Kommunikation in Rechnernetzen

2. Datenübertragung im Netz (3)

Adressierung

Damit ein Rechner im Netz angesprochen werden kann, braucht er eine eindeutige Adresse. Innerhalb des Übertragungsprotokolls TCP/IP identifiziert die IP-Adresse jede einzelne Maschine und unterscheidet sie von allen anderen im Netzwerk.
Jede IP-Adresse umfasst 32 Bit, die in 4 Oktetts (8 Bit = 1 Byte) unterteilt sind, und dezimal als Werte zwischen 0 und 255 geschrieben werden (Beispiel: 192.168.1.1). Eine IP-Adresse besteht aus 4 Byte, also 4 mal 8 Bit. Jedes Byte kann 256 verschiedene Werte annehmen, und zwar von 0 (lauter Nullen) bis 255 (lauter Einsen). Es können daher insgesamt 2³² = 4.294.967.296 Maschinen adressiert werden. Allerdings gibt es noch einige Besonderheiten bei der Adressierung.

Beipiel:

Wie viele Rechner maximal zu einem Netz gehören können, wird durch die Subnetmask festgelegt. Ihre Binärdarstellung enthält im vorderen Teil lauter Einsen, im hinteren Teil lauter Nullen. Die zum gleichen lokalen Netz gehörenden Rechner dürfen sich nur in den Bits unterscheiden, in denen bei der Subnet-Mask Nullen stehen. Im obigen Beispiel müssen die Adressen aller Computer des gleichen Netzes in den ersten drei Bytes übereinstimmen. So wird es durch die Subnet-Mask festgelegt:
Die ersten 3 Bytes sind mit Einsen gefüllt, das letzte enthält lauter Nullen.

Obwohl die Rechner in diesem Beispiel dieselben IP-Adressen wie oben haben, gehören sie wegen der veränderten Subnet-Mask zu unterschiedlichen Netzen, da sie sich in der Netz-ID an der letzten Stelle unterscheiden (fett gedruckte Ziffer). Beide Rechner haben dieses Mal die Nummer 3 (Host-ID), jedoch in unterschiedlichen Netzen.

Ein Rechner hat die IP-Adresse 192.168.79.5 und die Subnetmask 255.255.192.0.
Mit diesen Werten kann man die Netzadresse (Netz-ID) und die Rechneradresse (Host-ID) bestimmen. Alle Bits in der IP-Adresse, die in der Subnetmask belegt sind, zählen dann zum Netzanteil, der Rest zum Hostanteil.

Verfahren

1. IP-Adresse und Subnet-Mmask im Binärformat schreiben.
2. AND-Vergleich zwischen IP-Adresse und Subnet-Mask durchführen.
3. Das Ergebnis liefert die Netzadresse.

Damit ist die Netz-ID: 192.168.64.0,
die Host-ID ist: 3845 (= 15*256 + 5)

Wie viele Rechner gehören maximal zu einem Netz?

Diese Frage kann mit Hilfe der Subnet-Mask beantwortet werden.
Beispiel: Ein Netzwerk hat die Subnet-Mask 255.255.255.0. Für die Host-ID verbleiben 8 Bit. Somit gibt es zunächst 2⁸ = 256 Möglichkeiten für die Host-ID. Die Bits der Host-ID dürfen weder alle 1 noch alle 0 sein. Somit verbleiben 254 Möglichkeiten für die Host-ID.

Netzklassen

Je nach Anzahl der möglichen Rechner, die zu einem Netz gehören können unterscheidet man verschiedene Netzklassen, für die entsprechende IP-Nummern reserviert sind.

MAC-Adressen

Jede Netzwerkkarte hat eine 48-Bit MAC-Adresse (Media Access Control Adress), die auf der Netzwerkkarte eingebrannt und weltweit eindeutig ist. Die Adressen werden zentral verwaltet und an die Hersteller verteilt.

Um Daten in einem Netzwerk von Rechner A zu Rechner B zu übertragen, benötigt man die MAC-Adressen der Rechner. Das ARP-Protokoll (Address Resolution Protocol) hat die Aufgabe, die IP-Adresse eines Rechner in seine MAC-Adresse aufzulösen.

Beispiel des Aufbaus einer Übertragungsverbindung

Ein Blick in die Zukunft

Ein großes Problem ist das rasante Wachstum des Internets. Die Anzahl der zu vergebenden IP-Adressen ist fast erschöpft. Deshalb ist die IP-Version 6 (IPv6) in Erprobung. Diese Version basiert auf einem 128 Bit breiten Adressraum (16 Byte). In einem Buch über TCP/IP liest man: "Damit kann man theoretisch jeder Kaffee- und Waschmaschine eine IP-Adresse zuweisen."
Ist das so abwegig?
1999 wurde ein weltweiter Versuch mit IPv6 gestartet. In China wird IPv6 bereits eingesetzt.

Übungen (Alle Befehle sind in der MS-DOS-Eingabeaufforderung einzugeben):

1. Ermittle die IP-Adresse des eigenen Rechners und die Subnet-Mask des Netzes mit dem Befehl ipconfig
2. Prüfe die Erreichbarkeit einiger Nachbarrechner mit ping <IP-Adresse>
3. Wie viele Clients können maximal in dem Netzwerk an der Schule sein? Betrachte dazu die Subnet-Mask.
4. Wie viele Clients können in einem Netzwerk mit der Subnetmask 255.255.255.128 sein?
5. Wie viele IP-Adressen sind bei einem 128-Bit Adressraum möglich (IPv6)?
6. Ermittle die MAC-Adresse deines Rechners mit Hilfe des Befehls ipconfig /ALL bzw. winipcfg.
7. Öffne ein DOS-Fenster. Teste mit dem ping-Befehl die Verbindung zu anderen Rechnern. Mit dem Befehl arp -a kann man dann den ARP-Cache des Rechners anzeigen lassen.

Anmerkung: Wenn die MS-DOS-Eingabeaufforderung deaktiviert ist, kann statt ipconfig ersatzweise das Programm Winipcfg.exe verwendet werden (normalerweise im Windows-Verzeichnis; nicht vorhanden bei Windows NT und Windows 2000).
Das Windows-Programm TJPing (Freeware) ersetzt in diesem Fall den Befehl ping. Außerdem zeigt es die eigene IP-Adresse an.

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Autor: Jürgen Dehmer nach Vorlage von K. Baulig und G. Liebrich
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