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Subnetting 1: Einleitung

Bevor wir uns dem eigentlichen Thema Subnetting widmen, klären wir erst mal ein paar grundlegende Dinge.

Internet-Protokoll

In der IT ist ein Protokoll eine Vorgabe, wie bestimmte technische Abläufe zu erfolgen haben. Es sind Regelfestlegungen, damit sich Hard- bzw. Software-Hersteller nicht immer wieder erneut untereinander absprechen müssen, wenn ihre Produkte miteinander kompatibel sein sollen.

Das Internet-Protokoll (IP) ist eines von rund 500 Netzwerkprotokollen. Als ältestes aus dieser Gruppe stellt es die Grundlage des heutigen Internets dar.

Für diejenigen, die in der Ausbildung schon etwas weiter sind:
IP arbeitet auf Schicht 3 des OSI-Modells, das ist die Vermittlungsschicht.

Im Rahmen dieses Protokolls ist beispielsweise festgelegt, dass es Adressangaben in einem bestimmten Format geben muss, damit Datensendungen ihren Zielort erreichen können.

Protokoll-Kombination TCP/IP

IP arbeitet aber nicht alleine. Erst in Verbindung mit TCP (Transmission Control Protocol) sorgt IP dafür, dass Daten über das Internet versendet werden können.

Wieder für diejenigen, die schon weiter sind:
TCP arbeitet auf Schicht 4 des OSI-Modells, das ist die Transportschicht.

Für Einsteiger ein ganz einfacher Vergleich, wie man sich die Funktion des Protokoll-Gespannes TCP/IP vorstellen kann:

IP ist so etwas wie ein Hund, der sich den Weg durch das Internet erschnüffelt. Fällt auf dem Weg vom Absender zum Empfänger ein Knoten aus, sucht sich dieser Hund einen anderen Weg zum Ziel. Da das Internet ein dezentrales Netz ohne einen "leitenden Chef" ist, muss jedes Datenpaket von allein in der Lage sein, den richtigen Weg zum Ziel zu finden. Auf die genaue Funktionsweise werde ich mal an anderer Stelle eingehen, da es hier zu umfangreich wäre.

TCP kann man sich wie die Seiteninformation auf FAX-Seiten vorstellen. Stellen Sie sich mal vor, Sie erhielten per FAX zwei Seiten mit den Informationen "Seite 1 von 3" und "Seite 3 von 3". Ohne den Inhalt gelesen zu haben, wüssten Sie sofort, dass die Seite 2 fehlt. Jetzt können Sie sich beim Absender melden und die fehlende Seite nachfordern.

Ähnlich funktioniert auch TCP. Da Daten vom Absender zum Empfänger in kleinen Paketen verschickt werden und diese ziemlich sicher nicht alle den gleichen Weg nehmen, muss am Zielort geprüft werden, ob auch wirklich alles angekommen ist. Nur dann können die verschickten Daten wieder zusammengesetzt werden. Diese Kontrolle passiert über Zusatzinformationen in den Datenpaketen, ähnlich der Seitenangabe auf dem Fax.

IP-Adressen

IP-Adressen dienen der Identifikation eines Ziels in einem Netzwerk. Dieses muss nicht zwangsläufig ein einzelnes Gerät sein. Es kann auch eine ganze Gruppe an Geräten eine gemeinsame IP-Adresse besitzen. Umgekehrt kann aber auch ein einzelnes Gerät mehrere IP-Adressen für unterschiedliche Zwecke besitzen.

Generell kann man sich die IP-Adresse wie die Postanschrift einer Person vorstellen. Ist die bekannt, ist der Weg der Postsendung zum Ziel egal.

Anders als die MAC-Hardwareadresse ist eine IP-Adresse nicht für ein bestimmtes Gerät festgeschrieben und kann jederzeit nachträglich verändert werden.
(Jaaaaa ... ich weiß, dass dies nur die Theorie ist, die die IHK hören will. Natürlich kann man auch MAC-Adressen mit entsprechenden Mitteln nachträglich verändern.)

IPv4 und IPv6

Heute sind zwei IP-Versionen gebräuchlich: Das ältere IPv4 und das neuere IPv6.

In der Anfangszeit des Internets hat der ursprüngliche IP-Adressaufbau völlig ausgereicht, um genügend Adressen für alle Netzwerkgeräte zu generieren.

Eine IPv4-Adresse besteht aus vier Bereichen, die jeweils durch einen Punkt getrennt werden. In jedem der Bereiche ist ein Wert von 0 bis 255 möglich, es gibt also 256 Möglichkeiten.

So könnte eine IPv4-Adresse aussehen:

109 . 41 . 65 . 137

Man kann eine IPv4-Adresse auch binär darstellen. Dann entspricht jeder der Bereiche einem Wert von 00000000 (dezimal 0) bis 11111111 (dezimal 255).

Es gibt in jedem Bereich acht binäre Stellen, deswegen spricht man in diesem Zusammenhang auch von einem Oktett.

Die oben dezimal geschriebene Adresse würde mit vier binären Oktetten dargestellt so aussehen:

01101101 . 00101001 . 01000001 . 10001001

Die komplette Adresse hat eine Länge von vier mal acht Bit, insgesamt also 32 Bit.

Über vier Milliarden mögliche unterschiedliche Adressen?
Na, wenn das nicht für alle Zeiten ausreicht!

Nun hat sich die Technik aber weiterentwickelt und durch die fortschreitende Miniaturisierung der Geräte gibt es heute eine völlig andere Akzeptanz der Technik in der Bevölkerung. Heute besitzt fast jeder Mensch - wo auch immer auf der Welt (und selbst auf der Raumstation ISS) - mindestens ein Gerät mit einer Internetverbindung. Gab es damals nur vereinzelt mal einen PC mit Internetanschluss in einem Haushalt, so ist es heute selbstverständlich, dass so gut wie jeder gleich mehrere Netzwerkgeräte parallel benutzt: Handy, PC, Laptop, Fernseher, Bordcomputer im Auto, Smart-Home-Geräte usw.

Daraus ergibt sich das Problem, dass das alte System nicht mehr ausreichend Adressen bietet. Selbst mit Tricksereien reicht der mögliche Adresspool auf absehbare Zeit nicht mehr aus.

Unter anderem aus diesem Grund hat man sich darauf geeinigt, von IPv4 auf IPv6 umzusteigen. Mit der Version 6 des Internet-Protokolls stehen einem deutlich mehr Adressen zur Verfügung.

Der Aufbau einer IPv6-Adresse basiert auf dem hexadezimalen Zahlensystem. Dabei werden die Ziffern von 0 bis 9 verwendet, wie in unserem Dezimalsystem auch. Aber dann geht es einstellig mit den Buchstaben a bis f weiter, bevor eine Zahl zweistellig wird. Man kann also einstellig 16 verschiedene Zustände darstellen: 0 bis 9 und dann weiter a bis f.

Eine IPv6-Adresse besteht aus acht vierstelligen Bereichen, wovon jeder hexadezimal dargestellt 65.536 Möglichkeiten bietet. In jedem der acht Bereiche ist ein Wert von 0000 (entspricht dezimal 0) bis ffff (entspricht dezimal 65.535) möglich. In Kombination sind damit 340 Sextillionen Adressen möglich, ausgeschrieben wäre das eine 34 gefolgt von 37 Nullen!

Damit werden wir auf absehbare Zeit ausreichend IP-Adressen zur Verfügung haben, um zumindest theoretisch jedes einzelne Netzwerkgerät auf der Welt dauerhaft mit einer festen IP-Adresse zu versehen!

Zusätzlich bietet IPv6 viele Verbesserungen/Erweiterungen u.a. des Protokollrahmens.

Subnetzmaske

Wer schon einmal eine IP-Konfiguration durchgeführt oder zumindest mal zugeschaut hat, dem sollte aufgefallen sein, dass unterhalb der IP-Adresse oftmals noch eine weitere Angabe in dieser Art existiert:

255 . 255 . 255 . 0

Dies ist die sogenannte Subnetzmaske, die dem Rechner wesentliche Informationen zu der angegebenen IP-Adresse mitteilt. Um es besser zu verstehen, sollte man daran denken, dass auch hier neben der dezimalen eine binäre Darstellung möglich ist. Dann hätte man für das obige Beispiel eine Kette von 24 Einsen und 8 Nullen:

11111111 . 11111111 . 11111111 . 00000000

Diese Einsen und Nullen teilen die IP-Adresse in einen Netz- und in einen Host-Bereich ein. Das bedeutet, dass man darüber herausfinden kann, wie viele Bits der IP-Adresse für Netze belegt sind und wie viele der PC-Adressierung je Netz zur Verfügung stehen.

Damit verlassen wir aber die Einleitung, Details werden in den nachfolgenden Kapiteln erläutert.