3 IP-Adressierung

IP-Adressierung
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IP-Adressierung
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1.1
Zwei grundlegende Zahlsystemideen
Additives Zahlsystem
Bsp.: Römische Zahlen
I, II, III, IIII, V, VI, VII, VIII, VIIII, X usw. L, C, D, M
II
II
IV
IX
Kennzeichen: Immer wenn die Darstellung von Zahlen mittels Zeichen kleinerer
Zahlen zu unübersichtlich wird, werden neue Zeichen erfunden.
Findet immer noch Anwendung im Geldwesen der heutigen Zeit!
1.2
Stellenwertsystem
Bsp.: Heute gebräuchliches Zahlensystem (Dezimalsystem)
Zunächst Grundsatzentscheidung, für welche Anfangszahlen eigene Zeichen
gewählt werden: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9; 0
Wenn letztes Zeichen „verbraucht“, geht’s wieder mit dem ersten los an nächster
Stelle usw. Für leere Stellen musste „0“ erfunden werden.
235 = 200 + 30 + 5 = 2·100 + 3·10 + 5·1 = 2·102 + 3·101 + 5·100
Fazit: Im Dezimalsystem werden Zahlen als Potenzen der Basiszahl 10 dargestellt
(Basiszahl 10 = Anzahl der verwendeten Zeichen)
2
Binärzahlen
Zahlen des Stellenwertsystems, das mit minimalstem Zeichenvorrat auskommt,
nämlich 0 und 1, bzw. Zahlsystem, in welchem die Zahlen als Potenzen der
Basiszahl 2 dargestellt werden.
11101011 = 1·27 + 1·26 +1·25 +0·24 +1·23 +0·22 +1·21 +1·20
II
II
II
II
II
II
II
II
128
2.1
64
32
16
8
4
Umrechnung: Binär  Dezimal
Musterbsp.:
11101011 = ...
(Rechne im Kopf: 128 plus 64 plus 32 plus 8 plus 2 plus 1)
... = 235
Übungsbsp.:
10100111.11011000.10010010.00000101 = Lösung1
11000011.11001010.10011011.10101100 = Lösung2
© by Wolf-Dietrich Enzi, März 2002
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2.2
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Umrechnung: Dezimal  Binär
Musterbsp.:
235 = ...
(Rechne im Kopf: Welche Zahlen der Reihe 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2 ,1 passen in 235
hinein? Für die passenden schreibe 1, sonst 0!)
... = 11101011
Übungsbsp.:
213.165.65.100 (www.gmx.at) = Lösung3
129.42.18.99 (www.ibm.com) = Lösung4
62.26.209.180 (www.dokuwelt.de) = Lösung5
193.171.119.162 (www.peraugym.at) = Lösung6
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IP-Adressierung
Ist die Zuweisung einer IP-Adresse an ein Gerät zwecks eindeutiger Identifizierung
desselben innerhalb eines Netzwerkes, welches das IP-Protokoll verwendet.
3.1
IP-Adressen
IP-Adresse = Zahl, bestehend aus 4 x 8 Bits, durch Punkte getrennt, z. B.:
10000000.00011001.10000100.10101111
128
.
25
. 132
. 175
Verkompliziert wird die IP-Adressierung durch den Umstand, dass mehrere
eigenständige Netzwerke miteinander verbunden werden, weswegen IP-Adressen
außer der Identifizierung des Hostgerätes auch eine Netzwerkinformation enthalten
müssen.
Jede IP-Adresse setzt sich aus der sogenannten Netz-ID und der Host-ID
zusammen, z. B.
128.25.132.175
Netz-ID
Host-ID
Die Netz-ID dient dazu, das Netzwerk zu finden, in dem der Zielrechner eines
Datentransportes liegt, über die Host-ID wird der Zielrechner innerhalb des
Netzwerkes identifiziert.
Je weniger Bits für die Netz-ID verwendet werden, desto mehr Bits verbleiben für die
Host-ID und damit Anzahl an Rechnern für das Netz. Beispielsweise kann ein
Netzwerk mit einer 16-bittigen Netz-ID wie in obigem Beispiel 216 – 2 = 65.534
Rechner beherbergen. (128.25.0.0 steht für das Netzwerk und 128.25.255.255 ist die
sogenannte Broadcast-Adresse)
Um den unterschiedlichen Bedürfnissen der kleinen, mittleren und großen
Unternehmen gerecht zu werden, wurden die folgenden Klassen von IP-Adressen
geschaffen:
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Bit-Position
Klasse A:
1
2-8
0
Bit-Position
Klasse B:
Bit-Position
Klasse C:
9-32
Netz-ID
Host-ID
1
2
3-16
17-32
1
0
1
2
3
Netz-ID
4-24
Host-ID
25-32
1
1
0
Netz-ID
Host-ID
In der Dezimalschreibweise erkennt man die Klasssen an der 1. Zahl wie folgt:
Klasse A: 1-126.x.x.x
Klasse B: 128-191.x.x.x
Klasse C: 192-223.x.x.x
[Klasse D: 224-239.x.x.x nicht öffentlich, für Multicasting
Klasse E: 240-255.x.x.x nicht öffentlich, für Forschung]
Ergänzend zum Klassenadressierungsschema ist noch zu bemerken, dass in jeder
der drei Klassen A, B und C einige Netzwerkadressen im Internet nicht geroutet
werden können, weil sie dem Einsatz in privaten LANs vorbehalten sind:
10.0.0.0 bis 10.255.255.255 (1 Netz)
172.16.0.0 bis 172.31.255.255 (16 Netze)
192.168.0.0 bis 192.168.255.255 (255 Netze)
Die Netz-ID 127.x.x.x ist eine sogenannte Loopback-Adresse, die nur zu
Testzwecken eingesetzt wird. (z. B. lässt sich mit ping 127.0.0.1 der eigene
TCP/IP-Stack auf korrekte Funktionsweise prüfen.)
Übung: Welcher Adressklasse gehören die folgenden IP-Adressen an? Wie lautet die
Netz-ID? (Dezimal und binär!)
142.4.218.198  Lösung7
62.170.3.254  Lösung8
197.33.240.13  Lösung9
3.2
Subnetting
Beim Subnetting wird ein Netzwerk der Klasse A, B oder C in mehrere Teilnetze
zerlegt. Dies soll dem Bedürfnis eines Unternehmens entgegenkommen, innerhalb
des ihm zugeteilten Netzwerkes der Klasse A, B oder C mehrere Teilnetze betreiben
zu können.
Der Schlüssel für das Erzeugen von Teilnetzen ist die sogenannte Subnetzmaske.
Diese gibt an, wie viele bzw. welche Bits in einer IP-Adresse für die Netz-ID
verwendet werden und ist standardmäßig für eine Klasse A-Adresse 255.0.0.0,
für eine Klasse B-Adresse 255.255.0.0 und für eine Klasse C-Adresse
255.255.255.0.
Auf der Ebene der Binärzahlen wird aus einer beliebigen IP-Adresse und
vorgegebener, zugehöriger Subnetzmaske die zugrundeliegende Netzwerkadresse
durch logische UND-Verknüpfung von IP-Adresse und Subnetzmaske gewonnen:
IP-Adresse: 131.12.180.3  10000011.00001100.10110100.00000011
 11111111.11111111.00000000.00000000
Subnetzmaske: 255.255.0.0
131.12.0.0
 10000011.00001100.00000000.00000000
Netzwerkadresse:
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Beim Subnetting wird nun grundsätzlich die Anzahl der Bits, die für die Netz-ID
verwendet werden, auf Kosten der Anzahl der Bits, die für die Host-ID gebraucht
werden, erhöht. Beispielsweise verwendet eine Klasse B-Netzwerkadresse die
ersten 16 Bits, die zweiten 16 Bits identifizieren die Rechner dieses Netzwerkes,
nämlich 216 – 2 = 65.534. Eine Standard-Klasse B-Netzwerkadresse definiert also ein
einziges Netzwerk mit 65.534 möglichen Geräten. Würde man nun im Zuge eines
Subnettings der Netz-ID drei weitere Bits hinzufügen, so verblieben der Host-ID nur
mehr 13 Bits und das Klasse B-Netzwerk bestünde aus 23 = 8 Teilnetzen mit 213 – 2
= 8190 möglichen Hosts in jedem Teilnetz. Die zugehörige Subnetzmaske müsste
nun Einsen an den ersten 19 Stellen stehen haben, also in Dezimalschreibweise
lauten: 255.255.224.0. Das Teilnetz, welchem eine vorgegebene IP-Adresse
angehören muß, wird wie folgt berechnet:
IP-Adresse: 131.12.180.3  10000011.00001100.10110100.00000011
Subnetzmaske: 255.255.224.0  11111111.11111111.11100000.00000000
Netzwerkadresse: 131.12.160.0  10000011.00001100.10100000.00000000
In der Praxis muß das Subnetting in einem Unternehmen gut überlegt sein, weil eine
nachträgliche Änderung in der Regel einen enormen Verwaltungsaufwand für den
Netzwerkadministrator bedeutet. Folgende Fragen sind vorab unbedingt zu
beantworten:
1. Wieviele Subnetze benötigt das Unternehmen zur Zeit, wie viele sollen es in
Zukunft werden?
2. Welche Anzahl an Hosts benötigt das größte Teilnetz zur Zeit, welche Zahl ist
in Zukunft zu erwarten?
Nehmen wir nun beispielsweise an, das Unternehmen FEM GmbH verfügt über ein
Klasse C-Netzwerk mit der Adresse 210.14.12.0. Es benötigt zur Zeit 5 Teilnetze,
schätzt aber, dass es künftig 8 brauchen wird. Derzeit und in Zukunft wird die größte
Anzahl an Hosts in einem Teilnetz mit 30 eingestuft. Wie soll der
Netzwerkadministrator das Klasse C-Netz teilen?
Wegen 23 = 8 müssen der Host-ID 3 Bits weggenommen werden, wonach 25 – 2 =
30 Plätze pro Netz bleiben. Die Bedürfnisse von FEM GmbH sind also gerade noch
zu erfüllen. Das Klasse C-Netz wird somit in folgende Teilnetze zerlegt:
Subnetz
210.14.12.0
210.14.12.32
210.14.12.64
210.14.12.96
210.14.12.128
210.14.12.160
210.14.12.192
210.14.12.224
Niedrigste Host-ID
210.14.12.1
210.14.12.33
210.14.12.65
210.14.12.97
210.14.12.129
210.14.12.161
210.14.12.193
210.14.12.225
Höchste Host-ID
210.14.12.30
210.14.12.62
210.14.12.94
210.14.12.126
210.14.12.158
210.14.12.190
210.14.12.222
210.14.12.254
Broadcast
210.14.12.31
210.14.12.63
210.14.12.95
210.14.12.127
210.14.12.159
210.14.12.191
210.14.12.223
210.14.12.255
Kontrolle: Berechnung, welchem Teilnetz der Host 210.14.12.140 angehört:
 11010010.00001110.00001100.10001100
IP-Adresse: 210.14.12.140
Subnetzmaske: 255.255.255.224  11111111.11111111.11111111.11100000
 11010010.00001110.00001100.10000000
Netzwerkadresse: 210.14.12.128
Noch komplizierter gestaltet sich das Subnetting, wenn man Subnetze
unterschiedlicher Größe anlegen muß. Das folgende Beispiel diene zur Illustration.
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Angenommen, eine Firma benötigt 5 LANs und 3 Verbindungsnetze:
V1
V2
V3
R1
R1
R1
R1
E2
E3
E4
E5
E1
Die Anzahl der PCs in den einzelnen LANs ist folgende: E1 ... 4, E2 ... 23, E3 ... 51,
E4 ... 12, E5 ... 26. Die Firma hat die Klasse C-Adresse 210.14.203.0 zugeteilt
bekommen. Welche Subnetze sollen gebildet werden? Ein Subnetting mit gleich
großen Teilnetzen geht nicht, weil 8 x 64 = 512 > 256. (Die größte PC-Anzahl, also
51, hat die Notwendigkeit von 64er-Teilnetzen im Gefolge!) Also passen wir die
Teilnetzgrößen ihren Bedürfnissen an:
E1: 8er – Netz
E2: 32 – Netz
E3: 64er – Netz
E4: 16er – Netz
E5: 32er – Netz
V1 bis V3: 4er – Netze
Damit benötigen wir insgesamt 3 x 4 + 8 + 16 + 2 x 32 + 64 = 164 < 256 Adressen.
Wir beginnen mit dem 64er – Netz. Es gibt für ein 64er – Netz im Adressraum 0 –
255 grundsätzlich 4 Möglichkeiten: 0 – 63, 64 – 127, 128 – 191, 192 – 255. Die erste
und die letzte sollte vermieden werden, also bleibt zwischen der zweiten und dritten
zu entscheiden: Ordnen wir das LAN E3 dem Bereich 64 – 127 zu. Dann gilt:
Bezeichnung
E3
Subnetz-ID
210.14.203.64
Bereich
Broadcast
Subnetzmaske
210.14.203.65–126 210.14.203.127 255.255.255.192
An 32er – Netzen benötigen wir zwei. Grundsätzlich gibt es folgende Möglichkeiten:
0 – 31, 32 – 63, 64 – 95, 96 – 127, 128 – 159, 160 – 191, 192 – 223, 224 – 255. Die
erste und letzte Möglichkeit vermeiden wir, die dritte und vierte ist bereits vergeben,
also bleit die Wahl zwischen 32 – 63, 128 – 159, 160 – 191, 192 – 223. Ordnen wir
die LANs E2 und E3 den Bereichen 128 – 159 und 160 – 192 zu. Dann gilt:
Bezeichnung
Subnetz-ID
Bereich
Broadcast
Subnetzmaske
210.14.203.128 210.14.203.129–158 210.14.203.159 255.255.255.224
E2
210.14.203.160 210.14.203.161-190 210.14.203.191 255.255.255.224
E5
Das 16er – Netz für das LAN E4 und das 8er – Netz für das LAN E1 wollen wir
ebenfalls unmittelbar an die schon vergebenen Adressenbereiche anschließen:
Bezeichnung
Subnetz-ID
Bereich
Broadcast
Subnetzmaske
210.14.203.192 210.14.203.193–206 210.14.203.207 255.255.255.240
E4
210.14.203.208 210.14.203.209-214 210.14.203.215 255.255.255.248
E1
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Abschließend fehlt noch die Zuteilung der drei 4er – Netze für V1, V2 und V3, wofür
noch folgende Möglichkeiten offenstehen: 0 – 3, 4 – 7, 8 – 11, 12 – 15, ..., 60 – 63,
216 – 219, 220 – 223, ..., 252 – 255. Entscheiden wir uns dafür, sie soweit wie
möglich am Anfang zu adressieren:
Bezeichnung
V1
V2
V3
Subnetz-ID
210.14.203.4
210.14.203. 8
210.14.203.12
Bereich
210.14.203.5–6
210.14.203. 9-10
210.14.203.13-14
Broadcast
210.14.203.7
210.14.203.11
210.14.203.15
Subnetzmaske
255.255.255.252
255.255.255.252
255.255.255.252
Damit ist das Subnetting abgeschlossen. Welche Adressbereiche sind frei
geblieben?  Lösung10
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Lösung1: 167.216.146.5 (cisco.netacad.net)
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Lösung2: 195.202.155.172 (www.edu.ecdl.at)
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Lösung3: 11010101.10100101.01000001.01100100
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Lösung4: 10000001.00101010.00010010.01100011
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Lösung5: 00111110.00011010.11010001.10110100
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Lösung6: 11000001.10101011.01110111.10100010
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Lösung7: Klasse B
142.4.0.0 bzw. 10001110.00000100.00000000.00000000
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IP-Adressierung
Lösung8: Klasse A
62.0.0.0 bzw. 00111110.00000000.00000000.00000000
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Lösung9: Klasse C
197.33.240.0 bzw. 11000101.00100001.11110000.00000000
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IP-Adressierung
Lösung10:
210.14.203.16-63
210.14.203.216-255
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