Kuchenstück

IPv4 Adressierung


Ideen: M. Metz, A. Grella, A. Grupp, Elektronikschule Tettnang und Cisco Networking Academy

IPv4 Adressierung wird in vielen Netzwerken verwendet, auch wenn wir in der Übergangsphase zu IPv6 stehen. Wie man einen Kuchen teilt, werden bei der IPv4 Adressierung bestimmte Netze in Subnetze unterteilt. Durch dieses sogenannte Subnetting wird der allgemeine Netzwerkverkehr reduziert und die Netzwerkleistung verbessert.

In diesem Artikel lernst Du den Aufbau einer IPv4 Adresse und die Subnetzmaske kennen. Netzwerkadressarten, privat und öffentlich, sowie die Netzwerksegmentierung und das Subnetting werden erklärt. Mit Hilfe von Beispielnetzwerken lernst Du die Anwendung der Inhalte und kannst eigene Netzwerke planen.

Aufbau der IPv4-Adresse IPv4 und Subnetzmaske



Netzwerk­anteil . Host­anteil
IPv4 Adresse
192 . 168 . 178 . 1
1100 0000 . 1010 1000 . 1011 0010 . 0000 0001
Subnetzmaske
255 . 255 . 255 . 0
1111 1111 . 1111 1111 . 1111 1111 . 0000 0000

Eine IPv4 Adresse ist 32 bit lang. Sie wird in dezimaler Schreibweise angegeben. Alle Hosts in einem Netzwerk haben den identischen Netzwerkanteil. Durch den Hostanteil werden die einzelnen Rechner unterschieden.

Je größer das Netzwerk, desto größer der Hostanteil. Die Subnetzmaske gibt die Größe des Netz- und Hostanteils vor.

Die Präfixlänge abgekürzte Schreibweise



Die Größe des Netzwerkanteils kann auch mit der Präfixlänge angegeben werden. Die Präfixlänge ist gleich der Anzahl der 1-Bits der Subnetzmaske. Dies erspart einem die Angabe der Subnetzmaske.

Anstelle der getrennten Angabe der IPv4-Adresse mit bspw. 192.168.178.4 und der Subnetzmaske mit 255.255.255.0, kann nun kurz geschrieben werden:
192.168.178.4 /24.

Subnetz­maske Präfix
255.0.0.0 11111111.00000000.­00000000.00000000 /8
255.255.0.0 11111111.11111111.­00000000.00000000 /16
255.255.255.0 11111111.11111111.­11111111.00000000 /24
255.255.255.128 11111111.11111111.­11111111.10000000 /25
255.255.255.192 11111111.11111111.­11111111.11000000 /26
255.255.255.224 11111111.11111111.­11111111.11100000 /27

Ermitteln der Netzwerkadresse Die logische UND-Verknüpfung



Lampe mit 2 Tastern

Die logische UND-Verknüpfung kann man gut mit 2 Tastern S1 und S2 erklären, welche in Reihe geschaltet sind und eine Lampe L1 ansteuern. Die Lampe wird nur dann leuchten, wenn beide Taster gedrückt sind.

Durch eine UND-Verknüpfung der IPv4 Adresse 192.168.178.4 und der Subnetztmaske 255.255.255.0 lässt sich die Netzwerkadresse 192.168.178.0 ermitteln.

1100 0000 . 1010 1000 . 1011 0010 . 0000 0100
1111 1111 . 1111 1111 . 1111 1111 . 0000 0000
1100 0000 . 1010 1000 . 1011 0010 . 0000 0000
192 . 168 . 178 . 0

Merke: Nur bei 1-Bits der Subnetzmaske, werden die Bits von der IPv4-Adresse für die Netzwerkadresse übernommen werden. Somit ist die erste Adresse aus dem Hostanteil immer die Netzwerkadresse.

Übung 1 Netzwerkadresse

Benutze die logische UND-Verknüpfung um die Netzwerkadresse herauszufinden. Gib die Netzwerkadresse und Subnetzmaske in dezimaler Schreibweise an.

  1. 192.168.172.250/16

  2. 192.168.172.250/24

  3. 192.168.172.250/26

  4. 192.168.172.250/30

  1. 172.20.1.232/28

  2. 172.28.209.74/16

  3. 172.31.186.124/26

  4. 10.3.54.121/25


  1. 192.168.0.0 255.255.0.0

  2. 192.168.172.0 255.255.255.0

  3. 192.168.172.192 255.255.255.192

  4. 192.168.172.248 255.255.255.252

  1. 172.20.1.224 255.255.255.240

  2. 172.28.0.0 255.255.0.0

  3. 172.31.186.64 255.255.255.192

  4. 10.3.54.0 255.255.255.128


Netzwerkadressarten privat und öffentlich



Man unterscheidet zwischen öffentlichen und privaten Netzwerken. Für die private Netzwerke stehen drei Adressbereiche zur Verfügung. Diese können je nach Hostanzahl beliebig gewählt werden. Zu Hause wird bspw. meistens der dritte Adressbereich gewählt.

Man beachte, dass diese privaten Bereiche wiederrum in einzelne Subnetze, je nach Bedarf, aufgeteilt werden. Dabei hat jedes Subnetz eine Netzwerkadresse, einen Bereich für die Hosts und eine Broadcastadresse.

Ist beispielsweise 192.168.0.0 die Netzwerkadresse, ist 192.168.0.1 die erste Hostadresse, 192.168.255.254 die letzte Hostadresse und 192.168.255.255 die Broadcastadresse des Netzwerks.

Netzwerk­adresse Adress­bereich
10.0.0.0/8 10.0.0.0 - 10.255.255.255
172.16.0.0/12 172.16.0.0 - 172.31.255.255
192.168.0.0/16 192.168.0.0 - 192.168.255.255

Übung 2 Welche Aussage ist wahr

Wähle die korrekten Aussagen aus.

Welche Aussagen über private IPv4-Adressen sind wahr?
Wähle zwei Antworten.

  1. Private IPv4-Adressen sind für das Intranet einer Firma.
  2. Private IPv4-Adressen sind auch für das Internet.
  3. 168.192.1.1 ist eine private IPv4-Adresse.
  4. Jede Organisation kann die Adresse 172.16.0.0/12 nutzen.


Welche Aussagen über öffentliche IPv4-Adressen sind wahr?
Wähle eine Antwort.

  1. Öffentliche IPv4-Adressen können im Intranet verwendet werden.
  2. Geräte mit öffentlicher IPv4-Adresse sind über das Internet erreichbar.
  3. 192.168.1.1 ist eine öffentliche IPv4-Adresse.
  4. 11.10.0.1 ist keine öffentliche IPv4-Adresse.



Subnetting Netzwerke mit Oktettgrenze planen



Subnetting wird der allgemeine Netzwerkverkehr reduziert und die Netzwerkleistung verbessert. Dazu werden private Netzwerkbereiche nochmals unterteilt. Diese Netzwerksegmentierung kann man nach Standorten (Raum, Flur, Gebäude), Funktionen (Studenten, Mitarbeiter, ...) oder nach Geräteart (Hosts, Drucker, Server) vornehmen.

Dabei ist jeweils auf eine ausreichende Anzahl an Hostadressen zu achten. Man kann die Einteilung an beliebiger Stelle vornehmen. Einfachheitshalber teilen wir das Netzwerk an einer Oktettgrenze. So haben wir insgesamt 255 Subnetze mit jeweils $2^{16}-2$ Hostadressen. Zwei Adressen entfallen jeweils auf die Netzwerk- und die Broadcastadresse. Mit $h$ Hostbits gilt für die Anzahl $N$ der Hostadressen:

$$N=2^h-2$$
Sub­netz Host­bereich Broad­cast
10.0.0.0/16 10.0.0.1 - 10.0.255.254 10.0.255.255
10.1.0.0/16 10.1.0.1 - 10.1.255.254 10.1.255.255
10.2.0.0/16 10.2.0.1 - 10.2.255.254 10.2.255.255
10.3.0.0/16 ... ...

Subnetting Netzwerke mit beliebiger Grenze planen



Netz­werk­adresse kl. Host­adresse gr. Host­adresse Broad­cast­adres­se
192.168.0.0 ...1 ...62 ...63
192.168.0.64 ...65 ...126 ...127
192.168.0.128 ...129 ...190 ...191
192.168.0.192 ...193 ...254 ...255

Ein Netzwerk soll im Bereich 192.168.0.0/24 geplant werden. Dabei soll das Netzwerk in vier gleichgroße Subnetze aufgeteilt werden. Dabei benötigen wir für die vier Subnetze 2 Bits der 8 Hostbits. Somit hat jedes Subnetz $N=2^6-2=62$ Hostadressen.

Die Subnetzmaske (SNM) ändert sich von /24 auf /26: 255.255.255.192

Möchte man sechs Subnetze benötigt man 3 Bits der 8 Hostbits. Dann hat man aber mit $2^3=8$ noch 2 Subnetze Reserve. Jedes Subnetz hat dann $N=2^5-2=30$ Hostadressen.

Netz­werk­adresse kl. Host­adres­se gr. Host­adres­se Broad­cast­adres­se
192.168.0.0 ...1 ...126 ...127
192.168.0.128 ...129 ...254 ...255
192.168.1.0 ...1 ...126 ...127
192.168.1.128 ...129 ...254 ...255

Richtet man ein Netzwerk im Bereich 192.168.0.0/23 mit 4 gleichgroßen Subnetzen ein, ändert man durch das Subnetting auch das dritte Oktett, so dass sich die Adressen stärker ändern. Dabei benötigen wir für die vier Subnetze 2 Bits der 9 Hostbits. Somit hat jedes Subnetz $N=2^7-2=126$ Hostadressen.

Die Subnetzmaske (SNM) ändert sich von /24 auf /26. Man beachte: Eine sorgfältige Planung der Netzwerke ist Vorraussetzung, um diese nachher sauber zu konfigurieren.

Das Leben auf dem Ponyhof Strukturierte Subnetzplanung



Pferde

Um eine Ordnung auf dem Ponyhof der Subnetze zu bekommen empfiehlt es sich die 2er-Potenzen und deren aufsummierten Werte sowie die Zuordnung zu den verschiedenen Subnetzen tabellarisch festzuhalten.

Mit Hilfe dieser Tabelle lassen sich Subnetze verschiedener Größe gut planen. Idee von S. Roos, FLS Mannheim

128 64 32 16 8 4 2 1
128 192 224 240 248 252 254 255
/1 /2 /3 /4 /5 /6 /7 /8
/9 /10 /11 /12 /13 /14 /15 /16
/17 /18 /19 /20 /21 /22 /23 /24
/25 /26 /27 /28 /29 /30 -- --

Merke: Ein /31- oder /32-Subnetz kann es nicht geben, da jedes Netz eine Netzadresse und eine Broadcastadresse benötigt.

Übung 3 Planung von Netzwerken

Gib die neue Subnetzmaske und die Anzahl an Hostadressen pro Netzwerk an. Gib von den Subnetzen jeweils die Netzwerkadresse, die kleinste und größte Hostadresse sowie die Broadcastadresse an.

  1. Erstelle für den Bereich 172.16.86.0/24 vier gleich große Subnetze.
  2. Erstelle für den Bereich 172.16.86.0/23 sechs gleich große Subnetze. Hinweis: 2 weitere dienen als Reserve.
  3. Erstelle für den Bereich 10.1.0.0/21 vier gleich große Subnetze.
  4. Bilde aus dem Bereich 10.1.0.0/21 ein Netz mit 14 gleich großen Subnetzen. Zwei weitere Subnetze dienen als Reserve.
  5. Ein Netzwerk mit zwei Subnetzen soll geplant werden. Das eine Subnetz benötigt 50 Hosts, das andere 40 Hosts. Wähle einen kleinst möglichen IPv4-Adressbereich aus dem privaten Netzwerkadressbereich 10.0.0.0.
Cisco Packet Tracer Beispiel


  1. Vorgabe: 172.16.86.0/24 mit 4 Subnetzen
    4 = 22 ⟹ 2 Bits
    neue Subnetzmaske: 24 + 2 = /26
    Bei einer /26-Maske wird der Wert im vierten Oktett in 64er-Schritten hochgezählt.

    Netz­werk­adresse kl. Host­adresse gr. Host­adresse Broad­cast­adresse
    172.16.86.0 ...1 ...62 ...63
    172.16.86.64 ...65 ...126 ...127
    172.16.86.128 ...129 ...190 ...191
    172.16.86.192 ...193 ...254 ...255
  2. Vorgabe: 172.16.86.0/23 mit 8 Subnetzen
    8 = 23 ⟹ 3 Bits
    neue Subnetzmaske: 23 + 3 = /26
    Bei einer /26-Maske wird der Wert im vierten Oktett in 64er-Schritten hochgezählt. Man beachte, dass es dabei einmal zum Übertrag auf das dritte Oktett kommt.

    Netz­werk­adresse kl. Host­adresse gr. Host­adresse Broad­cast­adresse
    172.16.86.0 ...1 ...62 ...63
    1172.16.86.64 ...65 ...126 ...127
    172.16.86.128 ...129 ...190 ...191
    172.16.86.192 ...193 ...254 ...255
    172.16.87.0 ...1 ...62 ...63
    1172.16.87.64 ...65 ...126 ...127
  3. Vorgabe: 10.1.0.0/21 mit 4 Subnetzen
    4 = 22 ⟹ 2 Bits
    neue Subnetzmaske: 21 + 2 = /23
    Bei einer /23-Maske wird der Wert im dritten Oktett in 2er-Schritten hochgezählt.

    Netz­werk­adresse kl. Host­adresse gr. Host­adresse Broad­cast­adresse
    10.1.0.0 10.1.0.1 10.1.1.254 10.1.1.255
    10.1.2.0 10.1.2.1 10.1.3.254 10.1.3.255
    10.1.4.0 10.1.4.1 10.1.5.254 10.1.5.255
    10.1.6.0 10.1.6.1 10.1.7.254 10.1.7.255
  4. Vorgabe: 10.1.0.0/21 mit 16 Subnetzen
    16 = 24 ⟹ 4 Bits
    neue Subnetzmaske: 21 + 4 = /25
    Bei einer /25-Maske wird der Wert im vierten Oktett in 128er-Schritten hochgezählt. Man beachte, dass es dabei immer wieder zum Übertrag auf das dritte Oktett kommt.

    Netz­werk­adresse kl. Host­adresse gr. Host­adresse Broad­cast­adresse
    10.1.0.0 10.1.0.1 10.1.0.126 10.1.0.127
    10.1.0.128 10.1.0.129 10.1.0.254 10.1.0.255
    10.1.1.0 10.1.1.1 10.1.1.126 10.1.1.127
    10.1.1.128 10.1.1.129 10.1.1.254 10.1.1.255
    10.1.6.0 10.1.6.1 10.1.6.126 10.1.6.127
    10.1.6.128 10.1.6.129 10.1.6.254 10.1.6.255
  5. Vorgabe: 10.0.0.0 mit 2 Subnetzen und >40 Hosts
    6 Hostbits: 26 = 64
    Subnetzmaske: 32 - 6 = /26
    2 Subnetze: 2 = 21 ⟹ 1 Subnetz­bit
    Die Netzadresse wäre somit 10.0.0.0 /25.
    Bei einer /26-Maske wird der Wert im vierten Oktett in 64er-Schritten hochgezählt.

    Netz­werk­adresse kl. Host­adresse gr. Host­adresse Broad­cast­adresse
    10.0.0.0 10.0.0.1 10.0.0.62 10.0.0.63
    10.0.0.64 10.0.0.65 10.0.0.126 10.0.0.127

Übung 4 Welche Aussage ist wahr?

Wähle die korrekten Aussagen zur gegebenen Schaltung aus.

Bestimme die Hostadressen , welche zu dem Subnetzwerk 192.168.1.72/29 gehört.
Wähle zwei Antworten.

  1. 192.168.1.77
  2. 192.168.1.78
  3. 192.168.1.79
  4. 192.168.1.80


Bestimme die Hostadresse, welche zu dem Subnetzwerk 192.168.1.64/29 gehört.
Wähle eine Antwort.

  1. 192.168.1.95
  2. 192.168.1.96
  3. 192.168.1.65
  4. 192.168.1.64

Ein Admin erstellt vier Subnetze von der Netzwerkadresse 192.168.1.0/24. Bestimme die dritte nutzbare Netzadresse.
Wähle eine Antwort.

  1. 192.168.1.64
  2. 192.168.1.0
  3. 192.168.1.192
  4. 192.168.1.128


Ein Admin erstellt 8 Subnetze von der Netzwerkadresse 192.168.1.0/24. Bestimme die fünfte nutzbare Netzadresse.
Wähle eine Antwort.

  1. 192.168.1.64
  2. 192.168.1.112
  3. 192.168.1.126
  4. 192.168.1.128

Bestimme die Anzahl an Bits, die für 3 Subnetze benötigt werden.
Wähle eine Antwort.

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4


Bestimme die Anzahl an Hostadressen in dem Netzwerk 192.168.10.64/27
Wähle eine Antwort.

  1. 32
  2. 64
  3. 62
  4. 30

Bestimme die Subnetzmaske, die für 127 Hosts benötigt wird.
Wähle eine Antwort.

  1. /24
  2. /25
  3. /26
  4. /27


Bestimme die Subnetzmaske, die für 53 Hosts benötigt wird.
Wähle eine Antwort.

  1. /24
  2. /25
  3. /26
  4. /27

VLSM Subnetze unterschiedlicher Größe



Abtei­lung Anzahl Rech­ner
Forschung 28
Entwicklung 62
Produktion 125
Vertrieb 14

Unter VLSM (engl. variable length subnet mask) ver­steht man die Bildung von Subnetzen unter­schied­licher Größen. Eine Firma hat das Netz 192.168.1.0/24 erhalten. Insgesamt sind 4 Netze mit 225 Rechnern zu versorgen an 2 Standorten zu verbinden.

192.168.1.0/24

254 Hosts


Man sortiert die Netze der Größe nach und arbeitet sie von groß nach klein ab. Wir beginnen folglich mit der Produktion mit 125 Rechnern. Das Netz bietet uns noch eine Reserve von einem Host.

192.168.1.0/25 Produktion: 126 Hosts
192.168.1.128/25

126 Hosts


Als nächstes folgt die Entwicklung mit 62 Rechnern. Man beachte, dass in diesem Fall kein Spielraum zur Erweiterung mehr vorhanden ist.

192.168.1.0/25 Produktion: 126 Hosts
192.168.1.128/26 Entwicklung: 62 Hosts
192.168.1.192/26

126 Hosts
62 Hosts


Für die Forschung mit 28 Rechnern wird der Rest wieder unterteilt in ein /27-Netzwerk mit 30 Hosts.

...
192.168.1.192/27 Forschung: 30 Host
192.168.1.192/27

126
62
30


Der Vertrieb ist mit 10 Rechnern das vierte Netz.

...
192.168.1.224/28 Vertrieb: 14 Hosts
192.168.1.240/28

126
62
30
14


Für die Verbindung der zwei Standorte wird ein WAN-Link mit 2 Hosts benötigt. Wir unterteilen das Netz ein letztes Mal und haben dann immer noch eine Reserve von 6 Hosts.

192.168.1.0/25 Produktion: 126 Hosts
192.168.1.128/26 Entwicklung: 62 Hosts
192.168.1.192/27 Forschung: 30 Hosts
192.168.1.224/28 Vertrieb: 14 Hosts
192.168.1.240/29 WAN-Link: 6 Hosts
192.168.1.248/29 6 Hosts übrig

126
62
30
14
6


Übung 5 Welche Aussage ist wahr?

Wähle die korrekten Aussagen zur gegebenen Schaltung aus.

Abteilung 1 und 2 benötigen 120 Hosts und 60 Hosts. Bestimme die beiden VLSM, welche zu dem Subnetzwerk 192.168.1.0/24 gehören.
Wähle zwei Antworten.

  1. 192.168.1.0/25
  2. 192.168.1.0/26
  3. 192.168.1.128/26
  4. 192.168.1.128/27


Abteilung 1 und 2 benötigen 60 Hosts und 15 Hosts. Bestimme die beiden VLSM, welche zu dem Subnetzwerk 192.168.1.0/24 gehören.
Wähle zwei Antworten.

  1. 192.168.1.0/25
  2. 192.168.1.0/26
  3. 192.168.1.64/27
  4. 192.168.1.64/28

Ein Admin erstellt vier VLSM von der Netzwerkadresse 192.168.1.0/24. Die Netze haben 13, 28, 28 und 120 Rechner. Bestimme die dritte VLSM.
Wähle eine Antwort.

  1. 192.168.1.0/25
  2. 192.168.1.128/26
  3. 192.168.1.160/27
  4. 192.168.1.192/27


Ein Admin erstellt 8 VLSM von der Netzwerkadresse 192.168.1.0/24. Jedes Subnetz ist halb so groß wie das vorherige. Bestimme die vierte VLSM.
Wähle eine Antwort.

  1. 192.168.1.0/25
  2. 192.168.1.128/26
  3. 192.168.1.192/27
  4. 192.168.1.224/28

Wortliste und Satzbausteine



die IPv4-Adresse, -n eine 32 Bit lange Netz­werk­adresse
die Sub­netz­maske, -n gibt den Netz­werk­anteil und den Host­anteil der Netz­werk­adresse vor
die Präfix­länge, -n ist eine alter­native kürzere Schreib­weise für die Subnetz­maske
die lo­gische UND-Ver­knüpf­ung, -en ver­knüpft IPv4-Adresse lo­gisch mit der Subnetz­maske zum Er­mitteln der Netzwerk­adresse
die Netz­werk­adress­art, -en Man unter­scheidet zwi­schen öffent­lichen und pri­vaten Netz­werk­adressen.
Sub­netting, - Sub­netting dient der Unter­teilung eines pri­vaten Netz­werks in mehrere Seg­mente. Da­durch wird die Netz­werk­leis­tung ver­bessert.
VLSM, - Unter VLSM (engl. variable length subnet mask) versteht man die Bildung von Sub­netzen unter­schiedlicher Größe.