Adressierung in Netzwerken

Adressierung in
Netzwerken
Gehalten von Franziska Ebert
09.01.2006 [email protected]
Themenübersicht
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IP Adresse
Definition Netzwerk-/Hostkennung
IP Header
Netzwerkklassen
Classless Inter-Domain Routing
DNS
IANA
RIR
Automatische Adressvergabe
Subnet
Berechnungen
Subnetting
IPv 6
IP-Adresse
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Definition
Subnetmask / Netzwekklassen
Richtlinien
Arten von IP-Adressen
Aufbau des Headers
Definition
 Die IP-Adresse ist eine 32-Bit-Zahl, die einen
Host (Computer oder anderes Endgerät) in
einem TCP/IP Netz eindeutig kennzeichnet
 Sie besteht aus vier 8-Bit-Abschnitten (auch
Oktetts genannt) mit einem maximalen
Dezimalwert von 255 und einem minimalen
von 0
 Sie besteht aus einem Netz- und einen
Hostanteil
Definition Netzwerk/Hostkennung
 die Netzwerkkennung
bestimmt ein
physikalisches
Netzwerk und muss
bei allen Geräten
dieses Netzwerkes
gleich sein
 die Hostkennung
bestimmt ein Gerät in
dem Netzwerk und
muss daher innerhalb
des Netzwerkes
eindeutig sein
Schreibweisen
Zwei Schreibweisen sind möglich: Dezimale oder
binäre, die Oktetts immer durch Punkt getrennt
z.B. Dezimal 192.168.0.1 bzw. BCD (Binary Coded
Decimal)
11000000. 10101000.00000000.00000001
Allgemeine Richtlinien
 Die Netzwerkennung kann nicht 127 lauten, da sie für Loopback
und Diagnosefunktionen vorgesehen ist
 Nicht alle Bits dürfen den Binärwert 1 haben, da sie ansonsten als
Broadcast interpretiert wird
 Nicht alle Bits dürfen den Binärwert 0 haben, da dies die
Bedeutung „nur dieses Netzwerk“ hat.
 Die Hostkennung muss innerhalb des lokalen Bereichs eindeutig
sein
 Wenn eine Verbindung mit dem öffentlichen Raum hergestellt
wird, muss auch dort die Kennung eindeutig sein (siehe NAT)
 Jede IP Adresse braucht eine Subnetmask
 Dies kann entweder die Standardmaske des Netzwerkklassentyps
sein, oder eine benutzerdefinierte Maske sein, sollten Subnetze
verwendet werden
IP Header Aufbau
Erklärung IP Header Aufbau 2
 Version
 Kennzeichnet die IP-Protokollversion
 IHL (Internet Header Length)
 Die Angabe der Länge des IP-Headers erfolgt in 32-BitWorten (normalerweise 5). Da die Optionen nicht
unbedingt auf Wortlänge enden, wird der Header
gegebenenfalls aufgefüllt.
 Type of Service
 Alle Bits haben nur "empfehlenden" Charakter.
'Precedence' bietet die Möglichkeit, Steuerinformationen
vorrangig zu befördern.
 Total Length
 Gesamtlänge des Datagramms in Bytes (max. 64 KByte)
Erklärung IP Header Aufbau 2
 Identification
 Dieses und die beiden folgenden Felder steuern die Reassembly
Eindeutige Kennung eines Datagramms. Anhand dieses Feldes
und der 'Source Address' ist die Zusammengehörigkeit von
Fragmenten zu detektieren
 Flags
 Die beiden niederwertigen Bits haben folgende Bedeutung:
 Don't fragment: Für Hosts, die keine Fragmentierung unterstützen
 More fragments: Zum Erkennen, ob alle Fragmente eines
Datagramms empfangen wurden
 Fragment Offset
 Die Daten-Bytes eines Datagramms werden nummeriert und auf
die Fragmente verteilt. Das erst Fragment hat Offset 0, für alle
weiteren erhöht sich der Wert um die Länge des Datenfeldes
eines Fragments. Anhand dieses Wertes kann der Empfänger
feststellen, ob Fragmente fehlen
Erklärung IP Header Aufbau 2
 Time-to-live (TTL)
 Jedes Datagramm hat eine vorgegebene maximale Lebensdauer,
die hier angegeben wird. Auch bei Routing-Fehlern (z. B. Schleifen)
wird das Datagramm irgendwann aus dem Netz entfernt. Da
Zeitmessung im Netz problematisch ist, und keine Startzeit im
Header vermerkt ist, decrementiert jeder Gateway dieses Feld -->
de-facto ein 'Hop Count'
 Protocol
 Da sich unterschiedliche Protokolle auf IP stützen, muß das
übergeordnete Protokoll (ULP, Upper Layer Protocol) angegeben
werden. Wichtige ULPs sind

1: ICMP Internet Control Message P.

3: GGP Gateway-to-Gateway P.

6: TCP Transmission Control P.

8: EGP Exterior Gateway P.

17: UDP User Datagram P.
Erklärung IP Header Aufbau 2
Header Checksum
 16-Bit-Längsparität über den IP-Header (nicht die Daten)
 Source Address
 Internet-Adresse der Quellstation
 Destinantion Address
 Internet-Adresse der Zielstation
 Options
 Optionales Feld für weitere Informationen (deshalb gibt es auch die
Header-Länge). Viele Codes sind für zukünftige Erweiterungen
vorgesehen. Die Optionen dienen vor allem der Netzsteuerung, der
Fehlersuche und für Messungen. Die wichtigsten sind:

Record Route: Weg des Datagramms mitprotokollieren

Loose Source Routing: Die sendende Station schreibt
einige Zwischenstationen vor (aber nicht alle)

Strict Source Routing: Die sendende Station schreibt alle
Zwischenstationen vor.

Timestamp Option: Statt seiner IP-Adresse (wie bei Record
Route) trägt jeder Gateway den Bearbeitungszeitpunkt ein
(Universal Time)
Netzwerkklassen
Es gibt insgesamt 5 Klassen (A bis E), wobei allerdings nur
3 vom Endbenutzer zur direkten Adressierung verwendet
werden. Dies sind die Netze A , B, C
Übersicht:
Netzwerkklasse A
 Adressbereich beginnend mit 0 sprich
0.0.0.0 bis 127.255.255.255
 Netzwerkanteil: 8 Bit
 Hostanteil: 24 Bit
 Anwendung: multinationale
Unternehmen/große Firmen
Netzwerkklasse B
 Adressbereich beginnend mit 10 sprich
128.0.0.0 bis 191.255.255.255
 Netzwerkanteil: 16 Bit
 Hostanteil: 16 Bit
 Anwendung: mittlere Unternehmen
Netzwerkklasse C
 Adressbereich beginnend mit 110 sprich
192.0.0.0 bis 223.255.255.255
 Netzwerkanteil: 24 Bit
 Hostanteil: 8 Bit
 Anwendung: kleine Firmen
Netzwerkklasse D
 Multicastadressbereich
 Adressbereich beginnend mit 1110 sprich
224.0.0.0 bis 239.255.255.255
 Anwendung: Punkt zu Gruppen
Verbindung zum Beispiel Videokonferenz
Netzwerkklasse E
 AnyCast-Adressbereich
 Adressbereich beginnend mit 1111 sprich
240.0.0.0 bis 247.255.255.255
 Anycast ist eine Adressierungsart in
Computernetzen, bei der man über eine
Adresse einen einzelnen Rechner aus einer
ganzen Gruppe von Rechnern ansprechen
kann. Es antwortet derjenige, der über die
kürzeste Route erreichbar ist.
 Anwendung: Root-Servern des DNS
Classless Inter-Domain Routing
 beschreibt ein Verfahren zur effizienteren
Nutzung des bestehenden 32-Bit-IP
Adressen-Raumes. Es wurde 1993
eingeführt, um die Größe von RoutingTabellen zu reduzieren und um die
verfügbaren Adressbereiche besser
auszunutzen
Öffentlicher / privater
Adressbereich
 Die Adressbereiche der Netzwerkklassen beziehen sich auf
den öffentlichen Bereich. Darüber hinaus gibt es noch den
privaten Bereich. Diese Adressen wurden willkürlich festgelegt
und sind:
 In der Klasse A 10.0.0.0/8
 In der Klasse B 172.16.0.0/16
 In der Klasse C 192.168.0.0/ 24
 Nachdem Adressen des Privaten Bereichs im öffentlichen
Raum nicht eindeutig sind, ist eine Übersetzung mittels
NAT/PAT erforderlich
 Ein weiter Spezialadressbereich ist der des APIPA
(Automatische private IP Adressierung ). Dies ist der Bereich
169.254.0.0/16.
 Diese Bereiche werden grundsätzlich nicht geroutet
DNS Domain Name System
 verwaltet Namensraum im Internet
 Namen sind leichter als Zahlenkombinationen zu merken
 Z.B.:
 http://www.g-o-friedrich.de/ ist 82.165.0.74
 http://www.lehrer-rautenberg.de/ ist 217.160.128.233
 Änderung der IP-Adresse, ohne den Domainnamen ändern zu
müssen
 verteilte Verwaltung
 hierarchische Strukturierung des Namensraums in Baumform
 Eindeutigkeit der Namen
 Erweiterbarkeit
 DNS besteht aus: Domänennamensraum, Namenservern und
Resolver
 IDNA (Internationalizing Domain Names in Applications) zur
Übersetzung nicht ASCII-konformer Zeichen ( z.B.: Umlaute,
andereSchriften, umcodierung mit alten Zeichen)
IANA
Internet Assigned Numbers Authority
 Vergabe von IP-Netzen im Internet
 Die IANA delegiert die lokale Registration von IPAdressen an RIR´s
 Verteilung in großen Blöcken
 Auch für Zuweisung von IPv6 zuständig
 Unterabteilung von ICANN, indirekt unter dem Einfluss
des US-Wirtschaftministeriums
 IANA soll von ICANN abgekoppelt werden weil
ICCANN versucht Einfluss über die Registrys zu
nehmen
RIR
Seit Februar 2005 gibt es 5 Regionale Vergabestellen
- AfriNIC (African Network Information Centre) – zuständig für Afrika
- APNIC (Asia Pacific Network Information Centre) – zuständig für die Region
Asien/Pazifik
- ARIN (American Registry for Internet Numbers) – Nord Amerika
- LACNIC (Regional Latin-American and Caribbean IP Address Registry) –
Lateinamerika und Karibik
- RIPE NCC (Réseaux IP Européens Network Coordination Centre) – Europa,
Mittlerer Osten, Zentralasien
Die Regional Internet Registries vergeben die ihnen von der
IANA zugeteilten Netze an lokale Vergabestellen. Die
Vergabestelle für Deutschland wäre zum Beispiel die deNIC
Automatische Adressvergabe
 DHCP
 Dynamic Host Configuration
Protocol
 Baut auf BOOTP auf
 Mehr Optionen, so können
Gateway Informationen,
multiple DNS oder auch
TFTP-Serveradressen
mitgeschickt werden
 BOOTP
 Bootstrap Protocol
 Dient vorallem zu
automatischen Adressen
Vergabe an simple meist HDD
lose Endgeräten (z.B.
Druckern oder VoIP
Telephonen)
 Wenige Optionen
Subnet
 Eine Subnetzmaske ist eine 32 Bit-Zahl,
mit dem ein Teil der IP-Adresse
„maskiert“ wird, um die Netzwerkkennung
von der Hostkennung unterscheiden zu
können
 Diese wird zum Unterscheiden zwischen
Remote- und Lokalnetzwerk benutzt
Veranschaulichung
Berechnen Anzahl der
Netzwerke/Hosts
 Grundsatz: ein Bit hat 2 Mögliche Werte. Eine IP-Adresse
hat 32 Bit, daraus ergibt sich 2 hoch 32 mögliche Adressen
für Host und Netzwerke
 Zu Berücksichtigen gilt, dass die erste und letzte Adresse
immer die Broadcastadresse ist.  Formel: x=2^y-2
 x ist die Anzahl der Netzwerke oder Hosts, je nachdem ob y
die Anzahl der Netzwerk- oder Hostbits ist
 Beispiel: Netzwerkklasse A hat 8 Netzwerk- und 24 Hostbits,
daraus ergeben sich 254 Netze mit 16.777.214 Hosts
Berechnen Netzwerkadresse
 Mit Hilfe der IP-Adresse und der
Subnetzmaske lassen sich unter Einsetzung
einer logischen UND-Verknüpfung die
Netzwerkadresse errechnen
 Eine UND-Verbindung ist eine logische
Grundschaltung, für die gilt, dass die
Verknüpfung zweier Werte immer Null ergibt,
außer beide Werte sind 1, dann ergibt sich als
Wert 1
Berechnen Broadcastadresse
 Mit Hilfe der IP-Adresse und der negierten
Subnetzmaske lassen sich unter Einsetzung
einer logischen ODER-Verknüpfung die
Broadcastadresse errechnen
 Eine ODER-Verbindung ist eine logische
Grundschaltung, für die gilt, dass die
Verknüpfung zweier Werte immer 1 ergibt,
außer beide Werte sind 0, dann ergibt sich als
Wert 0
Beispiel: Klasse C-Netz
Gegeben ist ein C-Klasse-Netz mit dem Host 192.168.0.1
 BCD=11000000.10101000.00000000.00000001 (192.168.0.1)
 Subnetzmask=11111111.11111111.11111111.00000000
(255.255.255.0)
 Netzteil=11000000.10101000.00000000 (192.168.0)
 Das führt zu folgender Adressverteilung:
 Netzname=11000000.10101000.00000000.00000000
(192.168.0.0)
 Erste Adr.=11000000.10101000.00000000.00000001
(192.168.0.1)
 Letzte Adr.=11000000.10101000.00000000.11111110
(192.168.0.254)
 Broadcast=11000000.10101000.00000000.11111111
(192.168.0.255)
 Anzahl zu vergebende Adressen: 2^8 − 2 = 254
Subnetting
 Ist das Unterteilen der Netzwerkklasse in weitere Teilnetze
 Um den Adressraum besser zu nutzen, und weniger
Adressen ungenützt zu lassen
 Oder um z.B. den physischen Realzustand auch
Netzwerktechnisch abzubilden (zum Beispiel bei
Filialbetrieben)
 Die Teilnetze werden ermöglicht da man einzelne Bit der
Hostkennung noch zusätzlich zur Bestimmung der
Netzwerkkennung aufbringt. Die genaue Aufteilung der Bit in
Netzwerk- und Hostkennung wird in der so genannten
Subnetzmaske definiert, die in der Dezimalform gleich
aussieht, wie eine IP-Adresse. Allerdings haben die einzelnen
Bit in der Subnetzmaske eine andere Bedeutung
Berechnung der Subnetze
anhand eines Beispiels:
 Gegeben sei wieder unser C-Klasse-Netz 192.168.0 gefordert
sind aber insgesamt 8 Filialen (=Subnetze). Die
Standardsubnetzmaske ist 11111111.11111111.11111111.00000000
(255.255.255.0). Sprich die ersten drei Oktetts sind der
Netzwerkteil, das 4. Oktett der Hostteil
 Um die erforderlichen Bits zu errechnen wird wieder die Formel
x=2^y verwendet. Wobei y die Anzahl der Bits angibt, die
zusätzlich vom Hostteil für die Subnetzmaske benötigt werden. 
hier: 8=2^y es werden also die ersten 3 Bit des 4. Oktetts genutzt
 Damit ergibt sich die Subnetzmaske:
11111111.11111111.11111111.11100000 (255.255.255.224)
Berechnung der Subnetze
anhand eines Beispiels:
 Es bleiben also 5 Bit pro Subnetz für die Adressierung
der Host übrig: x=2^5-2  pro Subnetz können also 30
Hosts adressiert werden
 Um den Anfang der diversen Teilnetze zu berechnen,
muss man nur die Anzahl der Hosts plus Netz- und
Broadcastadresse mit der Nummer des Teilbereiches
minus 1 multiplizieren. Für das 5. Teilnetz bedeutet
dies (5-1)*32=128  das 5. Teilnetz beginnt bei
192.168.0.128 (Netzadresse). Das Ende ist
192.168.0.159 (Broadcastadresse). Für die Host
stehen die Adressen 192.168.0.129 bis 192.168.0.158
mit der Subnetmask 255.255.255.224 zur Verfügung
Umgekehrte Berechnung
 Angenommen es ruft jemand bei der EDV-Abteilung einer Firma
an, und dem Mitarbeiter ist das Teilnetz unbekannt, allerdings
weiß er die IP-Adresse (192.168.0.175) und Subnetmaske
(255.255.255.224)
 Man muss nun bestimmen wie groß die einzelnen Teilbereiche
sind: Es gibt 256 Werte für die Subnetzmaske. Uns interessiert
nur das 4. Byte (224)  256-224=32  Man hat 32 Adressen pro
Teilnetz
 Nun nehme ich das 4. Byte der IP-Adresse und dividiere dies
durch die Anzahl der Adressen  175/32=5,47  Ergebnis 5
(der Rest interessiert nicht da es nur ganze Zahlen als Netze gibt)
 Aufgrund dessen das die Zählung mit dem 1. Und nicht mit
dem 0. Subnetz beginnt, ist das Ergebnis noch um eins zu
erhöhen  5+1=6  der Host gehört dem 6. Teilnetz an
Supernetting
 Supernetting fasst durch Verkürzung der
Netzmaske Netze der gleichen Klasse zu
einem Netz zusammen. Mit der
Netzmaske 255.255.252.0 sind somit 4
nebeneinander liegende C-KlasseNetzwerke in einem Netz adressierbar
IPv6
 Wurde entwickelt um den nahenden Engpaß von IP-Adressen im
öffentlichen Raum vorbeugen
 Des weiteren war ist das Grunddesign von IPv4 veraltet
 Die wichtigsten Neuerungen:
 Vergrößerung des Adressraums von 232 (entspricht ~4,3
Milliarden Adressen) bei IPv4 auf 2128 (entspricht ~340
Sextillionen Adressen) bei IPv6
 Autokonfiguration von IPv6-Adressen, DHCP für IPv6, Mobile
IP und vereinfachte Umnummerierung („Renumbering“)
 Dienste wie IPSec, QoS und Multicast „serienmäßig“
 Vereinfachung und Verbesserung der Protokollrahmen
(Header). Dies ist insbesondere wichtig für Router
Möglichkeiten
 Obwohl durch dynamische Adressvergabe, CIDR und NAT der
Adreßbereich von IPv4 nach wie vor ausreicht, ergeben sich durch
IPv6 interessante Möglichkeiten:
 Jedem Gerät und Menschen kann eine weltweit einzigartige IPAdresse zu geordnet werden. Diese kann zur Kommunikation,
Identifikation und anderem genützt werden
 „digitales Heim“ jedes Gerät innerhalb einer Wohnung wäre
ansteuerbar egal wo ich auf der Welt bin. Man könnte zum
Beispiel von unterwegs die Heizung aufdrehen, damit man in
eine warme Wohnung kommt
 Mobile Telephon könnten eine eigene IP-Adresse bekommen,
quasi eine weltweit gültige „Telephonnummer“
Änderungen gegenüber IPv4

Bei der IPv6 hat man sich nicht nur um die Adresserweiterung gekümmert, sondern
auch gleich eine Generalüberholung des Protokolls vorgenommen. Zählte zur
Hauptaufgabe der heutigen IPv4-Routern das Prüfen von Checksummen und
Fragmentieren von Daten, so ist die Arbeit für IPv6-Router sinnvoll minimiert
worden. IPv6 führt keine Prüfsumme mehr im Header mit. Stattdessen wird dem
übergeordneten Transport-Protokoll TCP die Aufgabe überlassen kaputte Pakete
zu erkennen und neu anzufordern. Dieser Vorgang wird komplett beim Empänger
bearbeitet. Zu große Datenpakete werden von IPv6-Routern nicht mehr selber
fragmentiert. Ist ein Paket zu groß wird dem Absender eine Fehlermeldung
geschickt. Dieser muss dann die maximale Paketlänge (MTU - Maximum
Transmissin Unit) anpassen. Dieses Verfahren nennt sich Path MTU Discovery und
exitstiert in ähnlicher Form auch in IPv4. Dort muss im Datenpaket das Don'tFragment-Flag (DF) gesetzt werden. War in IPv4 dieses Verfahren optional, ist es
in IPv6 zur Pflicht geworden.
Kommt es zum Verlust eines Datenpaketes oder kommt es zu Fehlern bei der
Fragmentierung schlägt das Path MTU Discovery fehl. In IPv4 wurde der MTU
dann auf 68 Byte abgesenkt. Das führte zu einer höheren Paketanzahl und einem
unwirtschaftlichen Protokoll-Overhead. IPv6 hat als kleinste einstellbare MTU 1280
Byte. Dadurch werden die Router nicht mehr unnötig belastet. Selbstverständlich
können auch kleinere Pakete als 1280 Byte übertragen werden.
IPv6 Header
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Erläuterung IPv6 Header
Version. 4 bits.
Hier ist die Version des IP-Protokolls abgelegt, nach der das IP-Paket erstellt
wurde.
Traffic Class. 8 bits.
Der Wert des Feldes definiert die Priorität des Paketes.
Flow Label. 20 bits.
Das Flow Label kennzeichnet Pakete für ein viel schnelleres Routing. Das MPLS
macht dieses Verfahren allerdings überflüssig.
Payload Length. 16 bits unsigned.
Hier steht die im IP-Paket transportierten Daten in Byte. Bisher mußte der Wert
aus dem Feld Paketlänge abzüglich dem Feld IHL ermittelt werden.
Next Header. 8 bits.
Hier ist das übergeordnete Transportprotokoll angegeben. Bei IPv4 hieß das Feld
einfach Protokoll.
Hop Limit. 8 bits unsigned.
Dieses Feld enthält die Anzahl der verbleibenden weiterleitenden Stationen, bevor
das IP-Paket verfällt. Es entspricht dem TTL-Feld von IPv4. Jede Station, die ein
IP-Paket weiterleitet, muss von diesem Wert 1 abziehen.
Source address. 16 bytes.
An dieser Stelle steht die IP-Adresse der Station, die das Paket abgeschickt hat.
Destination address. 16 bytes.
An dieser Stelle steht die IP-Adresse der Station, für die das Paket bestimmt ist.
Quellen:
 http://www.wikipedia.de (30.12.2005)
 http://www.networksorcery.com/enp/protocol/ipv6.htm (30.12.2005)
 http://www.elektronik-kompendium.de/sites/net/0812201.htm
(30.12.2005)
 http://www.computer-networking.de/~link/studium/ (30.12.2005)
 http://www.erg.abdn.ac.uk/users/gorry/course/inet-pages/ippacket.html (30.12.2005)
 Microsoft Windows 2000 MCSE Handbücher:
 ISBN 3-86063-915-3 Design der Netzwerksicherheit
 ISBN 3-86063-278-7 Server 2000
 ISBN 3-86063-277-9 Infrastrukturandministration
 ISBN 3-86063-912-9 Active Directory Services
 ISBN 3-86063-276-0 Windows 2000 Professional