LPIC-1-Vorbereitung - Teil 14: Grundlagen von TCP/IP

Viele Geräte im Internet müssen eindeutig erreichbar sein. Das Ansprechen erfolgt auf technischer Ebene über IP-Adressen, einer 32 Bit langen Zahl, die zur besseren Lesbarkeit aus vier dezimale Zahlen von 0 bis 255 besteht. In der Sprache des Internets ist eine solche Zahl ein Oktett. Vier Oktette, getrennt durch Punkte, ergeben die Dotted-Quad-Notation. Ein Beispiel ist die IP-Adresse 192.0.2.67 aus dem per RFC für solche Zwecke vorgesehenen TEST-NET.

Die Angabe einer IP-Adresse reicht einem Computer bereits aus, um einen Kommunikationspartner ausfindig zu machen. Mit den IP-Namen des Domain Name System (DNS) wie zum Beispiel »www.linux-magazin.de« hat das übrigens nur wenig zu tun.

Die zentrale Registratur ICANN [1] hat ursprünglich monopolartig alle IP-Adressen vergeben, damit waren sie eindeutig und einmalig. Aus praktischen Gründen gibt es heute für fast jeden Kontinent eine eigne Regional Internet Registry (RIR). So vergibt das Réseaux IP Européens Network Coordination Centre (RIPE NCC) die Adressen für Europa und den Mittleren Osten, in Nordamerika ist die American Registry for Internet Numbers (ARIN) zuständig, weitere RIRs kümmern sich um den Rest der Welt [2]. In der Praxis verteilen sie Kontingente von Adressen an Internet Service Provider, die wiederum einzelnen Kunden ein Stück vom Kuchen abgeben.

Adressen und Netze

Um die Vielzahl der Adressen zu ordnen, sind die IP-Adressen hierarchisch in Netze und Unternetze angeordnet. Können zwei Geräte unmittelbar durch ein direktes Kabel, mit Hilfe eines Switch oder eines Hub, aber ohne zwischengeschalteten Router miteinander kommunizieren, so liegen sie in einem Segment. Damit nun ein sendendes Gerät herausfindet, ob der Kommunikationspartner im selben oder einem anderen Subnetz liegt, sind die 32 Bits jeder IP-Adresse in zwei Teile aufgeteilt: Der vordere Teil gibt das Segment an, der hintere Teil nummeriert die Geräte in diesem Subnetz durch.

Subnetze können unterschiedlich viele Geräte umfassen, daher muss zu jeder IP-Adresse vermerkt sein, wie groß ihr zugehöriges Segment ist. Praktisch legt dies die Netzmaske fest, die jenen Teil der IP-Adresse maskiert, der zum Subnetz gehört. Weil die Subnetzangaben immer im vorderen Teil der Adresse liegen, reicht es, die Anzahl der Bits zu notieren, die die Maske ausmachen.

Ein Beispiel verdeutlicht dies: Die IP-Adresse 192.0.2.67 sei Teil eines Segments, das aus 256 Adressen besteht (192.0.2.0 bis 192.0.2.255). 256 Adressen darzustellen, benötigt 8 Bits. Damit bleiben bei 32 Bits insgesamt noch 24 Bits für die Netzadresse übrig. Aus diesem Grunde würde die Adresse auch als 192.0.2.67/24 bezeichnet. Dies ist die heute übliche CIDR-Schreibweise (Classless Interdomain Routing). Zur Zeit der Altvorderen war die Größe der Netzmaske auf wenige Werte beschränkt, siehe Kasten "Die Legende von den Netzwerk-Klassen".

Die Entscheidung, wie groß die Netzmaske innerhalb eines zugewiesenen Adressenblocks ist, liegt ganz im Ermessen des zuständigen Netzverantwortlichen. Weist er der Adresse 192.0.2.67 eine Netzmaske aus 28 Bits zu, gehören zum gleichen Segment nur noch die 24 = 16 Adressen von 192.0.2.64 bis 192.0.2.79. Die Netzmaske lässt sich wie eine IP-Adresse als 32-Bit-Zahl darstellen: Bits des Netzanteils sind alle auf 1 gesetzt, jene des Hostanteils auf 0. Dabei ergibt sich für ein /24-Netz die häufige Maske 255.255.255.0, bei einem /28-Netz hingegen 255.255.255.240. Diese Schreibweise für Masken ist notwendig, wenn der Admin das klassische Kommando »ifconfig« zur Konfiguration einer IP-Adresse verwendet.

Alle herhören: Broadcasts

Die Netzmaske legt also die Anzahl der adressierbaren IP-Adressen eines Netzwerks fest. Im obigen Beispiel stehen 8 Bits für die Hostadressen zu Verfügung, womit 256 Adressen möglich sind. Eine besondere Bedeutung kommt den Adressen zu, bei denen alle Host-Bits auf 0 gesetzt sind: Sie kennzeichnen Segmente in ihrer Gesamtheit und werden beim Routing zwischen einzelnen Subnetzen verwendet. Stehen alle Host-Bits auf 1, handelt es sich um die Rundruf-Adresse (Broadcast): So erreichen Pakete alle aktiven Geräte im Segment zugleich. Allerdings antworten heute aus Sicherheitsgründen nur wenige Systeme auf diese Anfragen. Kein Host darf die Netz- oder Broadcast-Adresse eines Subnetzes für sein eigenes Interface verwenden.

Ein verbreiteter Irrtum ist, dass Netzadressen stets durch eine Null im letzten Oktett oder Broadcast-Adressen durch eine 255 repräsentiert seien. Dies gilt nämlich nur bei den durch 8 teilbaren Subnetzen /8, /16 und /24, die allerdings häufig anzutreffen sind. Beispiele zur Berechnung von Adressen stehen im Kasten "Adressenarithmetik".

123 UND 255 = 123
 45 UND 224 =  32
 67 UND   0 =   0

NEG 255 ODER  10 =   0 ODER  10 =  10
NEG 255 ODER 123 =   0 ODER 123 = 123
NEG 224 ODER  45 =  31 ODER  45 =  63
NEG   0 ODER  67 = 255 ODER  67 = 255

Das kleinste mögliche Segment hat eine Netzmaske, die aus 30 Bits besteht: Die restlichen zwei Host-Bits können genau vier Adressen bilden. Davon ist eine die Netzadresse und eine die Rundruf-Adresse. So bleibt im Mini-Netz noch Platz für genau zwei Partner. Häufig benutzen Admins solche Segmente, um zwei größere Netze zu verbinden, und nennen sie daher Koppelnetze.

Das größte theoretisch vorkommende Netz besitzt nur eine 8-Bit-Subnetzmaske und kann damit gigantische 224-2 = 16 777 214 Geräte verwalten. Schade, dass es kaum einen Switch gibt, der in der Lage wäre, solche Mengen an Geräten auf einmal zu verwalten.