Netzwerkadressen und Subnetting

IP-Adresse (Internet Protocol Address): Eine eindeutige Adresse, mit der ein Gerät in einem Netzwerk identifiziert wird.

• IPv4: 32 Bit lang, geschrieben in 4 Dezimalblöcken (Octets) getrennt durch Punkte (z. B. 192.168.1.1). Besteht aus Netz-ID (identifiziert das Netzwerk) und Host-ID (identifiziert das Gerät im Netzwerk). Ein Octet ist eine Gruppe von 8 Bit.

• IPv6: 128 Bit lang, geschrieben in 8 Hexadezimalblöcken getrennt durch Doppelpunkte (z. B. 2001:0db8::1). Bietet eine erheblich größere Anzahl an Adressen. Es gibt Regeln zur Kürzung von IPv6-Adressen (Weglassen führender Nullen, Ersetzen von Nullerblöcken durch "::").

MAC-Adresse (Media Access Control Address): Die physische Hardwareadresse eines Netzwerkadapters. Sie ist vom Hersteller eingebrannt, 48 Bit (6 Byte) lang (z. B. 00:1A:2B:3C:4D:5E). Wird in der OSI-Schicht 2 (Sicherungsschicht) verwendet, z.B. zur Kommunikation innerhalb eines lokalen Netzwerks (LAN). Die ersten 3 Bytes identifizieren den Hersteller. Jedes Ethernet-basierte Gerät hat eine eindeutige MAC-Adresse.

Unterschied Physikalische vs. Logische Adresse: Die physikalische Adresse (MAC) ist eindeutig für die Netzwerkkarte (Layer 2), die logische Adresse (IP) wird für das IP-Routing im Netzwerk verwendet (Layer 3).

Subnetzmaske: Teilt die IP-Adresse in Netz-ID und Host-ID auf. Sie ist ebenfalls 32 Bit lang und wird oft in Dezimaldarstellung (z.B. 255.255.255.0) oder als Präfixlänge in der CIDR-Notation dargestellt. 1er-Bits in der Subnetzmaske kennzeichnen den Netzwerkanteil, 0er-Bits den Hostanteil.

CIDR (Classless Inter-Domain Routing): Ersetzt das alte Adressklassensystem (A, B, C). Format: IP-Adresse/Suffix (z. B. 192.168.1.0/24). Der Suffix (/24) gibt an, wie viele Bits zur Netz-ID gehören.

Subnetting-Berechnungen:

• Hosts pro Subnetz: Die Anzahl der Host-Bits ergibt sich aus 32 minus der Anzahl der Netz-Bits (Suffix). Die Anzahl der möglichen Adressen ist 2^(Anzahl Host-Bits). Davon müssen die Netzwerkadresse (alle Host-Bits 0) und die Broadcast-Adresse (alle Host-Bits 1) abgezogen werden. Anzahl Hosts = 2^(Anzahl Host-Bits) - 2.

• Anzahl Subnetze: Wenn ein Netzwerk weiter unterteilt wird, erhöht man die Anzahl der Netz-Bits über den ursprünglichen Standard hinaus. Anzahl Subnetze = 2^(neue Netz-Bits - ursprüngliche Netz-Bits).

Adressklassen (klassisches Modell): Teilen den IPv4-Adressraum in Klassen A, B, C mit festen Subnetzmasken auf (A=/8, B=/16, C=/24). Klasse A für sehr große Netze, B für mittelgroße, C für kleine. Heute meist durch CIDR ersetzt.

Spezielle IP-Adressen:

• Netzwerkadresse: Die erste Adresse in einem Subnetz (alle Host-Bits auf 0). Kann nicht als Host-Adresse verwendet werden.

• Broadcast-Adresse: Die letzte Adresse in einem Subnetz (alle Host-Bits auf 1). Nachrichten an diese Adresse erreichen alle Hosts im Subnetz.

• Loopback-Adresse: 127.0.0.1 wird zur lokalen Testadresse verwendet.

• Private IP-Adressen: Adressbereiche (10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16), die nicht öffentlich im Internet geroutet werden.

Routing: Der Prozess der "Leitweglenkung" von Datenpaketen zu Zielen in anderen IP-Netzwerken. Findet in OSI Layer 3 statt. Router (Gateways) führen das Routing durch. Ein IP-Gerät prüft anhand seiner Subnetzmaske und der Ziel-IP-Adresse, ob das Ziel im selben Netz liegt (bitweise AND-Verknüpfung). Liegt das Ziel nicht im selben Netz, wird das Paket an den konfigurierten Standard-Gateway (Router) gesendet. Router nutzen Routing-Tabellen, die beschreiben, welche Netze über welchen Weg (Next Hop) erreichbar sind. Die Default Route 0.0.0.0/0 adressiert alle Netze, für die keine spezifischere Route existiert.

Ports: Kennziffern auf OSI-Schicht 4 (Transport), die den Empfängerprozess (Anwendung) auf dem Zielsystem identifizieren. Im Datenpaket sind immer Quell- und Zielport enthalten. Bekannte Ports (Well Known Ports) sind für Standarddienste reserviert (z.B. 80 für HTTP, 443 für HTTPS).