Was ist eine IP Adresse?

Das Internetprotokoll (IP) ist die Grundlage der Kommunikation im Internet. Es gibt zwei Versionen dieses Protokolls: IPv4 und IPv6 für IP Adressen. Beide dienen demselben Zweck – der Adressierung und Vermittlung von Datenpaketen – unterscheiden sich jedoch in wesentlichen Punkten.

IPv4: Das etablierte Protokoll

IPv4 (Internet Protocol Version 4) ist das älteste und am weitesten verbreitete IP-Protokoll. Es wurde in den 1980er Jahren eingeführt und nutzt 32-Bit-Adressen, die theoretisch 4,3 Milliarden einzigartige IP Adressen ermöglichen. Aufgrund der rasant wachsenden Anzahl von internetfähigen Geräten sind diese Adressen mittlerweile knapp geworden. IPv4 ist weiterhin weit verbreitet und wird durch verschiedene Technologien wie NAT (Network Address Translation) verlängert, um den Adressmangel zu kompensieren.

IPv6: Die Antwort auf den Adressmangel

IPv6 (Internet Protocol Version 6) wurde entwickelt, um die Begrenzungen von IPv4 zu überwinden. Es nutzt 128-Bit-Adressen, was eine nahezu unerschöpfliche Anzahl von IP Adressen (ca. 340 Sextillionen) ermöglicht. IPv6 bietet zudem Verbesserungen in Bereichen wie Sicherheit, Effizienz und Netzwerkautomatisierung. Ein Beispiel ist der erweiterte Header, der die Verarbeitung von Paketen beschleunigt.

Hauptunterschiede

Der auffälligste Unterschied zwischen IPv4 und IPv6 ist die Adresslänge. Während IPv4-Adressen aus vier Oktetten bestehen (z. B. 192.168.0.1), sind IPv6-Adressen länger und komplexer (z. B. 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334). IPv6 eliminiert zudem die Notwendigkeit für NAT, da jede Maschine ihre eigene, öffentliche IP Adresse erhalten kann.

Im Internet dienen Adressen zur eindeutigen Adressierung. Diese setzen sich aus vier Bytes (Zahlen von 0 bis 255) bei IPv4 oder aus 8 Bytes hexadezimal bei IPv6 zusammen.

Beispiele:

IPv4

4.2.2.2
18.0.0.2
134.101.150.12
192.168.178.1

IPv6

2001:0db8:0000:08d3:0000:8a2e:0070:7344

2001:db8:0:8d3:0:8a2e:70:7344 (führende Nullen weggeschnitten)

Die Bereiche für Adressen sind beschränkt durch die vier/acht Bytes, die verwendet werden. Um Adressbereiche nach einem gewissen System zuordnen zu können, ohne jedes einzelne System weltweit registrieren zu müssen, wurden die Netze an Firmen und Organisationen in Blöcken zugeteilt.

IPv4

Class A Netze: 1.x.x.x bis 126.x.x.x (126 Netzwerke mit je max. 256*256*265 Adressen)
127.0.0.1 ist immer der lokale Rechner selbst (Loopback)
Class B Netze: 128.0.x.x bis 191.255.x.x (16384 Netze mit je max. 256*256 Adressen)
Class C Netze: 192.0.0.x bis 223.254.254.x (2097152 Netze mit je max. 256 Adressen)

IPv6

Reserved: FC00::/7

Used: FD00::/7

Beispiel:

Ein PC mit der IP Adresse 134.101.150.58 ist damit Teil des Class B Netzes 134.101.x.x und hat dort die lokale Adresse 150.58.

Man kann sehr große Netze natürlich auch unterstrukturieren – man spricht dann von Subnetzen. Subnetze verwenden einen Teil der lokalen Adresse als Subnetzadresse und den Rest für die eigentliche Adressierung von Systemen.

Beispiel:

Ist das Netzwerk 134.101 unterstrukturiert nach dem dritten Byte der Adresse, so wäre das System aus dem vorigen Beispiel mit der Adresse 134.101.150.58 im Subnetz 150 mit Adressen der Form 134.101.150.x und hätte dort die Adresse 58.

Damit man diese Fälle spezifizieren kann, gibt es sogenannte Netzmasken, die definieren, welcher Teil einer Adresse als Netzwerk und welcher als lokale Adresse verwendet wird. Netzmasken tragen 1-Bits Stellen der Netzwerkadresse und 0-Bits an Stellen der lokalen Adresse. Im vorigen Beispiel mit einem Subnetz für 134.101 wäre die Netzmaske 255.255.255.0, denn die ersten drei Bytes sind vollständig für Netzwerkadressen verwendet, während das vierte Byte ein System auf dem lokalen Netzwerk identifiziert.

Ein System kann immer nur andere Systeme, die sich im gleichen Subnetz befinden, direkt ohne Hilfe von Routern ansprechen.

Welche Subnetze lokal zu erreichen sind, ergibt sich aus IP Adresse eines Systems und seiner Netzmaske.

Beispiel:

Hat ein PC beispielsweise die IP Adresse 134.101.150.58 mit Netzmaske 255.255.255.0, so kann es direkt alle anderen Systeme im gleichen Subnet, d.h. 134.101.150.1 bis 134.101.150.254 ansprechen. Für die Kommunikation mit anderen Systemen ist ein Router erforderlich.

Die Adresse, in der alle Bits der lokalen Adresse auf 1 stehen, wird als Broadcast-Adresse verwendet, d.h. Pakete an diese Adresse werden an alle Systeme im lokalen Subnetz geschickt.

Beispiel:

Im Subnetz 134.101.150.x mit der Netzmaske 255.255.255.0 lautet die Broadcast-Adresse 134.101.150.255. EIn Datenpaket, das an diese Adresse versandt wird, kann von allen Systemen mit Adressen 134.101.150.1 bis 134.101.150.254 empfangen werden.

Da es nur relativ wenige IP-Netzbereiche im Vergleich zu den vielen Teilnehmern (Einzelpersonen, Firmen, Organisationen) im Internet gibt, wurden „private IP-Netzbereiche“ eingeführt. Sie werden im Internet nicht geroutet und können nur lokal, z.B. innerhalb einer Firma oder zuhause in einem lokalen Netzwerk, eingesetzt werden.

Hierzu sind die folgenden IP Adressbereiche reserviert:

Class A: 10.x.x.x
Class B: 169.254.1.x bis 169.254.254
Class B: 172.16.x.x bis 172.31.x.x
Class C: 192.168.x.x

Systeme, die mit privaten IP Adressen arbeiten, sind üblicherweise über einen Router, der bei der Kommunikation mit dem Internet die privaten Adressen in öffentliche und bei Antworten entsprechend zurück umsetzt, mit dem Internet verbunden. Das Verfahren der Umsetzung wird als NAT = Network Address Translation bezeichnet.

Ein System, das im Internet mit anderen Systemen kommunizieren möchte, muss eine offiziell verwendbare, eindeutige, geroutete IP Adresse erhalten. Dies erfolgt i.a. beim Aufbau einer Internetverbindung über das DHCP-Protokoll vom Internet Service Provider. Darunter versteht man das Abfragen und Zuweisen einer IP Adresse mit Hilfe eines speziellen Protokolls, das bei DSL, Kabel-Internet, drahtlosen Techniken und anderen Zugangstechnologien Verwendung findet. Die dann erhaltene IP Adresse gilt für eine gewisse Zeit (Lease Time = Leihzeit). Danach muß eine neue Adresse angefordert werden (Renewal = Erneuerung) und so fort. Bei manchen Providern muß zwar periodisch eine neue Adresse angefordert werden, die zugewiesene ist jedoch immer die gleiche.

Man kann für Systeme in einem lokalen Netz, das mit dem Internet über einen Router (der seine IP Adresse vom Provider erhält) verbunden ist, auch selbst IP Adressen definieren und diese den Systemen zuordnen. Dies kann statisch (fester Eintrag) oder dynamisch (Zuordnung durch DHCP, beispielsweise über den Router) erfolgen. Bei DHCP gibt es zwei Varianten:

Statisches DHCP: ein System ist durch seine MAC-Adresse eindeutig identifiziert und erhält somit immer vom DHCP-Server die gleiche IP Adresse zugeordnet

Dynamisches DHCP: der DHCP-Server verfügt über einen Pool von IP Adressen und vergibt einem anfragenden System die nächste freie, d.h. Systeme erhalten jeweils freie Adressen und damit ggf. unterschiedliche zu verschiedenen Zeitpunkten.

DHCP vergibt jedoch nicht nur die IP Adresse für ein Endgerät, sondern auch normalerweise den Default-Gateway und die zu verwendenden DNS-Server.

Sollen mehrere PCs oder andere Systeme (z.B. VoIP-Gateways) an einem einzigen Internet-Zugang mit einer einzigen IP Adresse angeschlossen werden, so stellt sich zunächst die Frage, wie mehrere Systeme über eine einzige IP Adresse Internet-Zugang erhalten können. Die Lösung hierfür ist NAT – Network Address Translation. Hierbei „versteckt“ ein Router alle internen System des lokalen Netzwerks und übersetzt Pakete so, als würden sie von ihm kommen. Antwortpakete werden entsprechend rückübersetzt und an die richtigen Systeme im lokalen Netz übermittelt.

Soll ein Rechner oder VoIP-Gateway hinter einem NAT-Router für Portweiterleitungen oder andere Konfigurationen in diesem Router eingerichtet werden, für die eine IP Adresse notwendig ist, sollte man für dieses Gerät nicht dynamisches DHCP, sondern nur statisches DHCP oder einen komplett statischen Eintrag verwenden. Ändert sich die IP Adresse des Endgeräts nämlich, da über dynamisches DHCP eine andere Adresse nach einer gewissen Zeit vergeben wurde, funktioniert z.B. eine Portweiterleitung nicht mehr, da dort noch die alte IP Adresse steht.

Bei der Verwendung statischer Einträge ist zu beachten, daß es nicht ausreicht, nur eine IP Adresse im Endgerät statisch einzutragen, sondern auch Default-Gateway und DNS-Server erforderlich sind. Diese sind i.a. die (feste) IP Adresse des Internetrouters im LAN. Die LAN-IP-Adresse des Routers ändert sich nicht, auch wenn sich zwischenzeitlich die öffentliche (WAN-)IP Adresse des Routers durch Neuvergabe vom Provider ändern sollte.