale Äquivalent zu der Aussage „Ich bin mit einem Netzwerk verbunden“, ohne anzugeben, welches.
- 255.255.255.255 : Dies ist eine Broadcast-Adresse. Hier gesendete Nachrichten gehen an jeden Computer im lokalen Netzwerksegment. Es ist so, als würde man in einem Raum schreien, sodass man von allen gehört wird, anstatt einer Person etwas zuzuflüstern.
- 127.0.0.1 : Bekannt als Loopback-Adresse, so identifiziert sich ein Computer. Damit kann Software Netzwerkstacks testen, ohne die Maschine zu verlassen. Dies wird möglicherweise in Fehlerprotokollen angezeigt, wenn ein lokaler Dienst ausfällt. Es funktioniert unabhängig davon, ob Sie eine öffentliche IP zugewiesen haben.
Dann gibt es noch den seltsamen Bereich: 169.254.0.1 bis 169.254.255.254. Dies ist das APIPA -Sortiment. Wenn Ihr Computer versucht, eine IP von einem DHCP-Server zu erhalten und dabei scheitert – weil der Router ausgefallen oder der Server überlastet ist – weist er sich selbst eine Adresse aus diesem Block zu. Es ist ein Selbstheilungsmechanismus. Es garantiert keinen Internetzugang, ermöglicht jedoch die Kommunikation lokaler Geräte im selben Subnetz.
Private Subnetze und Klassenbereiche
Über diese Sonderfälle hinaus werden die restlichen Adressen in Subnetze aufgeteilt. Ein Subnetz ist ein kleineres Netzwerk, das aus einem größeren Netzwerk herausgelöst wird. Router nutzen diese Grenzen, um den Datenverkehr effizient zu leiten. Ohne Subnetze müsste jedes Datenpaket das gesamte Netzwerk-Backbone durchlaufen, was alles verlangsamen würde.
Die IANA hat bestimmte Blöcke für den privaten Gebrauch reserviert. Dies sind die Adressen, die Sie am häufigsten in Heim- und Büronetzwerken sehen. Sie können im öffentlichen Internet nicht weitergeleitet werden, was eine zusätzliche Sicherheitsebene darstellt.
- Privater Bereich der Klasse A: 10.0.0.0 bis 10.255.255.255. Dieser massive Block fällt in den Klasse-A-Bereich (1.0.0.0 bis 127.0.0.0). Das erste Bit der Adresse ist immer 0. Große Organisationen verwenden dies häufig.
- Privatbereich der Klasse B: 172.16.0.0 bis 172.31.255.255. Teil des Klasse-B-Bereichs (128.0.0.0 bis 191.255.0.0). Die ersten beiden Bits sind 10. Mittelständische Netzwerke verwenden dies typischerweise.
- Privater Bereich der Klasse C: 192.168.0.0 bis 192.168.255.255. Der gängigste Bereich für Heimrouter. Es liegt im Klasse-C-Bereich (192.0.0.0 bis 223.255.255.0), wobei die ersten drei Bits 110 sind.
Was ist mit dem Rest?
- Multicast (ehemals Klasse D): 224.0.0.0 bis 239.255.255.255. Die ersten vier Bits sind 1110. Das IETF-Dokument RFC 5771 definiert seine Verwendung. Es dient zum gleichzeitigen Senden von Daten an mehrere Empfänger, z. B. Video-Streaming oder Netzwerkerkennungsprotokolle.
- Klasse E (Reserviert/Experimentell): 240.0.0.0 bis 254.255.255.254. Die ersten vier Bits sind 1111. Reserviert seit RFC 1112 im Jahr 1989. Es gibt keinen offiziellen Plan für die allgemeine Verwendung. Jahrelang diskutierten Experten darüber, ob die IANA diesen Block freigeben sollte. Das haben sie nicht. Es bleibt eine Geisterzone im IPv4-Bereich.
Die ersten drei privaten Bereiche (Klassen A, B, C) sind die Arbeitspferde. Dies sind die Adressen, die Ihr Router ausgibt. Multicast übernimmt die Gruppenkommunikation. Klasse E bleibt im Leerlauf.
So finden Sie Ihre eigene IP-Adresse
Theoretisch sehen Sie diese reservierten Blöcke vielleicht, aber was ist mit Ihrem tatsächlichen Gerät? Der Vorgang unterscheidet sich je nach Betriebssystem.
Windows:
1. Öffnen Sie das Startmenü.
2. Geben Sie „cmd“ ein und drücken Sie die Eingabetaste.
3. Geben Sie in der Eingabeaufforderung „ipconfig“ ein.
4. Suchen Sie unter Ihrem aktiven Netzwerkadapter nach der „IPv4-Adresse“.
Mac:
1. Gehen Sie zu Systemeinstellungen.
2. Klicken Sie auf Netzwerk.
3. Wählen Sie Ihre aktive Verbindung (WLAN oder Ethernet).
4. Die IP-Adresse
Wie Subnetze Ihr Netzwerk aufteilen
Wahrscheinlich sitzen Sie gerade in einem privaten Subnetz. Wenn die IP-Adresse Ihres Computers wie 192.168.1.102 aussieht, befinden Sie sich hinter einem Router. Dieser Router sitzt zwischen Ihrem Gerät und Ihrem ISP und fungiert als Gatekeeper. Es verwendet eine bestimmte Subnetzmaske, um die Grenzen Ihres lokalen Netzwerks zu definieren. In diesem üblichen Heim-Setup lautet die Maske 255.255.255.0.
Diese Maske teilt dem Computer mit, welcher Teil der Adresse das Netzwerk und welcher Teil das Gerät selbst ist. Da drei Oktette (24 Bit) für die Netzwerkidentität und ein Oktett (8 Bit) für die Knoten reserviert sind, ist der Umfang begrenzt. Das Netzwerk selbst wird als 192.168.1.0 identifiziert. Diese Adresse gehört keinem einzelnen Computer. Es ist die Bezeichnung für das gesamte Subnetz. Am anderen Ende des Bereichs liegt 192.168.1.255. Dies ist die Broadcast-Adresse. Wenn ein Gerät im Netzwerk eine Nachricht an diese Adresse sendet, empfängt sie jedes Gerät in diesem Subnetz.
Die dazwischen liegenden Adressen beziehen sich auf tatsächliche Geräte. 192.168.1.1 ist häufig die interne Schnittstelle des Routers. 192.168.1.103 könnte ein Laptop sein. Aber 192.168.2.1 befindet sich in einem völlig anderen Netzwerk. Der Router sendet keinen Datenverkehr dorthin, es sei denn, er wird extern weitergeleitet.
Diese Unterscheidung ist wichtig, weil die Internet Assigned Numbers Authority (IANA) den globalen Adresspool verwaltet. Die IANA vergibt Blöcke öffentlicher IPs an Einrichtungen wie ISPs oder große Regierungen. Ihr ISP verfügt über einen dieser Blöcke. Wenn Sie eine Verbindung herstellen, wird Ihnen eine Adresse aus diesem Pool zugewiesen. In den meisten Haushalten ist jedoch kein einziger Computer direkt an das Modem angeschlossen. Sie verwenden einen Router, um diese einzelne öffentliche Verbindung für viele Geräte freizugeben.
Der Router holt sich die öffentliche IP vom ISP. Anschließend richtet es ein eigenes privates Subnetz für Ihre Laptops, Telefone und Smart-TVs ein. Wenn Ihr Gerät eine Adresse in den reservierten Bereichen (192.168.x.x, 10.x.x.x oder 172.16.x.x) hat, kommuniziert es mit einem Router und nicht mit dem offenen Internet.
Die Mechanik der Subnetzmaske
Die Subnetzmaske ist im Wesentlichen ein Filter. Es handelt sich um eine Folge von Einsen, gefolgt von einer Folge von Nullen. Die Einsen maskieren den Netzwerkteil und geben die eindeutige Knoten-ID darunter frei. Standard-IPv4-Masken richten sich normalerweise nach Oktettgrenzen, müssen dies aber nicht.
Zu den gängigen Konfigurationen gehören:
- 255.0.0.0: 8 Bits für Netzwerk, 24 für Knoten.
- 255.255.0.0: 16 Bits für Netzwerk, 16 für Knoten.
- 255.255.255.0: 24 Bit für Netzwerk, 8 für Knoten.
Netzwerkingenieure optimieren diese Werte je nach Maßstab. Möchten Sie mehr Subnetze? Verschieben Sie Bits von der Knotenanzahl zur Netzwerkanzahl. Möchten Sie mehr Geräte pro Subnetz? Machen Sie das Gegenteil. Möglicherweise erhalten Sie nicht standardmäßige Masken wie 255.192.0.0. Dabei wird im zweiten Oktett 11000000 verwendet, wobei die Bits ungleichmäßig aufgeteilt werden, um die Anzahl der verfügbaren Netzwerke mit der Anzahl der Hosts pro Netzwerk auszugleichen.
Unabhängig von der Mathematik bleiben die Regeln starr. Die erste Adresse im Bereich ist immer die Netzwerkkennung. Das letzte ist die Broadcast-Adresse. Beides kann keinem bestimmten Computer zugeordnet werden.
Private vs. öffentliche IP-Adressen
Die Verwechslung privater und öffentlicher IP-Adressen zerstört das mentale Modell, wie das Internet funktioniert. Sie dienen ganz unterschiedlichen Zwecken.
Öffentliche IP-Adressen sind weltweit eindeutig. Sie müssen bei der IANA oder einem regionalen Internetregister registriert sein. Durch diese Registrierung wird sichergestellt, dass keine zwei Geräte im globalen Web dieselbe Kennung verwenden. Wenn Sie einen Webserver oder ein E-Mail-Gateway betreiben, das Verbindungen von außerhalb Ihres lokalen Bereichs akzeptieren muss, benötigen Sie eine öffentliche IP. Es ist die Adresse, die der Rest der Welt sieht.
Private IP-Adressen sind unterschiedlich. Sie sind nicht registriert. Sie sind im globalen Maßstab nicht einzigartig. Ein Router in New York kann 192.168.1.1 verwenden. Ein Router in Tokio kann genau dieselbe Adresse verwenden. Es besteht kein Konflikt zwischen ihnen, da private IPs nur innerhalb ihres eigenen lokalen Netzwerks gültig sind. Sie arbeiten in geschlossenen Kreisläufen.
Diese Unterscheidung beeinflusst sowohl die Sicherheit als auch die Kosten.
Öffentliche IPs werden offengelegt. Sie sitzen an vorderster Front. Da sie von außen zugänglich sind, erfordern sie hohe Sicherheitsvorkehrungen. Firewalls und Intrusion-Detection-Systeme sind zwingend erforderlich, um Bots und Hacker fernzuhalten. Die Verwaltung einer öffentlichen IP ist teuer und komplex.
Private IPs bieten Isolation. Sie müssen nicht für das Internet sichtbar sein. Dadurch sind sie von Natur aus sicherer vor Angriffen von außen. Sie können ein Gerät in Ihrem Heim-WLAN nicht von einem Server in Deutschland aus anpingen. Noch wichtiger ist, dass private IPs wiederverwendbar sind. Sie müssen nicht für jedes neue Gerät, das Sie hinzufügen, eine neue Adresse kaufen. Diese Einsparung von Adressraum hat die IPv4-Infrastruktur schon vor Jahren vor dem Zusammenbruch bewahrt.
Wenn Sie fragen, wie Ihre Geräte miteinander kommunizieren, liegt die Antwort in dieser Schichtung. Der Router übersetzt zwischen der privaten Welt Ihres Zuhauses und dem öffentlichen Chaos des Internets. Es schützt Ihre lokalen Adressen, während Sie gleichzeitig surfen können. Es ist ein einfacher Trick. Es funktioniert, weil das Internet für die Übersetzung und nicht nur für die direkte Verbindung konzipiert ist.
Aber die Übersetzungsebene hat Grenzen. Wenn Sie Fernzugriff auf ein Gerät in Ihrem Subnetz benötigen, wird die private Adresse zu einer Barriere. Sie müssen ein Loch durch die Firewall bohren. Oder nutzen Sie einen Tunnel. Die Bequemlichkeit der Isolation ist auch die Quelle der Komplexität, wenn etwas schief geht.
Wie DHCP tatsächlich Adressen verteilt
Statische IPs sind die Ausnahme, nicht die Regel. Die meisten Geräte in Ihrem Netzwerk erhalten ihre digitale Identität über das Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP). Es handelt sich um einen automatisierten Handshake, der verhindert, dass Sie bei jeder WLAN-Verbindung manuell Subnetzmasken und Gateway-Adressen eingeben müssen. Der Prozess ist ein standardisierter vierstufiger Tanz, oft DORA genannt, der sicherstellt, dass keine zwei Geräte im selben lokalen Netzwerk am Ende dieselbe Adresse haben.
Zuerst kommt Entdecken. Ihr Gerät weiß nicht, wen es fragen soll. Es schreit ins Leere und sendet ein Broadcast-Paket über das lokale Netzwerksegment. In diesem Paket heißt es im Wesentlichen: „Gibt es da draußen einen DHCP-Server?“ Es wird keine spezifische Antwort von einer bestimmten IP erwartet; Es möchte nur, dass jeder verfügbare Anbieter es hört.
Als nächstes kommt Angebot. Der DHCP-Server hört die Übertragung. Es überprüft seinen Pool verfügbarer Adressen und sieht die MAC-Adresse des anfordernden Geräts. Es wählt eine ungenutzte IP aus seinem Inventar aus und sendet eine Antwort zurück. Dies ist noch keine Garantie, sondern nur eine offene Einladung. Im Angebot enthalten sind die IP-Adresse, die Subnetzmaske, die Lease-Zeit und die servereigenen Angaben.
Dann kommt Anfrage. Ihr Gerät sieht möglicherweise Angebote von mehreren Servern (selten, aber in komplexen Unternehmenskonfigurationen möglich). Es wählt einen aus. Normalerweise wählt es den ersten aus, den es hört. Anschließend wird eine formelle Anfrage an diesen bestimmten Server gesendet und bestätigt: „Ja, ich möchte diese bestimmte IP-Adresse.“ Dieser Schritt ist von entscheidender Bedeutung, da er die Auswahl festlegt, bevor der Server Ressourcen bereitstellt.
Schließlich gibt es noch Bestätigung. Der Server bestätigt die Zuweisung. Es aktualisiert seine interne Datenbank, um diese IP als an diese bestimmte MAC-Adresse „vermietet“ zu markieren. Es sendet ein letztes Paket mit der Aufschrift „Das gehört Ihnen.“ Das Gerät kann nun seinen Netzwerkstapel mit den bereitgestellten Einstellungen konfigurieren und mit der Kommunikation im Netzwerk beginnen. Wenn der Server diese Bestätigung nicht sendet, verwirft das Gerät das Angebot und wiederholt häufig den gesamten Vorgang. Wenn keine Hilfe gefunden werden kann, wird manchmal eine APIPA-Adresse (169.254.x.x) ausgegeben.
Der gesamte Vorgang erfolgt in Millisekunden. Sie bemerken es nicht, da es so konzipiert ist, dass es unsichtbar ist.
Diese Automatisierung ist der Grund, warum DHCP das Rückgrat der Heim- und Büronetzwerke ist. Ohne sie würden Netzwerkadministratoren ihr ganzes Leben damit verbringen, Geräte manuell zu konfigurieren. Es reduziert menschliches Versagen, verhindert IP-Konflikte und ermöglicht den nahtlosen Beitritt und Verlassen von Geräten zu Netzwerken.
Die Leasingdauer ist der andere kritische Faktor. IPs werden nicht für immer verschenkt. Sie sind vermietet. Wenn der Leasingvertrag abläuft, muss das Gerät ihn erneuern. Ist dies nicht der Fall, geht die IP zurück in den Pool. Durch dieses Recycling wird sichergestellt, dass einem Netzwerk nicht die verfügbaren Adressen ausgehen, selbst wenn im Laufe des Tages Hunderte von Geräten ein- und ausgehen.
Statische Zuweisungen haben weiterhin ihre Berechtigung. Server, Drucker und Router erhalten häufig reservierte IP-Adressen im DHCP-Bereich, sodass sie sich nie ändern. Bei Laptops, Telefonen und Tablets ist die dynamische Zuweisung jedoch der Standard. Dadurch wird die Komplexität der TCP/IP-Konfiguration abstrahiert, sodass Benutzer sich auf das konzentrieren können, was sie tun, anstatt darauf, wie sie verbunden sind.
