Routing-Protokolle und Aggregation: Der Netzwerkadressen-Trick

Routing ist, den besten Weg zu finden. Ein kleiner Trick ist dabei die Aggregation: statt für jeden Rechner eine IP-Adresse – besser Netzwerkadressen bilden

Routing-Pro­to­kolle entscheiden über den Transportweg, den die Datenpakete in einem Netzwerk, ob LAN oder Internet, nehmen sollen.

Netzwerkadressen statt Rechner-Adressen: Aggregations-Trick

Beim statischen Routing legt man den Weg, den Daten in einem Netzwerk nehmen sollen, fest, indem alle möglichen Zieladressen in eine Routing-Tabelle eingetragen werden. Schwierig, wenn es sich um eine große Zahl von Rechnern handelt und vor allem, wenn diese häufig wechseln, ausgetauscht werden.

Ein kleiner Trick ist daher die so genannte Aggregation: Routing-Protokolle, die über Netzgrenzen hinaus Daten transportieren, bedienen sich der Aggregation, das heißt, sie fassen einzelne Rechneradressen in kompletten Netzwerkadressen zusammen. Was das bedeutet, dazu jetzt mehr.

Größenklassen der IP-Adressen: Class A bis D

Früher wurden IP-Adressen aus vier Größenklassen vergeben: Class A, B, C, D, wobei jede dieser Klassen einem Oktett der IP-Adresse entspricht.

IP-Adressen der Class A (Provider) sind daher Adressen nach dem Schema:

  • 255.0.0.0

IP-Adressen der Class C (Firma) sind aufgebaut nach dem Schema:

  • 255.255.255.0.

Um stärker differenzieren zu können und das Routen zu vereinfachen, wurden daraus Subnetze gebildet, die in der so genannten Netzmaske dargestellt werden.

IP-Adresse + Netzmaske = Netzwerkadresse

Netzwerkadresse (siehe Abbildung „Netzwerkadresse“ unten):

  • IP-Adresse: 192.168.0.0
  • Netzmaske: 255.255.255.0

IP-Adresse und Netzmaske zusammen bilden die Netzwerkadresse. Netzwerkadressen bestehen aus einer Anfangsadresse und der Definition der Anzahl aller folgenden Rechner-Adressen eines Netzwerkes. Die Anzahl wird in der Form der Netzmaske (z.B. 255.255.255.0) angegeben.

Der Router liest jeweils von rechts nach links – also zuerst die Netzmaske, um zu identifizieren in welchem Netzwerk er einen konkreten Zielrechner zu suchen hat. Der konkrete Rechner wird im vierten Oktett der IP-Adresse angegeben (192.168.0.x).

Beispiel für eine Netzadresse

  • 192.168.0.0 255.255.255.0

bezeichnet ein Netz (aus der Class C), welches an der Adresse 192.168.0.0 beginnt und insgesamt 255 Adressen beinhaltet.

Da die erste und die letzte Adresse 192.168.0.255 zu Abgrenzungszwecken nicht für richtige Rechner verwendet werden dürfen, stehen von diesen 253 für Rechner zur Verfügung: 192.168.0.1 bis 192.168.0.254.

Diese 255 Adressen sind durch das letzte Oktett der Netzmaske definiert (255.255.255.0). Da eine Adresse das Subnetz selbst definiert, verbleiben 254 Adressen zur Berechnung von Teilmengen eines C-Netzes.

Allerdings gibt die Netzmaske die Anzahl die Rechner im Subnetz nicht positiv an, sondern negativ: bei 150 Rechnern lautet das letzte Oktett „.154“ (254 minus 100). Eine Tabelle soll das für ein Class-C-Netz veranschaulichen (siehe Abbildung „Class-C-Netz-Veranschaulichung“ unten). Dies ist ein sehr pragmatischer Ansatz der Berechnung, da die Theorie eine komplizierte bitweise Betrachtung erfordert. (Für eine ausführliche Erklärung müsste man in die Binär-Arithmetik einsteigen, was unseren Rahmen sprengt. Dieser Subtraktions-Ansatz ist so etwas wie eine Faustregel, da Router dies völlig anders, eben binär, berechnen.)

Die Netzadresse

  • 192.168.0.0. 255.255.255.248

beschreibt damit ein Subnetz mit 8 Adressen, beginnend bei 192.168.0.0 bis 192.168.0.7, wobei wiederum die erste (Netzwerk-) und letzte (Broadcast-)Adresse nicht benutzt werden dürfen. Wir erhalten also insgesamt 6 Adressen.

Classless Inter-Domain Routing (CIDR)

Heutzutage werden IP-Adressen wegen der allgemeinen Knappheit nicht mehr in kompletten Klassen vergeben, da in der Vergangenheit häufig viele IP-Adressen einer Klasse einfach nicht genutzt wurden.

Vielmehr vergeben die jeweiligen Regulierer (in Deutschland die Bundesnetzagentur) Adressen nach Bedarf und verwenden dabei häufig ausreichend kleine Subnetze, die durch eine entsprechende Netzmaske zusammengefasst sind.

Diese Methode heißt Classless Inter-Domain Routing (CIDR) und durchbricht die starren Grenzen der ehemaligen Klassifizierung durch eine flexible, auf kleinere Netze zugeschnittene Aufteilungsform mittels eines sogenannten IP-Präfix.

Die obige Netzadresse kann mit CIDR so geschrieben werden:

  • 192.168.0.0/29

wobei /29 das Präfix ist. In der unten als Abbildung gezeigten Tabelle „CIDR-Tabelle“ werden die heute üblichen Präfixe aufgeführt. Man kann sich dies auch online umrechnen lassen.

Mit dieser Methode der Zusammenfassung von Adressbereichen, die auch bei sehr großen Netzen funktioniert, werden Routing-Tabellen klein gehalten und beinhalten nur noch die Rechneradressen des Netzes, für das ein Router zuständig ist. Alles andere wird an benachbarte Router weitergeleitet und dies passiert solange, bis ein anderer Router anhand seiner Tabelle weiß, dass das Paket für einen bestimmten Rechner in seinem Netz bestimmt ist.

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