Wie funktionieren IP adressen

IP-Adressen: Aufbau, Funktionsweise und Vergabe. Dieser Artikel beschreibt, wie IP-Adressen aufgebaut sind, wie sie funktionieren und von welcher Organisation sie an die Internetnutzer vergeben werden.

Die IP-Adressen identifizieren Rechner bzw. deren Netzwerkkarten in einem Netzwerk eindeutig. Sie sind dabei unabhängig vom Hersteller, von der Hardware und von dem Netzwerkmedium. Es handelt sich um eine logische Adressierung, die nicht an eine bestimmte Hardware gebunden ist, wie es bei der MAC-Adresse der Fall ist. Denn die MAC-Adresse ist fest an eine bestimmte Netzwerkkarte gebunden.

Funktionsweise der IP-Adresse

Die folgende Analogie kann das Prinzip der IP-Adressierung verdeutlichen: In einer Stadt gibt es mehrere Mietshäuser. Alle Mietshäuser unterscheiden sich durch ihre Adresse, die zusammengesetzt ist aus den Straßennamen und den Hausnummern. In einem Mietshaus wohnen Mieter, die alle dieselbe Hausnummer haben, aber keine zwei Mieter haben denselben Nachnamen. Der Nachname identifiziert die Mieter also eindeutig.

Wenn wir einen Brief nur mit der Adresse versehen, erreicht er alle Mieter im Haus. Der Name identifiziert einen einzelnen Mieter jedoch eindeutig, so dass auf dem Brief die Kombination aus Straße und Hausnummer und Nachname einen Mieter eindeutig adressiert. Sie können sich vorstellen, dass die Mieter für die Rechner in einem Netzwerk stehen und ein Mietshaus für ein Teilnetzwerk in dem riesigen Konglomerat Internet, welches von der Stadt repräsentiert wird.

Die IP-Adressen funktionieren ähnlich. Um einen Rechner eindeutig zu identifizieren, müssen wir zuerst wissen, in welchem Netzwerk (Mietshaus) er sich befindet. Dann muss der Rechner noch identifiziert werden (Nachname in der Analogie). Daher besteht eine IP-Adresse aus zwei Bestandteilen:

  • Netzwerk-Anteil
  • Rechner-Anteil

Damit ein Rechner, der eine Nachricht versendet oder weiterleitet auch den richtigen Empfänger im richtigen Netz anspricht, muss die IP-Adresse in ihre Bestandteile zerlegt werden. Dazu werden zwei Mechanismen angewendet:

  • Netzklassen
  • Subnetting

Aufbau von IP-Adressen

IP-Adressen bestehen aus 32 Bit (0 oder 1), die normalerweise in vier Blöcke zu je 8 Bit (1 Byte) aufgeteilt werden. Die einzelnen Blöcke werden durch Punkte getrennt, damit man sie besser unterscheiden kann. Da die Binär-Schreibweise sehr unübersichtlich ist, werden IP-Adressen gewöhnlich in Dezimal-Schreibweise angegeben.

Beispiel einer IP-Adresse:

  • Binäre Schreibweise: 10000110.1100000.1010000.11010000
  • Dezimale Schreibweise: 134.96.80.208

Probleme mit IP-Adressen

Da IP-Adressen aus 32 Bit bestehen, können theoretisch 2^32 = 4.294.967.296 Rechner adressiert werden. Diese Anzahl erscheint sehr groß, aber dennoch werden die IP-Adressen allmählich knapp. Das liegt unter anderem an der Vergabestruktur. Viele IP-Adressen bleiben ungenutzt, da man bei deren Einführung nicht damit gerechnet hat, dass jemals so viele Rechner Teil des Internets sein könnten.

Daher gibt es den Nachfolger der hier beschriebenen 32-stelligen IP-Adressen (IPv4): IPv6. Diese Adressen sind 128 Bit lang statt nur 32 und somit können wesentlich mehr Adressen gebildet werden. Allerdings ist zur Zeit IPv4 immer noch gebräuchlich.

Wer vergibt IP-Adressen?

Da IP-Adressen weltweit eindeutig sein müssen. damit die Adressierung im Internet funktionieren kann, gibt es zentrale Vergabestellen. IP-Adressen müssen beim Network Information Center (NIC) oder einer autorisierten Unterorganisation (z.B. DE-NIC in Deutschland) beantragt werden. Normalerweise verteilen sie keine einzelnen Adressen, sondern Adressräume (eine Menge an Adressen) an große Organisationen wie z.B. Internet-Anbieter, welche sie wiederum an ihre Kunden weitergeben. Der einzelne Kunde hat dann eine einzelne IP-Adresse.

Aber nicht nur Internet-Anbieter, sondern auch andere Organisationen wie Firmen, Schulen oder Universitäten erhalten IP-Adressräume. Innerhalb einer Organisation darf der Administrator die zugewiesenen IP-Adressen frei an die Teilnehmer vergeben und so kann er auch eine logische Struktur in den Adressraum bringen, z.B. Aufteilung des Adressraums nach Etagen, Abteilungen, Räumen usw.

Zudem werden alle verfügbaren IP-Adressen in drei sogenannte Netzklassen aufgeteilt. Jede Netzklasse kann eine bestimmte Anzahl an Netzen und Endgeräten adressieren. Die Aufteilung in Netzklassen ist heute nicht mehr aktuell, da diese durch die Subnetzmasken abgelöst wurden. Doch zum Verständnis der Thematik kann ein bisschen Wissen über diese Klassen immer noch nützlich sein.

Besondere IP-Adressen

Es gibt einige besondere IP-Adressen mit besonderer Funktionalität. Diese dürfen keinem Rechner zugewiesen werden:

  • 127.0.0.1: Loopback-Adresse. Diese verwendet ein Rechner, um Daten aus Testzwecken an sich selbst zu senden.
  • Broadcast-Adressen: Bei Broadcast-Adressen sind alle Bit des Geräteanteils 1, während der Netzanteil erhalten bleibt. Eine Nachricht, die an diese Adresse gesendet wird, wird von allen Rechnern in dem adressierten Netz empfangen.
  • Netzwerk-Adresse: Alle Bit des Rechner-Anteils sind 0.

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