Spezialadressen

sind Adressen für besondere Zwecke.

Sie gibt es auch als entsprechendes Pendant in IPv4.

Die nicht festgelegte Adresse (0:0:0:0:0:0:0:0 oder ::) wird nur verwendet, um auf das Fehlen einer Adresse hinzuweisen. Sie entspricht der nicht festgelegten Adresse 0.0.0.0 in IPv4. Die nicht festgelegte Adresse wird in der Regel als Quelladresse für Pakete verwendet, die die Eindeutigkeit einer Adresse mit Vorbehalt zu überprüfen versuchen. Die nicht festgelegte Adresse wird nie einer Schnittstelle zugewiesen oder als Zieladresse verwendet.

Die Loopbackadresse (0:0:0:0:0:0:0:1 oder ::1) wird zur Kennzeichnung einer Loopbackschnittstelle verwendet, wodurch ein Knoten Pakete an sich selbst senden kann. Sie entspricht der Loopbackadresse 127.0.0.1 in IPv4. An die Loopbackadresse gerichtete Pakete werden nie von einem IPv6-Router weitergeleitet.

Soviel zu den Spezialadressen. Im nächsten Teil geht es um die Kompatibilitätsadressen.

Bis dahin.

Rüdiger und Mario

Eine Unicastadresse identifiziert eindeutig einen Netzwerkadapter. Hier unterscheiden wir verschiedene Typen:

• Aggregierbare globale Unicastadressen
• Standortlokale Unicastadressen
• Verbindungslokale Adressen
• Spezialadressen
• Kompatibilitätsadressen

Aggregierbare globale Unicastadressen

sind vergleichbar mit den IPv4-öffentlichen IP-Adressen und identifizieren einen Netzwerkadapter weltweit eindeutig. Sie dienen gleichzeitig zum Aufbau einer effizienten hierarchischen globalen Routinginfrastruktur.

Eine solche IP-Adresse besitzt folgenden Aufbau:

3 Bit           Formatpräfix                           001

13 Bit         Toplevel-Aggregator                identifiziert die höchste Ebene                                                                 der Routinghierarchie und                                                                      identifiziert Kontinente bis hin                                                                 zu großen globalen ISPs

8 Bit           Reserve                                   für Expansionszwecke

24 Bit         Nextlevel-Aggregator               wird von den ISPs zur

Identifizierung der Kunden-

standorte und der damit

verbundenen Adress- und

Routinghierarchie vergeben

16 Bit         Sitelevel-Aggregator                dient im wesentlichen zum

Aufbau von Subnetzen

innerhalb des Kundenstandorts

64 Bit         Netzwerkinterface                   identifiziert eindeutig den

Netzwerkadapter im Subnetz

Standortlokale Unicastadressen

sind vergleichbar mit den IPv4-privaten IP-Adressen und identifizieren einen Netzwerkadapter innerhalb des Unternehmens eindeutig. Sie dienen zum Aufbau einer unternehmensinternen Routinginfrastruktur.

Eine solche IP-Adresse besitzt folgenden Aufbau:

10 Bit         Formatpräfix                           1111 1110 11

38 Bit         Nullen                                     ::

16 Bit         Sitelevel-Aggregator                Subnetzkennung

64 Bit         Netzwerkinterface                   Netzwerkadapter

Private Intranets, die nicht über eine direkte, geroutete Verbindung zum IPv6-Internet verfügen, können standortlokale Adressen verwenden, ohne Konflikte mit aggregierbaren globalen Unicastadressen auszulösen. Standortlokale Adressen können von anderen Standorten nicht erreicht werden, und Router dürfen standortlokalen Datenverkehr nicht an Ziele außerhalb des Standorts weiterleiten. Standortlokale Adressen können zusätzlich zu aggregierbaren globalen Unicastadressen verwendet werden. Der Bereich einer standortlokalen Adresse ist der Standort, d.h. das Netzwerk des Unternehmens).

Die ersten 48 Bits sind immer für standordlokale Adressen beginnend mit FEC0::/48 festgelegt. Auf die 48 feststehenden Bits folgt der 16-Bit-Sitelevel-Aggregator (das Feld Subnetzkennung), das 16 Bits bereitstellt, mit denen Subnetze innerhalb der Organisation erstellt werden können. Bei 16 Bits können bis zu 65.536 Subnetze in einer flachen Subnetzstruktur erstellt oder die Bits mit der höchsten Priorität des Feldes Subnetzkennung zum Erstellen einer hierarchischen und aggregierbaren Routinginfrastruktur verwendet werden. Auf das Feld der Subnetzkennung folgt ein 64-Bit-Feld mit der Schnittstellenkennung, das eine bestimmte Schnittstelle in einem Subnetz kennzeichnet.

Verbindungslokale Unicastadressen

sind vergleichbar mit den IPv4-APIPA-Adressen und identifizieren einen Netzwerkadapter im lokalen Netzwerk. Diese Adressen vergeben sich die IPv6-Hosts selber. Sie werden nicht geroutet und verlassen das lokale Netzwerk nicht.

Eine solche IP-Adresse besitzt folgenden Aufbau:

10 Bit         Formatpräfix                           1111 1110 10

54 Bit         Nullen                                     ::

64 Bit         Netzwerkinterface                   Netzwerkadapter

Verbindungslokale Adressen werden von Hosts bei der Kommunikation mit benachbarten Hosts im selben Netzwerk eingesetzt. Der Gültigkeitsbereich einer verbindungslokalen Adresse ist das lokale Netzwerk. Eine verbindungslokale Adresse ist für Prozesse der Neighbor Discovery erforderlich und wird immer automatisch konfiguriert, selbst wenn keine anderen Unicastadressen vorhanden sind.

Das war’s für heute im nächsten Teil der Serie geht es um Spezialadressen.

Bis dahin…

Rüdiger und Mario

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Verbindungslokale Adressen beginnen immer mit FE80. Bei der 64-Bit-Schnittstellenkennung ist das Präfix für verbindungslokale Adressen immer FE80::/64. Ein IPv6-Router leitet verbindungslokalen Verkehr nicht in andere Netzwerke weiter.

Nachdem es im letzten Teil der Serie um die Grundlagen von IPv6 ging sind heute die Adresstypen dran.

Adresstypen

Denken wir noch einmal an IPv4. Hier haben wir drei Adresstypen, die maßgeblich von der Zielsetzung der Kommunikation in einem oder zwischen Netzwerken abhängen. Die klassische Kommunikation ist eine Kommunikation zwischen genau zwei Endpunkten in einem Netzwerk, dem Quellhost und dem Zielhost. Hierzu müssen den Hosts eindeutige IP-Adressen in ihrem jeweiligen Netzwerk einschließlich der korrekten Subnetzmaske zugewiesen werden. Das ist ja immer dann wichtig, wenn z.B. Daten in irgendeiner Form sicher von einem Quellhost zu einem Zielhost übertragen werden müssen. Hier spricht man vom Unicast. Wenn eine Mitteilung an alle Rechner im lokalen Netzwerk gemacht werden soll, wird einfach quasi ins Netz reingerufen. Jeder Host wird das dann schon mitkriegen. Das ist dann der Broadcast. Und wenn Daten an eine Gruppe von Hosts gesendet werden sollen, dann müssen diese zusammengehörenden Hosts als Gruppe erkannt werden und sie erhalten dann zusätzlich zur ihrer eindeutigen IP-Adresse eine weitere, die sie als Mitglied der Gruppe ausweist, das ist dann die sogenannte Multicastadresse.

So ähnlich sieht es auch unter IPv6 aus, nur dass es dort keinen Broadcast mehr gibt. Wohl aber den Unicast; auch hier für die Nachricht an eine Station. Ebenso den Multicast für den Versand von Nachrichten an eine definierte Gruppe. Und da gibt es noch den Anycast, und der ist neu. Dabei geht es um den nächstgelegenen Host einer definierten Gruppe.

Genauso wichtig wie der Unicast unter IPv4 ist, ist er es auch unter IPv6. Die Unicastadresse bezeichnet einen Host eindeutig innerhalb seines gültigen Bereichs. Erinnern wir uns an die IPv4-Unicastadressen. Da hatten wir die öffentlichen, weltweit eindeutigen Unicast-IP-Adressen. Daraus war ein Teil entnommen, der für den Aufbau von privaten, nur innerhalb des Unternehmensnetzwerks und nicht im Internet routbaren privaten Unicast-IP-Adressen. Das sind die Adressbereiche von 10.0.0.0 bis 10.255.255.255, von 172.16.0.0 bis 172.31.255.255 und von 192.168.0.0 bis 192.168.255.255. Und dann gibt es noch die APIPA-Adressen („Automated Private IP-Adresses“), die sich ein Host, der für den automatischen Bezug einer IP-Adresse durch einen DHCP-Server konfiguriert ist und diesen nicht erreicht, nach bestimmten Regeln selber vergibt und die nur im lokalen Netz verwendet werden können, da sie kein Router weiterleitet (von 169.254.0.0 bis 169.254.255.255). Und so ähnlich schaut es auch bei den IPv6-Unicastadressen aus.

Hier gibt es aggregierbare globale Unicastadressen (vergleichbar mit den öffentlichen IP-Adressen unter IPv4), standortlokale Adressen (vergleichbar mit den privaten Adressen unter IPv4), verknüpfungslokale Adressen (vergleichbar mit den APIPA-Adressen unter IPv4), Spezialadressen (vergleichbar z.B. mit der Loopbackadresse unter IPv4) und Kompatibilitätsadressen.

Im nächsten Teil der Serie geht es um die Unicastadressen.

Bis dahin Grüße

Rüdiger und Mario

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In den ersten Teilen der Serie ging es um IPv4. Ab heute ist IPv6 dran.

Überblick IPv6

Die Funktion, durch die sich IPv6 am stärksten hervorhebt, ist die Verwendung deutlich umfangreicherer Adressen. Die Größe einer Adresse in IPv6 beträgt 128 Bits und ist somit viermal so groß wie eine Adresse in IPv4. Ein 32-Bit-Adressbereich ermöglicht 2^32 oder 4.294.967.296 Adressen. Ein 128-Bit-Adressbereich ermöglicht 2^128 oder 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 (3,4 x 10^38) Adressen.

Ende der 70er Jahre, als der IPv4-Adressbereich entworfen wurde, war die völlige Ausnutzung seiner Kapazität undenkbar. Aufgrund technologischer Änderungen und einer Zuweisungspraktik, bei der die explosionsartige Zunahme der Hosts im Internet nicht erwartet wurde, wurde der IPv4-Adressbereich so weit ausgenutzt, dass spätestens 1992 klar wurde, dass nach einer Ersatzlösung gesucht werden musste.

Bei IPv6 fällt es noch schwerer, sich ein völlige Ausnutzung des IPv6-Adressbereichs vorzustellen. Diese Zahl lässt sich durch die Tatsache, dass ein 128-Bit-Adressbereich 655.570.793.348.866.943.898.599 (6,5 x 10^23) Adressen für jeden Quadratmeter Fläche weltweit bereitstellt, in Relation setzen.

Doch wie werden IPv6-Adressen vergeben?

An der obersten Stelle befindet sich die Internet Assigned Numbers Authority (IANA), eine Unterorganisation oder besser gesagt der operative Arm der Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN), einer mittlerweile selbständigen Organisation, die aber bis 30. September 2009 dem US-amerikanischen Handelsministerium unterstand. An nächster Stelle folgen die RIRs, regionale Internet Registraturen, welche Adressen für Gebiete in der Größe eines Erdteils vergeben. Diese wiederum vergeben Adressen an TLAs, den TopLevelAggregator-Registraturen. Die TLAs vergeben aus ihrem Bereich Adressen an die NLAs, das sind die NextLevelAggregator-Registraturen oder auch an Endeinrichtungen.

128 Bit lesbar gemacht.

Analog zu den IPv4-Adressen, deren 32 Bit noch relativ lesbar erscheinen und die doch der besseren Lesbarkeit wegen in eine Dezimalschreibweise umgewandelt und dargestellt werden, sind auch die 128 Bit einer IPv6-Adresse für den Menschen in eine lesbarere Version übersetzt. Hier werden die 128 Bit in 16-Bit-Blöcke unterteilt; dann wird jeder Block in eine vierstellige Hexadezimalzahl umgewandelt. Die Hexadezimalzahlen sind durch Doppelpunkte voneinander getrennt.

IPv6-Adresse im Binärformat …

0010000111011010000000001101001100000000000000000010111100111011 0000001010101010000000001111111111111110001010001001110001011010

… und in Blöcken zu jeweils 16 Bits unterteilt, …

0010000111011010 0000000011010011 0000000000000000 0010111100111011 0000001010101010 0000000011111111 1111111000101000 1001110001011010

… die dann jeweils in einen Hexadezimalwert konvertiert und durch Doppelpunkte voneinander getrennt werden …

21DA:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF:FE28:9C5A

… und derart weiter bearbeitet werden, dass Vorlaufnullen pro Block unterdrückt werden; sollte jedoch ein Block nur aus Nullen bestehen, dann muss eine Null quasi als Erinnerungswert stehen bleiben

21DA:D3:0:2F3B:2AA:FF:FE28:9C5A

Einen Sonderfall gilt es noch zu betrachten. Stehen in mehreren aufeinander folgenden Blöcken ausschließlich Nullen in der hexadezimalen Schreibweise, so können diese Blöcke durch :: (Anmerkung: zwei Doppelpunkte ersetzt werden. Das ist allerdings pro IPv6-Adresse nur einmal erlaubt. Aus FE80:0:0:0:2AA:FF:FE9A:4CA2

wird so FE80::2AA:FF:FE9A:4CA2.

Wie können wir eine derartig verkürzte Darstellung wieder lesbar machen?

Zur Bestimmung der Anzahl der 0-Bits, die durch doppelte Doppelpunkte (::) wiedergegeben werden, zählen wir die Anzahl der Blöcke in der komprimierten Adresse (die doppelten Doppelpunkte zählen als ein Block) und ziehen diese Summe vom Wert 8 ab und multiplizieren das Ergebnis mit 16.

Bis dahin.

Rüdiger und Mario

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Im letzten Teil zu TCP/IPv4 geht es um:

CIDR (Classless Interdomain Routing).

Mit Adressklassen wird heute nicht mehr gearbeitet, vielmehr klassenlos. Dies ist CIDR. CIDR ist eine Mischung aus Subnetting und Supernetting. Allerdings gelten folgende Ergänzungen: Das was beim Subnetting nicht möglich ist, nämlich die Verwendung einer Subnetzmaske 255.255.255.255 ist in CIDR per Definition möglich. Die Subnetzmaske 255.255.255.255 definiert ein Netzwerk in der Größe 1 Host. Im Gegensatz zum Supernetting wird der zusammengefasste Bereich als ein einziges Netzwerk betrachtet, so dass nur die erste und letzte Adresse des Bereichs nicht für die Adressierung von Hosts verwendet werden kann. Und dann funktioniert unter CIDR auch das, was in unserem letzten Beispiel vom Supernetting den Umstieg auf das nächst größere Netzwerk notwendig gemacht hat.

Wenn CIDR angewendet wird, dann wird die Subnetzmaske oft auch in der CIDR-Notation dargestellt. Die Subnetzmaske 255.255.255.0 lautet in der CIDR-Notation /24. Der Wert hinter dem Schrägstrich gibt dabei die Anzahl der Netzwerkbits an. Um auf die Anzahl der Hostbits zu kommen, muss nun lediglich die Anzahl der Netzwerkbits von der Gesamtanzahl der möglichen Bits (32) subtrahiert werden.

Beispiel:

192.168.31.0

255.255.255.0

wird in der CIDR-Notation zu

192.168.31.0 /24

Bis dahin.

Rüdiger und Mario

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Supernetting ist das Zusammenfassen mehrerer hintereinanderliegender Klasse-C-Netzwerke zu einem neuen und größeren Netzwerk. Da ein Klasse-C-Netzwerk insgesamt 256 Adressen unterstützt, müsste für eine Netzwerkgröße 280 Hosts in einem öffentlichen Netzwerk ein Klasse-B-Netzwerk erworben werden – und dass wäre eine Verschwendung von IP-Adressen. Deswegen wurde Supernetting entwickelt, was bis Mitte der 90er Jahre in dieser Form durchaus Bestand hatte.

Gehen wir von den 280 Hosts aus. Um ein Netzwerk für 280 Hosts zu erstellen, müssen wir im dritten Oktett von rechts nach links aus einem Netzwerkbit ein Hostbit machen.

Standardsubnetzmaske eines Klasse-C-Netzwerks:

11111111.11111111.11111111.00000000

255.255.255.0

Wird nun im dritten Oktett aus dem letzten Netzwerkbit ein Hostbit gemacht, so ergibt das einen neuen Subnetzmaskenwert

11111111.11111111.11111110.00000000

255.255.254.0

Nun haben wir insgesamt 9 Hostbits. Mit diesen 9 Hostbits lassen sich 512 Hosts adressieren. 512 Hostbits sind zwei Klasse-C-Netzwerke, die zusammengefasst werden müssen. Es müssen zwei hintereinander liegende Netzwerke sein. Bei dem gegebenen Netzwerk 192.168.31.0 könnten das also die Netzwerke 192.168.30.0 und 192.168.31.0 sein, aber auch 192.168.31.0 und 192.168.32.0. Nur eine der beiden Kombinationen ist geeignet! Doch welche? Wenn wir im dritten Oktett bei 0 anfangen zu zählen, dann ergeben sich Zusammengehörigkeiten 0 und 1, 2 und 3, 4 und 5, 6 und 7 und so weiter. Die Bereiche fangen also immer mit einer geraden Zahl an. Das bedeutet in unserem Beispiel: 30 und 31 gehören zusammen. Wenn man die Binärwerte schreibt, wird es direkt deutlich.

Doch wie viele Hosts können wir tatsächlich verwenden. Beim Supernetting als Zusammenfassen von Klasse-C-Netzwerken müssen pro Klasse-C-Netzwerk zwei Hosts abgezogen werden. Das bedeutet, dass anstelle der 512 Hosts tatsächlich nur 508 adressiert werden können.

Wie schaut das mit einem Netzwerk für 766 Hosts aus? Hierzu müssen wir zunächst den nächsten dezimal dargestellten Binärwert ermitteln. Das ist in diesem Fall 1024. Dieser Wert entspricht 4 Klasse-C-Netzwerken. Doch welche gehören zusammen? Die Netzwerke 192.168.28.0 bis 192.168.31.0 oder 192.168.29.0 bis 192.168.32.0 oder 192.168.30.0 bis 192.168.33.0 oder 192.168.31.0 bis 192.168.34.0? Wir wissen noch, dass die zusammengehörenden Netzwerke im dritten Oktett mit einem geraden Wert beginnen. Damit entfallen die zweite und die vierte Möglichkeit. Welche der beiden anderen ist nun die richtige? Eine einfache Methode, dies festzustellen ist die folgende: Wir müssen die Anzahl der Netzwerke ermitteln, das war in unserem Fall 4. Nun dividieren wir den Wert des dritten Oktetts mit der Anzahl der Netzwerke und vergleichen die Vorkommanteile miteinander. Alle Ergebnisse mit demselben Vorkommaanteil gehören zusammen. Im ersten Fall ist der erste Wert 28, der letzte 31. 28 dividiert durch 4 ist 7, 31 dividiert durch 4 ist 7,75. Der Vorkommaanteil ist identisch, die Bereiche gehören also zusammen. Machen wir die Probe für den dritten Fall, hier beginnt der Bereich mit 30 und endet mit 33. 30 dividiert durch 4 ist 7,5, 33 dividiert 4 ist 8,25. Der Vorkommateil ist nicht identisch, die Bereiche gehören also nicht zusammen! Übrigens, da wir vier Netzwerke haben, müssen wir pro Netzwerk 2 Hosts abziehen, das bedeutet, dass anstelle von 1024 Host nur 1016 verwendet werden können.

Nehmen wir ein letztes Netzwerk: 2033 Hosts. Der nächste dezimal dargestellte Binärwert ist 2048. Das entspricht 8 Klasse-C-Netzwerken. Bei unserem gegebenen Netzwerk 192.168.31.0 stellt sich wieder die Frage, welche Netzwerke zusammengehören. Das sind die Netzwerke 192.168.24.0 bis 192.168.31.0. Testen wir dies: der Wer des dritten Oktetts dividiert durch die Anzahl der Netzwerke und Vergleich des Vorkommaanteils: 24 dividiert durch 8 ist 3; 31 dividiert durch 8 ist 3,875; die Vorkommaanteile sind identisch, die Bereiche gehören zusammen. Für jedes Klasse-C-Netzwerk sind 2 Hosts abzuziehen: 2048 minus 16 ergibt 2032. 2033 Hosts sollte aber unser Netzwerk unterstützen. Das bedeutet, dass beim Supernetting hier auf das nächst größere Netzwerk umgestellt werden muss: 4096.

Der nächste Artikel behandelt CIDR.

Bis dahin.

Rüdiger und Mario

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Im ersten Teil der Serie ging es darum einen Überblick über TPC/IP zu geben. Heute geht es um die Adressklassen.

Adressklassen

In der Anfangszeit von IPv4 wurden für die Anforderungen an die unterschiedlichen Unternehmensgrößen drei Netzwerkgrößen definiert, die in sogenannten Adressklassen hinterlegt waren. Die Adressklassen wurden anhand des Werts im ersten Oktett identifiziert. Zu jeder Adressklasse gibt es eine Standardsubnetzmaske, welche die Anzahl der Hosts in dem jeweiligen Netzwerk definiert.

Klasse A.

0 _ _ _ _ _ _ _

In einem Klasse-A-Netzwerk ist das erste Bit immer 0. Hier kann über die letzten 7 Bit verfügt werden. Die möglichen Werte in diesem ersten Oktett sind somit von 0 bis 127. Ein solches Klasse-A-Netzwerk verfügt über die Standardsubnetzmaske 255.0.0.0. Somit sind pro Netzwerk 256*256*256 Hosts möglich, das sind 16.777.216 Adressierungsmöglichkeiten. Davon wird die erste und die letzte Adresse abgezogen (Netzwerk- bzw. Broadcastadresse).

Klasse B.

1 0 _ _ _ _ _ _

In einem Klasse-B-Netzwerk sind die beiden ersten Bits immer 10. Hier kann über die letzten 6 Bit verfügt werden. Die möglichen Werte in diesem ersten Oktett sind somit von 128 bis 191. Ein solches Klasse-B-Netzwerk verfügt über die Standardsubnetzmaske 255.255.0.0. Somit sind pro Netzwerk 256*256 Hosts möglich, das sind 65.536 Adressierungsmöglichkeiten. Davon wird die erste und die letzte Adresse abgezogen (Netzwerk- bzw. Broadcastadresse).

Klasse C.

1 1 0 _ _ _ _ _

In einem Klasse-C-Netzwerk sind die drei ersten Bits immer 110. Hier kann über die letzten 5 Bit verfügt werden. Die möglichen Werte in diesem ersten Oktett sind somit von 192 bis 223. Ein solches Klasse-C-Netzwerk verfügt über die Standardsubnetzmaske 255.255.255.0. Somit sind pro Netzwerk 256 Hosts möglich. Davon wird die erste und die letzte Adresse abgezogen (Netzwerk- bzw. Broadcastadresse).

Es gibt noch zwei weitere Adressklassen, die aber nicht für die eindeutige Adressierung in einem Netzwerk herangezogen werden, sondern andere Aufgaben erfüllen. Für eine weitere Form der Netzwerkkommunikation gibt es Adressen, die einen Host als Mitglied einer Gruppe identifizieren. Das sind die Multicastadressen. Bei Multicastadressen sind die ersten vier Bit immer 1110. Somit ergibt sich ein Wertebereich im ersten Oktett von 224 bis 239. Für Multicastadressen gibt es keine Standardsubnetzmaske. Ein reservierter Bereich schließt die Adressklassen ab. Hier sind die ersten vier Bits immer 1111. Damit ergibt sich ein Wertebereich im ersten Oktett zwischen 240 und 255.

Mit der Entwicklung von NAT (Network Address Translation) wurden von der der zuständigen Internetorganisation IANA einige Adressbereiche für die Erstellung privater, nicht im öffentlichen Internet weiterleitbaren Unternehmensnetzwerke aus den ersten drei Adressklassen entnommen. In der Klasse A sind das die Adressen von 10.0.0.1 bis 10.255.255.254, in der Klasse B sind das die Adressen von 172.16.0.1 bis 172.31.255.254 und in der Klasse C sind das die Adressen von 192.168.0.1 bis 192.168.255.254. Weiterhin ist Adressbereich mit dem Wert 127 im ersten Oktett für den lokalen TCP/IP-Stack als Loopback reserviert. Und last but not least geht auch die 0 im ersten Oktett nicht.

Im Bereich der öffentlichen Adressen führte die Vergabe ganzer Adressklassen zur Bildung von Unternehmensnetzwerken schnell zum Kollaps. Weil ja NAT und private IP-Adressbereiche eingeführt wurden, war es nicht mehr notwendig, ganze Adressklassen an Unternehmen zu verteilen, so dass durch geeignete Maßnahmen nur noch Teile eines Klasse-C-Netzwerks oder ein Vielfaches eines Klasse-C-Netzwerks vergeben werden musste.

Bei den Maßnahmen handelt es sich um Subnetting bzw. Supernetting.

Das war’s für heute mit den Adressklassen im nächsten Artikel geht es um Subnetting.

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Rüdiger und Mario

TCP/IP

Die Geschichte von TCP/IP reicht bis in die Mitte der 70er Jahre des letzten Jahrhunderts zurück, als die erste Spezifikation der Version 4 (IPv4) veröffentlicht wurde. TCP/IP wurde anfangs nur vom amerikanischen Militär, von Behörden und Bildungseinrichtungen genutzt, mit Entstehung der ersten Internet Service Provider Mitte der 80er Jahre kam dann aber sehr schnell die kommerzielle und private Nutzung hinzu. Durch die dadurch entstandene explosionsartige Ausbreitung der Nutzung des Internets durch den Gedanken der eindeutigen Punkt-zu-Punkt-Verbindung von Computern im Internet zeichnete sich schnell ein Mangel an verfügbaren Adressen ab. Dieser Knappheit an verfügbaren eindeutigen IP-Adressen für die Kommunikation im Internet konnte man anfangs durch das Aufsplitten großer Netzwerke in kleinere Netzwerke und durch die Entwicklung von NAT (Network Address Translation) und der damit verbundenen Abtrennung von IP-Adressen für ausschließlich private Netzwerke entschärfen, dennoch war das Ende der Verfügbarkeit von öffentlich zugänglichen IPv4-Adressen abzusehen und man machte sich Gedanken über die Vergrößerung des Adressbereichs. Dies führte zur Entwicklung von IPv6.

Im folgenden werden die beiden Versionen vorgestellt.

IPv4.

Wenn zwei Netzwerkgeräte miteinander kommunizieren wollen, benötigen sie ein eindeutiges Kriterium für die Identifizierung.

Die IP-Adresse z.B. 192.168.0.1 ist dieses eindeutige Kriterium. Sie identifiziert den Host (Netzwerkgerät) eindeutig im Netzwerk (genaugenommen den Netzwerkadapter im Host – aber für unsere Zwecke tut’s auch die einfach Definition). Nun stecken aber zwei Informationen in dieser IP-Adresse: die Information über das Netzwerk und die Information über den Host in diesem Netzwerk. Welche Werte nun die Netzwerkinformation und welche die Hostinformationen darstellen, das gibt diese IP-Adresse leider nicht so ohne weiteres preis. Wir benötigen also eine weitere Information. Dabei handelt es sich um die Subnetzmaske.

Der Wert 255.255.255.0 stellt die Subnetzmaske dar. Die Subnetzmaske trennt innerhalb der IP-Adresse den Hostanteil vom Netzwerkanteil durch maskieren.

Die dezimal dargestellten Werte von IP-Adresse und Subnetzmaske sind natürlich für uns lesbarer als die Bitwerte, die der Computer für die Verarbeitung benötigt. IP-Adresse und Subnetzmaske bestehen aus jeweils 32 Bit, die in vier Blöcke zu jeweils 8 Bit (Oktette) unterteilt sind, die jeweils durch einen Punkt voneinander getrennt werden.

IP-Adresse

11000000 . 10101000 . 00011111 . 00000000

192 . 128 . 31 . 0

Subnetzmaske

11111111 . 11111111 . 111111111 . 00000000

255 . 255 . 255 . 0

In der Subnetzmaske von links nach rechts durchgehend gesetzte Bits (1) definieren an derselben Stelle in der IP-Adresse den Netzwerkteil (Netzwerk-ID), von rechts nach links durchgehend nicht gesetzte Bits (0) definieren an derselben Stelle in der IP-Adresse den Hostanteil im Netzwerks (Host-ID). Somit stellen die ersten 24 Bit in der IP-Adresse die Netzwerk-ID dar, die letzten 8 Bit die Host-ID.

Die Anzahl von Netzwerk- und Hostbits ergibt immer die Anzahl von 32 Bit; an welcher Stelle die Grenze zwischen den Netzwerkbits und Hostbits liegt, hängt davon ab, wie viele Hosts im Netzwerk unterstützt werden.

Nicht alle Hostbits sind jedoch für die Adressierung von Hosts im Netzwerk nutzbar. Es gelten folgende beide Ausnahmen: wenn alle Hostbits einer IP-Adresse den Wert 0 enthalten, dann handelt es sich um die Adresse des Netzwerks (z.B. 192.168.31.0); wenn alle Hostbits den Wert 1 enthalten, dann handelt es sich um die Broadcastadresse des Netzwerks (Broadcast ist eine spezielle Form der Kommunikation in einem Netzwerk).

Um von der Binärdarstellung zur Dezimaldarstellung zu kommen, muss jedes Oktett für sich alleine betrachtet werden. Dabei besitzt jede Stelle innerhalb des Oktetts eine bestimmte Wertigkeit:

_ _ _ _ _ _ _ _

128 64 32 16 8 4 2 1

2⁷ 2⁶ 2⁵ 2⁴ 2³ 2² 2¹ 2⁰

Ist an der entsprechenden Stelle _ ein Bit gesetzt (1), so wird die darunter stehenden Wertigkeit aufaddiert, ist das Bit nicht gesetzt (0), so wird die darunter stehende Wertigkeit ignoriert.

Beispiel:

1 0 1 0 1 0 0 0

128 32 8

Die Wertigkeiten der gesetzten Bits werden aufaddiert (128+32+8 = 168); die Wertigkeiten der nicht gesetzten Bits werden ignoriert.

Um von einem Dezimalwert auf den entsprechenden Binärwert zu kommen, müssen wir wie folgt vorgehen: der Dezimalwert wird durch 2 dividiert. Ist ein Nachkommateil vorhanden, wird eine 1 notiert, ist kein Nachkommateil vorhanden, wird ein 0 notiert. Die Notation geht dabei von rechts nach links. Die jeweils nächste Division wird immer nur mit dem Vorkommateil (Integerzahl) durchgeführt. Ist die Division bei 0 angekommen, ist die Berechnung beendet.

Beispiel:

168 soll als Binärwert dargestellt werden. Wir dividieren 168 durch 2, das ergibt 84. Da kein Nachkommateil vorhanden ist, notieren wir 0. Nun wird die 84 durch 2 dividiert, das ergibt 42. Wieder kein Nachkommateil, wir fügen links eine weitere 0 an und notieren 00. 42 wird durch 2 dividiert, das ergibt 21. Kein Nachkommateil, wir fügen also links eine weitere 0 an, ergibt 000. 21 durch 2 ergibt 10,5. Nun haben wir einen Nachkommateil, wir fügen also linksbündig eine 1 an, ergibt 1000. Wir machen mit dem Vorkommateil weiter: 10 dividiert durch 2 ergibt 5; kein Nachkommateil, also wird linksbündig eine 0 angefügt, ergibt 01000. 5 dividiert durch 2 ergibt 2,5 und somit wieder einen Nachkommateil. Wir notieren linksbündig eine 1, das macht dann 101000. Mit dem Vorkommateil wird weitergemacht: 2 dividiert durch 2 macht 1, kein Nachkommateil, also fügen wir linksbündig eine 0 an: 0101000. 1 dividiert durch 2 ist 0,5. Hier ist wieder ein Nachkommateil vorhanden, also wird links eine 1 angefügt; das macht 10101000. Wir nehmen den Vorkommateil, der ist nun 0, und damit ist die Berechnung beendet. 168 als Binärwert lautet somit 10101000.

Wenn wir nun diese 8 Bit eines Oktetts betrachten, dann ist die größtmögliche Zahl, welche dezimal darstellbar ist, die Addition aller Wertigkeiten, wenn alle Bits gesetzt sind; das ergibt einen Wert 255. Wenn kein Bit gesetzt ist, ist der Wert 0. Von 0 bis 255 zählen wir also 256 Werte. Wir können somit sagen, dass mit 8 Bit insgesamt 256 Elemente dargestellt werden können.

Diese 8 Bit sind natürlich nicht das Maß aller Dinge. Haben wir nur 7 Bit, dann ist der größtmögliche Wert 128, bei 6 Bit 64, bei 5 Bit 32, bei 4 Bit 16, bei 3 Bit 8, bei 2 Bit 4 und bei 1 Bit 2. Natürlich hört das in der Folge nach links nicht auf, die Wertigkeiten verdoppeln sich von rechts nach links: beim 9. Bit von rechts liegt die Wertigkeit bei 256, beim 10. Bit bei 512, beim 11. Bit bei 1024, beim 12. Bit bei 2048 und so weiter. Wenn wir die größtmögliche Anzahl der Elemente für 9 Bit berechnen, so müssen wir die Wertigkeit dieses 9. Bits zu den restlichen 8 hinzufügen, das ergibt dann 512. Mit 9 Bit ergibt sich also ein Wert von 512, mit 10 Bit 1024 mit 11 Bit 2048, mit 12 Bit 4096 und so weiter.

Das war’s für heute zum Überblick. Im nächsten Teil schauen wir uns dann die Adressklassen an.

Rüdiger Vasa

Mario Carla

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TCP/IP V4

• Überblick (11.5.2010)
• Adressklassen (14.5.2010)
• Subnetting (18.5.2010)
• Supernetting (21.5.2010)
• CIDR (Classless Interdomain Routing) (23.5.2010)

TCP/IP V6

• Überblick (25.5.2010)
• 128 Bit lesbar gemacht: verkürzte hexadezimale Schreibweise (28.5.2010)
• 128 Bit und was sie für die Computerwelt bedeuten (1.6.2010)

Viel Spass dabei!

Rüdiger Vasa

Mario Carla

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Im nächsten Teil der Serie zum WDS wird Frank dann darüber berichten, was alles zu einer WDS Umgebung gehört.

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Gruß Mario