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Dieses Dokument befasst sich mit der IP-Adressierung.
Die IP-Adresse
Eine IP-Adresse ist 32Bit lang. Hier noch einmal ein IP-Header-Abbild.
Die Adresse indentifiziert das Netzwerk und den Host durch unterschiedliche Teilungen der Adresse in einen netzbasierten Teil und einen hostbasierten Teil. Der Hostteil wird auch lokale Adresse genannt. Der Netzwerkteil muss mindestens 8 Bit reservieren, kann im Maximum aber 30 Bit in Anspruch nehmen. Der Hostteil bekommt den Rest auf 32 Bit gerechnet, welche der Netzteil nicht beansprucht.
Mit einem Blick auf die ersten vier Bit der Adresse kann festgestellt werden, welcher Klasse die Adresse angehört. Die Klasse einer Adresse bestimmt die minimale Reservierung von Bits für den Netzwerkteil.
Dieses Octet hat einen dezimalen Wert von 255
Jetzt wird das niederwertigste Bit gekehrt.
Dieses Octet hat einen dezimalen Wert von 254
Jetzt wird das hochwertigste Bit gekehrt.
Dieses Octet hat einen dezimalen Wert von 127
Alle Octete sind gesetzt - das ergibt einen Wert von 4’294’967’295.
Kehren des niederwertigsten Octets - das ergibt einen Wert von 4’294’967’040.
Kehren des hochwertigsten Octets - das ergibt einen Wert von 16’777’215.
Bestimmen der Klasse einer IP-Adresse
Class A
Eine Klasse A IP-Adresse hat an der werthöchsten Bitstelle ein 0.
x bezeichnet Stellen die nicht von Bedeutung sind
Eine Class A IP-Adresse kann theoretisch einen Wert von <ip-pii> bis <ip-pii> besitzen. Es gibt einige Adressen in diesem Range, die reserviert sind. Eine Class A IP-Adresse reserviert das erste Octet für die Bestimmung des Netzwerkes. Jedes Class A Netzwerk kann 16’777’216 Host adressieren.
Class B
Eine Klasse B IP-Adresse hat an den werthöchsten Bitstellen eine 10.
x bezeichnet Stellen die nicht von Bedeutung sind
Eine Class B IP-Adresse kann theoretisch einen Wert <ip-pii> bis <ip-pii> besitzen. Dies ist dann der Fall, wenn jedes Bit das jetzt mit einem “x” markiert ist, den Wert “1” annimmt. Eine Class B IP-Adresse reserviert die ersten beiden Octets für die Bestimmung des Netzwerkes. Es gibt 16’384 verschiedene Class B Netzwerke und in jedem Netzwerk können 65’536 Hosts adressiert werden – theoretisch.
Class C
Eine Class C IP-Adresse hat an den werthöchsten Bitstellen eine 110.
x bezeichnet Stellen, die nicht von Bedeutung sind
Eine Class C IP-Adresse kann einen Wert von <ip-pii> bis <ip-pii> annehmen. Eine Class C IP-Adresse reserviert die ersten drei Octets für die Bestimmung des Netzwerkes. Es gibt 2’097’152 verschiedene Class C Netzwerke. Jedes Class C Netzwerk kann 256 Hosts adressieren – theoretisch.
Class D
Eine Class D IP-Adresse hat an den werthöchsten Stellen eine 1110.
x bezeichnet Stellen, die nicht von Bedeutung sind
Eine Class D IP-Adresse kann einen Wert von <ip-pii> bis <ip-pii> annehmen. Class D unterscheiden sich von den drei vorangegangenen Klassen. Class D Adressen sind reserviert für Mulitcast-Zwecke. Es können maximal 268’435’456 verschiedene Multicast-Gruppen gebildet werden.
Class E
Eine Class E IP-Adresse hat an den werthöchsten Bitstellen eine 1111.
x bezeichnet Stellen, die nicht von Bedeutung sind
Eine Class E IP-Adresse kann einen Wert von 24<ip-pii> bis <ip-pii>
annehmen – theoretisch. Class E Adressen sind nicht verfügbar für den allgemeinen Gebrauch. Sie sind für zukünftige Zwecke reserviert worden.
Unicast Adressen
Class A, B und C-Adressen sind Unicast-Adressen. Eine Unicast-Adresse hat jeweils nur eine Source- oder Destination-Adresse.
Subnetting
Wäre kein Mechanismus vorhanden, IP-Adressen in einen Netz- und einen Hostteil zu unterteilen, die gesamte Adress-Architektur wäre flach – es könnten keine hierarchischen Netze erstellt werden. Glücklicherweise ist dem nicht so. Die drei Unicast-IP-Klassen bieten Möglichkeiten, um hierarchische Netze entwickeln zu können. Gründe für das Subnettieren:
- Verschiedene Technologien (Ethernet, Token Ring)
- Technische Limiten der eingesetzten Technologien (elek. Signalstärke, Anzahl anzuschliessender Hosts usw.
- Netzwerk-Überlastungen
Subnetz Masken
Um die verschiedenen Operationen verstehen zu können, müssen lediglich die AND- und die NOT-Verknüpfung verstanden werden.
AND:
TRUE AND TRUE = TRUE (1 AND 1 = 1)
FALSE AND TRUE = FALSE (0 AND 1 = 0)
TRUE AND FALSE = FALSE (1 AND 0 = 0)
NOT:
NOT TRUE = FALSE (NOT 1 = 0)
NOT FALSE = TRUE (NOT 0 = 1)
For n = 0 to 31
Nn = An AND Mn
Hn = An AND (NOT Mn)
Next n
Bedeutung:
Nn ist das n-te Bit der Netzwerk-ID nach masking
Hn ist das n-te Bit der Hsot-ID nach masking
An ist das n-te Bit der IP-Adresse vor masking
Mn ist das n-te Bit der Netzwerkmaske
Obgleich dieser Prozess normalerweise nicht in einer Schlaufe abläuft, ist er hier doch zum besseren Verständnis in einer Schlaufe dargestellt. Die Schlaufe wird entsprechend der Anzahl Bit in der IP-Adresse 32 mal durchlaufen.
Werden Subnetze verwendet, ist es ein Gesetz, dass die Maske aus den werthöchsten, zusammenhängenden Bit der lokalen Adresse (Host-Adresse) ermittelt wird.
Subnetz-Terminologie
Die folgenden Masken sind Netzwerkmasken der verschiedenen Adress-Klassen ohne Subnettierung:
- Class A Mask – <ip-pii>
- Class B Mask – <ip-pii>
- Class C Mask – <ip-pii>
Beispiele:
<ip-pii> mit einer 16Bit-Subnetzmakse = <ip-pii>
<ip-pii> mit einer 10Bit-Subnetzmaske = <ip-pii>
Class C mit einer 6Bit-Subnetzmaske = <ip-pii>
Nur die wertniedrigsten Host-Bit werden nicht für die Subnetzmaske verwendet. Jemand, der 4 Host-Bit hat, verwendet eine Subnetzmaske von <ip-pii>
Netzwerkmaske:
Alle Bits die verwendet werden, um die IP-Adresse zu maskieren
Subnetzmaske:
Die Bits unterhalb der natürlichen Netzwerkmaske
Natürliche Netzwerkmaske:
Die Maske, die benutzt wird, um eine Adresse ohne Subnettierung zu beschreiben. Diese Maske wird von der Klasse der IP-Adresse beschrieben.
Netzwerk-ID:
Das Resultat einer AND-Operation der Netzwerkmaske mit einer IP-Adresse.
Subnetz-ID:
Das Resultat einer AND-Operation der Subnetzmaske mit einer IP-Adresse.
Host-ID:
Das Resultat einer NOT-Operation mit der Netzwerkmaske und einer anschliessenden AND-Operation des vorhergehenden Resultates mit einer IP-Adresse.
Sonderfall-Adressen
In einem Class-C-Netz können theoretisch 256 (28) Hosts adressiert werden. Einige Adressen (nachfolgend beschrieben) sind reserviert und können deshalb nicht verwendet werden. Wird eine 0 (Null) nachfolgend verwendet, so ist damit damit gemeint, dass alle Felder 0-wertige Bits beinhalten >> lokal beschränkt (this). Wird eine -1 (minus Eins) nachfolgend verwendet, so ist damit gemeint, dass alle Felder 1-wertige Bits beinhalten >> Broadcast (all).
Eine IP-Adresse, die alles nullwertige Bits beinhaltet, kann nur als Source-Adresse verwendet werden. Eine IP-Adresse, die alles einswertige Bits beinhaltet, kann nur als Destination-Adresse verwendet werden.
Die folgenden sind Spezial-IP-Adressen:
- (Netzwerk-ID=0, Host-ID=0) This Host on this network. Im BOOTP-Prozess, wenn ein Host seine IP-Adresse noch nicht kennt, daraufhin einen BOOTP-Request ablässt mit einer IP-Adresse, die alles nullwertige Bits enthält.
- (Netzwerk-ID=0, <Hostnummer>) Spezifizierter Host on this network. Kann nur als Source-Adresse verwendet werden, z.B. im BOOTP-Prozess.
- (Netzwerk-ID= -1, Hostnummer= -1) Limitierter Broadcast, kann nur als Destination-Adressse verwendet werden, das IP-Datagramm mit einer Dest. Adresse, die alles 1-wertige Bits enthält, wird als Broadcast zu allen Hosts auf dem selben physikalischen Netzwerk wie der Absender gesendet. Das Paket sollte von keinem Host weitergeleitet werden.
- (<Netzwerk-ID>, Hostnummer= -1) Broadcast zum angegebenen Netzwerk, kann nur als Dest. Adresse verwendet werden. Das Datagramm mit dieser Dest. Adresse sollte zum angegebenen Netzwerk weitergeleitet werden und dann als Broadcast zu allen Hosts in diesem Netzwerk gesendet werden.
- (<Netzwerk-ID>, <Subnetz-ID>, Host-ID= -1) Direkter Broadcast zum angegeben Netzwerk, kann nur als Dest. Adresse verwendet werden, das Datagramm mit dieser Adresse solte zum angegebenen Subnetz weitergeleitet werden und dann als Broadcast zu allen Hosts gesendet werden.
- (<Netzwerk-ID>, Subnetz-ID= -1, Hostnummer= -1) Direkter Broadcast zu allen Subnetzen in einem angegebenen subnettierten Netzwerk, kann nur als Dest. Adresse verwendet werden. Das Ziel war, einen Mechanismus vorzusehen, mit dem alle Subnetze in einem Netzwerk mit einem Broadcast erreicht werden können.
- (Netzwerk-ID= 127, Host-ID= <any>) Interne Loopback-Adresse, ein Paket mit einer 127 im ersten Octet sollte niemals extern (in einem Netzwerk) sichtbar sein.
Summary
- Class A Adressen: Es gibt 126 Class A Adressen, 0 und 127 sind Adresss-Sonderfälle, in einem Class A Netzwerk gibt 16’777’214 Hosts, zwei Hosts gehen für Adresss-Sonderfälle verloren
- Class B Adressen: Es gibt 16’384 Class B Netzwerke, Es gehen keine Class B Adressen für Adress-Sonderfälle verloren, jedes Class B Netzwerk kann 65’534 Hosts adressieren – zwei gehen verloren
- Class C Adressen: Es gibt 2’097’152 Class C Netzwerke, es gehen keine Class C Netzwerke für Adress-Sonderfälle verloren, jedes Class C Netzwerk kann 254 Hosts adressieren – zwei gehen verloren
- Subnetze: Wenn immer subnettiert wird, gehen zwei Subnetz-ID’s durch die Spezialfälle “alles ein-wertige-Bits” oder “alles null-wertige Bits” verloren
- Hosts: Es gehen immer zwei Hosts per Subnetz verloren, die minimale Anzahl von Host-Bits beträgt zwei, je kleiner die Anzahl der Hostbits (je grösser die Subnetzmaske), desto schwerer wiegt der Verlust von je zwei Host-ID’s