BBU-NPA Uebung 04 - IP-Adressierung und Subnetze

HBF IT-Systeme
BBU-NPA
Übung 4
Stand: 27.10.2010
Zeit
Laborübung
IP-Adressierung und Subnetze
90 min
Aufbau einer IP-Adresse
Jeder Rechner in einem Netzwerk muß eine eindeutige IP-Adresse besitzen.
Die IP-Adresse von IPv4 ist 4 Byte lang (32 Bit) und besteht aus:
Netzwerk-Identifikationsnummer und
Host-Identifikationsnummer
Bei IPv6 ist die IP-Adresse 16 Byte lang. Der Grund für die Einführung des Internet Protcols Version 6
(IPv6) sind die 4 Milliarden IP-Adressen (Version 4) im Internet, die bald aufgebraucht sind. Die
nächste Generation von IP, das IP Version 6, erhöht den Adressumfang auf 2128. Damit wäre es
möglich jeden Quadratmillimeter der Erde mit rund 600 Billionen Adressen zu belegen.
IPv6-Adressen bestehen aus 128 Bit und werden als Kette von 16-Bit-Zahlen in Hexadezimalform
dargestellt, die durch einen Doppelpunkt (":") voneinander getrennt werden. Folgen von Nullen können
einmalig durch einen doppelten Doppelpunkt ("::") abgekürzt werden. Da in URLs der Doppelpunkt mit
der Portangabe kollidiert, werden IPv6-Adressen in eckige Klammern gesetzt.
Adresse nach
IPv4
192.168.0.21
IPv6
FE80::0211:22FF:FE33:4455
IPv6-URL
http://[FE80::0211:22FF:FE33:4455]:80/
Beispiel:
Dezimale Punktnotation:
Binäre Darstellung:
192
1100 0000
.
168
1010 1000
.
0
.
0000 0000
21
0001 0101
IP-Adressklassen
Man unterscheidet die IP-Adressklassen A, B und C. Die Klassen D und E sind für spezielle Zwecke
vorgesehen.
Netzklasse
A
B
C
Netzwerk-ID
1 Byte
2 Byte
3 Byte
Host-ID
3 Byte
2 Byte
1 Byte
die ersten Bits
0.......
10......
Netzwerkbereich
1 – 126*
128 - 191
maximale Anzahl
der Hosts
D
E
110.....
1110....
11110...
192 - 223
224 - 239
240 - 247
für IPMulticasting
für Forschungszwecke
maximale Anzahl
der Netzwerke
StandardSubnetzmaske
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–1–
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besondere IP-Adressen
Die Werte 0 und 255 sollten nicht am Ende einer IP-Adresse nicht verwendet werden.
Begründung:
Die IP-Adresse 192.168.0.0 ist die sog. Netzwerkadresse des Netzwerkes.
Die Netzwerkadresse wird aus der IP-Adresse des PCs und der Subnetzmaske gebildet. Diese
Adresse wird von Routern benötigt um zu entscheiden auf welchem Weg ein Datenpaket zu dem
entsprechenden Netzwerk gelangen kann.
Die IP-Adresse 192.168.0.255 ist die sog. Broadcastadresse des Netzwerkes.
Die Broadcastadresse wird benutzt, wenn man Daten an alle PCs senden möchte und auch alle
Netzwerkkarten diese Daten aufnehmen.
*Die Adresse 127.0.0.1 ist für die Loopback-Funktion zur Netzwerkdiagnose reserviert. Es ist die lokale
IP-Adresse einer jeden Station und wird auch als Localhost (Name-Auflösung: localhost) bezeichnet.
Wird ein Datenpaket mit der Ziel-Adresse 127.0.0.1 verschickt, so wird sie an den Absender selber
verschickt. Man spricht dann vom Echo. Hier mit kann man testen, ob TCP/IP richtig installiert ist.
Folgende IP-Adressen sind private Adressen, die im Internet nicht bekannt sind und auch nicht
weitergeleitet werden:
Klasse A Netzwerk:
10.0.0.0
–
10.255.255.255
Klasse B Netzwerk:
172.16.0.0
–
172.31.255.255
Klasse C Netzwerk:
192.168.0.0
–
192.168.255.255
Standard-Subnetzmaske
Die Standardsubnetzmaske ist so aufgebaut, dass überall dort, wo in der IP-Adresse die Netzwerk-ID
steht, in der Subnetzmaske Einsen stehen.
Beispiel:
Der PC mit der IP-Adresse 192.168.0.21 befindet sich in einem Klasse C Netzwerk.
Da die ersten 3 Byte zur Netzwerk-ID gehören, müssen hier überall Einsen stehen. 8 Einsen in der
Binär-Schreibweise entspricht der Zahl 255 in der Dezimalschreibweise.
Rechnet man nun mit der UND-Verknüpfung die IP-Adresse des PCs und die Subnetzmaske
zusammen, erhält man die Adresse des Netzwerkes, indem sich der PC befindet.
Dezimale Punktnotation
IP-Adresse:
192 . 168 .
. 21
1100 0000
1010 1000
0000 0000
0001 0101
Subnetzmaske:
255 . 255 . 255 . 0
1111 1111
1111 1111
1111 1111
0000 0000
1100 0000
1010 1000
0000 0000
0000 0000
Netzwerk-Adresse: 192 . 168 .
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0
Binäre Schreibweise
0
. 0
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Bildung von Subnetzen
Bei einem Klasse A Netzwerk, kann man 16.777.214 Host adressieren. So ein großes Netzwerk würde
keinen Sinn ergeben. Es wäre nur sehr schwierig zu verwalten und es könnten so genannte
Broadcaststürme das gesamte Netzwerk lahm legen.
Daher teilt man diese großen Netzwerke in kleinere Unternetzwerke ein, so genannte Subnetze. In
einer großen Firma kann man z.B. jeder Abteilung ein Subnetz zuweisen. Um eine Kommunikation
zwischen diesen Subnetze zu ermöglichen, muss man Router einsetzen., die diese Subnetze
miteinander verbinden.
Beispiel zur Bildung von Subnetzwerken:
Eine große Firma hat ein Klasse B Netzwerk zur Verfügung. Die Firma hat 20 Abteilungen und möchte
für jede Abteilung ein eigenes Subnetzwerk haben.
Netzwerkadresse:
Standard-Subnetzmaske:
Binärdarstellung der SM:
129
.
253
.
0
.
0
255
.
255
.
0
.
0
1111 1111
1111 1111
0000 0000
0000 0000
Netzwerk-ID
Host-ID
Man nimmt nun einige Stellen der Host-ID und bildet hieraus das Subnetzwerk.
Nimmt man 1 Bit kann man 21 = 2 Subnetze bilden. Da aber die erste Subnetzadresse nur aus 0
bestünde und die letzt Adresse nur aus 1 fallen diese Subnetze weg. Diese Adressen werden benötigt,
um die Netzwerkadresse des Subnetzes darzustellen und um die Broadcastadresse des
Subnetzwerkes darzustellen.
Das heißt, generell muss man 2 Subnetzadressen abziehen, da diese für das Subnetz und die
Broadcastadresse reserviert sind.
Nimmt man 2 Bits kann man 22 – 2 = 2 Subnetze bilden.
Nimmt man 3 Bits kann man 23 – 2 = 6 Subnetze bilden.
Nimmt man 4 Bits kann man 24 – 2 = 14 Subnetze bilden.
Nimmt man 5 Bits kann man 25 – 2 = 30 Subnetze bilden.
Das bedeutet, die Firma müsste aus dem Host-Anteil 5 Bits für die Bildung von 30 Subnetzen
ausleihen.
Betrachten wir den ersten Host im ersten Subnetz:
IP-Adresse:
Subnetzmaske:
129
255
Binärdarstellung der IP:
Binärdarstellung der SM:
.
.
1000 0001
1111 1111
253
255
.
.
1111 1101
1111 1111
8
248
.
.
0000 1 000
1111 1 000
Netzwerk-ID
Subnetz
1
0
0000 0001
0000 0000
Host-ID
Es können insgesamt 211 – 2 = 2046 Host in dem ersten Subnetz gebildet werden.
Betrachten wir den letzten Host im ersten Subnetz:
IP-Adresse:
Subnetzmaske:
129
255
Binärdarstellung der IP:
Binärdarstellung der SM:
.
.
1000 0001
1111 1111
253
255
1111 1101
1111 1111
Netzwerk-ID
Netzwerkadresse:
Broadcastadresse:
www.p-merkelbach.de
.
.
15
248
0000 1 111
1111 1 000
Subnetz
.
.
254
0
1111 1110
0000 0000
Host-ID
129.253.8.0
129.253.15.255
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Betrachten wir den ersten Host im zweiten Subnetz:
IP-Adresse:
Subnetzmaske:
129
255
Binärdarstellung der IP:
Binärdarstellung der SM:
.
.
1000 0001
1111 1111
253
255
.
.
1111 1101
1111 1111
16
248
.
.
0001 0 000
1111 1 000
Netzwerk-ID
Subnetz
1
0
0000 0001
0000 0000
Host-ID
Betrachten wir den letzten Host im zweiten Subnetz:
IP-Adresse:
Subnetzmaske:
129
255
Binärdarstellung der IP:
Binärdarstellung der SM:
.
.
1000 0001
1111 1111
253
255
1111 1101
1111 1111
Netzwerk-ID
Netzwerkadresse:
Broadcastadresse:
.
.
23
248
0001 0 111
1111 1 000
Subnetz
.
.
254
0
1111 1110
0000 0000
Host-ID
129.253.16.0
129.253.23.255
Ein gutes Tool zur Berechnung von Subnetzwerken ist der BOSON-Subnet-Calculator.
Aufgabe 1: Berechnung von Subnetzen
Öffnen Sie die Datei „Bildung von Subnetzen.xls“ und berechnen Sie die gegebenen Klasse A, B und
C-Subnetze.
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VLSM (Variable Length of Subnet Mask)
VLSM (Variable Length of Subnet Mask) ist eine Subnetzmaske mit variabler Länge. Sie wurde 1993
als Classless Inter-Domain Routing im Internet eingeführt.
VLSM ist ein erweitertes Subnetting. Dieses Verfahren erlaubt eine effizientere Nutzung von
Subnetzen mit dem Hintergrund, weniger Ressourcen zu „verschwenden“. Realisiert wird dies durch
die Zuweisung von individuellen Teilnetzmasken an die vorher erstellten Teilnetze (Subnet).
Durch mehrfache, verschachtelte Teilung des Adressbereiches entsteht ein verschachteltes System
von Adressblöcken, die jeweils eine minimale Größe haben. Diese reicht aus, um die jeweilig
zugeordneten Subnetze mit ausreichend vielen IP-Adressen versorgen zu können.
Die Vorteile sind eine effektivere Nutzung von Adressbereichen, die Verkleinerung der RoutingTabellen durch Classless Inter-Domain Routing und eine erhöhte Anzahl möglicher Subnetze.
Beispiel:
Von der ICANN wurde Ihnen folgendes Class-C Netz zugewiesen: 192.92.6.0/24
Entwerfen Sie ein möglichst effizientes Adressierungsschema mit VLSM für Ihre Niederlassungen.
Entwerfen Sie Ihre Subnetze so, dass die geforderte Anzahl an IP-Adressen gerade so zugewiesen
werden kann und noch möglichst viel Platz im C-Netz übrig bleibt für weitere Subnetze.
Niederlassung Benötigte Hosts
Kassel
28
Münster
6
Salzgitter
61
Stuttgart
29
1. Sortieren Sie Ihre Teilnetze nach der Netzgröße.
2. Zu den benötigten IP-Adressen h0 brauchen Sie pro Subnetz noch die NID und die BroadcastAdresse: h1 = h0 + 2
3. Ein Subnet muss die Größe 2n haben, für n > 1
h1 muss ggf. erhöht werden, auch wenn damit einige IP-Adressen verschwendet werden:
fix()=Abrunden auf die nächste ganze Zahl.
n = 1 + fix(log(h1) / log(2))
n
h2 = 2
4. Davon sind wieder NID und Broadcast-Adresse abzuziehen:
h3 = h2 - 2
h3 = Anzahl der IP-Adressen im Subnetz.
5. CIDR berechnen Sie wie folgt: cidr = 32 - n
6. Die erste NID beginnt der ersten freien Adresse.
7. Die Erste-IP im ersten Subnetz ist NID + 1
8. Die Letzte-IP im Subnetz ist NID + h3
9. Die Broadcast-IP des ersten Subnetzes ist Letzte-IP + 1
10. Die erste NID des zweiten Netzes ist letzte Broadcast-IP + 1
11. usw.
Lösung:
62
Niederlassung
Salzgitter
Stuttgart
Kassel
30
30
benötigt zugeteilt
NID
h0
h3
61
62
192.92.6.0
29
30
192.92.6.64
28
30
192.92.6.96
6
CIDR
26
27
27
frei
Erste IP
192.92.6.1
192.92.6.65
192.92.6.97
Letzte IP
Broadcast
192.92.6.62 192.92.6.63
192.92.6.94 192.92.6.95
192.92.6.126 192.92.6.127
Aufgabe 2: Berechnung von VLSM-Subnetzen
Öffnen Sie die Datei „vlsm.htm“ und berechnen Sie die 3 vorgegebene Aufgaben.
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