IP Addressing. PC mit fix zugeordneter versteckter Class C IP Adresse :

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1 IP Addressing PC mit fix zugeordneter versteckter Class C IP Adresse : PC mit fix zugeordneter versteckter Class C IP Adresse und Internet Class C IP Adresse: Seite 1 von 1 Version

2 Jeder Host (z.b. Rechner, Routerport) auf der Welt braucht eine eindeutige Adresse um im Internet erkannt zu werden, die so genannte IP Adresse. Achtung: Nicht jeder Rechner, der beispielsweise über einen Browser auf das Internet zugreifen kann, hat eine eigene IP Adresse (siehe NAT). Die IP Adresse wird vom Internet Protocol (IP) genutzt, um Hosts zu adressieren. In der Version 4 des Internet Protokolls ist die IP Adresse eine 32-stellige Binärzahl, also etwa: Meist fasst man 8 Bits zu einem Byte zusammen und stellt die IP Adresse mit 4 dezimalen Zahlen dar, zum Beispiel: Die IP Adressen werden von der Internet Assigned Number Association (IANA, vergeben. Man hat mit einer 32 Bit Adresse insgesamt Möglichkeiten (also mehr als 4 Milliarden), einen PC unverwechselbar zu adressieren. Man sollte meinen, dass diese große Anzahl für alle PCs der Welt ausreicht. Leider ist das nicht so. Diese Adressen sind in zwei Teile geteilt Netzwerkadresse und Hostadresse: Der erste Teil ist die Netzwerkadresse (entspricht der Telefonvorwahl). Da das Internet aus vielen miteinander verbundenen lokalen Netzen (LANs) besteht, ist es sinnvoll, jedem LAN eine eindeutige Adresse zuzuweisen. Der zweite Teil, die Hostadresse (entspricht der Telefonnummer) gibt die Adresse der einzelnen Hosts im Netz an. Dieser Teil wird durch das lokale Netzwerkmanagement vergeben (manuell oder dynamisch durch einen Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) server). Die IP Adressen sind hierarchisch organisiert wie Postleitzahlen und Telefonnummern. MAC Adressen im Ethernet sind eindimensional (flat). Beispiel: Class B Adresse: Netzwerkadresse: Broadcastadresse: Hostadresse: Seite 2 von 2 Version

3 Größenklassen von Netzwerken: Class A: Adresse beginnt mit einer binären 0, 7 Bit für Netzwerkadresse, 24 Bit für Hostadresse. Damit sind weltweit 126 (2 7-2) derartige Netzwerke möglich, ein Class A Netz kann bis zu 16 Mio (2 24-2) Teilnehmer haben. Die Adresse 127 ist für Loopback- und Diagnosefunktionen reserviert. Mögliche IP Hostadressen in Class A Netzen: bis Class B: Adresse beginnt mit der binären Ziffernkombination 10, 14 Bit für Netzwerkadresse, 16 Bit für Hostadresse. Damit sind weltweit (2 14-2) derartige Netzwerke möglich, ein Class B Netz kann bis zu (2 16-2) Teilnehmer haben. Mögliche IP Hostadressen in Class B Netzen: bis Class C: Adresse beginnt mit der binären Ziffernkombination 110, 21 Bit für Netzwerkadresse, 8 Bit für Hostadresse. Damit sind weltweit 2 Mio (2 21-2) derartige Netzwerke möglich, ein Class C Netz kann bis zu 254 (2 8-2) Teilnehmer haben. Mögliche IP Hostadressen in Class C Netzen: bis Class D: Adresse beginnt mit der binären Ziffernkombination 1110, Class D Netzwerke werden für Multicasting verwendet. Mögliche IP Adressen in Class D Netzen: bis Class E: Adresse beginnt mit der binären Ziffernkombination 1111, Class E Netzwerke werden für Experimente verwendet. Mögliche IP Adressen in Class E Netzen: bis Besondere IP Adressen a) Netzwerkmasken Netzwerkmasken unterscheiden sich in der Länge des Netzwerk- (alle Bits auf 1) und Hostanteils (alle Bits auf 0): Netzwerkmasken stellen einen Filter dar, an dem Hosts entscheiden können, ob sie sich im selben Netz befinden. Die Adresse bezeichnet den Host 200 in einem lokalen Class C Netzwerk. b) Netzwerkadressen die Netzwerkadresse eines Hosts ergibt sich, indem man die IP Adresse mit der Netzwerkmaske bitweise UND verknüpft. Generell gilt, dass bei Netzwerkadressen alle Bits des Hostanteils 0 sind. Beispiel: Class C IP Address AND Class C Netzwerkmaske = Netzwerkadresse Gleiches gilt für Subnetworkadressen. Beispiel: Class B network with a 8-bit wide subnet field Network Subnet Host Destination IP address AND Subnet Mask = Subnet Network Number c) Broadcast Adresse Die Broadcast Adresse ergibt sich aus der IP Adresse, indem alle Bits des Hostanteils auf 1 gesetzt werden. Sie bietet die Möglichkeit, Datenpakete an alle Hosts eines Netzwerkes zu senden. Sie wird ermittelt, in dem die Netzwerkadresse mit der invertierten Netzwerkmaske bitweise ODER verknüpft wird. Seite 3 von 3 Version

4 Beispiel: Class C Netzwerkmaske invertierte Netzwerkmaske OR Class C Netzwerkadresse = Netzwerk Broadcastadresse Die Adresse spricht alle Hosts im Netzwerk an. d) Loopback Adresse Die Class A Netzwerkadresse 127 ist weltweit reserviert für local loopback und Diagnosezwecke, sie dient zu Testzwecken der Netzwerkschnittstelle des eigenen Hosts. Die IP Adresse ist standardmäßig dem Loopback Interface jedes Hosts zugeordnet. Alle an diese Adresse geschickten Datenpakete werden nicht nach aussen ins Netzwerk gesendet, sondern an der Netzwerkschnittstelle reflektiert. Die Datenpakete erscheinen, als kämen sie aus einem angeschlossenem Netzwerk. Anm: Hosts = PC NICs, Router Interfaces, Drucker Networkinterfaces,... IP Subnet Masken Um die Subnet Adressen zu generieren, werden Bits von der Hostadresse geborgt. Die Subnet Masken Bits kommen von den höherrangigen Bits des Hostfelds. Subnets verkleinern die Anzahl der möglichen adressierbaren Hosts. Subnets werden aber trotzdem verwendet, weil: - routers have less complex routing tables (ohne die Netwerkunterteilung müsste jeder Router jeden Host lokalisieren können) - bessere Vergabe von IP Adressen (Subnet Adressen können wiederverkauft werden) - more flexibility, subnets are under local administration - broadcast traffic will not cross a router, Subnets verkleinern Broadcast Domainen und verringern dadurch den Netzwerkverkehr - höhere Security durch das Trennen von LANs Somit gibt es im Internet eine hierarchische Adressinterpretation: Networks Subnets - Hosts Subnetmasken: Class C Subnetting Reference Chart: Seite 4 von 4 Version

5 Example: Class B network with a 6-bit wide subnet field: Byte Adress 1 0 Network Subnet Hostnumber Netzwerkmaske A 14 bit network address allows up to = networks. A 6 bit subnet address allows up to = 62 subnets. A 10 bit host address allows up to = 1022 hosts. Netzwerkmaske: oder /22 Beispiel: Eine Schule bekommt den Adressbereich / 28 zugeteilt. Subnetmaske Das bedeutet, dass der Schule 16 Adressen ( bis ) zugeordnet sind, von denen sie 14 für Hosts nutzen kann. Byte Netzadresse Netzadresse Subnetmaske Subnetmaske Beispiel: Ein Unternehmen bekommt den Adressbereich / 26 zugeteilt. Subnetmaske Das bedeutet, dass der Unternehmung 64 Adressen ( bis ) zugeordnet sind, von denen sie 62 für Hosts nutzen kann. Netzadresse / 26 Byte Netzadresse Netzadresse Subnetmaske Subnetmaske Die Version 6 des Internet Protokolls, IPv6 oder IPng für "new generation"), verwendet statt einer Adresslänge von 32 Bit eine Länge von 128 Bit. Um die Kompatibilität zu gewährleisten, ist die alte Adresse in der neuen Adresse enthalten. Subnetting Formel (N=Network Byte, H=Host Byte, n= Network Bit, h=host Bit) - Host Range = Netzadresse+1 bis Broadcastadresse 1 = N.N.N.nnn bis N.N.N.nnn Beispiel, Class C Adresse mit 3 Bit Subnet Bits: - Class C IP Adresse N.N.N.nnnh.hhhh - Netzadresse N.N.N.nnn Broadcastadresse N.N.N.nnn Host Range = Netzadresse+1 bis Broadcastadresse 1 = N.N.N.nnn bis N.N.N.nnn Beispiel, Class C Adresse /27, gehört dem folgenden Subnet an: - Class C IP Adresse N.N.N.nnnh.hhhh = = Netzadresse N.N.N.nnn = = Broadcastadresse N.N.N.nnn = = Host Range von N.N.N.nnn = = bis N.N.N.nnn = = Address Resolution Protocol (ARP) Overview Die Kenntnis der IP Adresse einer Zielstation reicht nicht aus um z.b. einen Ethernet Frame zu bauen. In einem Ethernet Frame muss die Hardwareadresse (MAC Adresse) der Zielstation enthalten sein. Um einer IP Station im Ethernet ein Paket senden zu können, muss zuerst die Hardwareadresse der Netzwerkkarte der Zielstation ermittelt werden. Diese Aufgabe übernimmt das ARP. Die sendende Station sendet einen Broadcast mit der Nachricht Ich habe ein Paket für die Netzwerkadresse soundso, wer ist das?. Die Zielstation antwortet an die Hardwareadresse des Senders mit ihrer Netzwerk- und Hardwareadresse. Daraufhin kann das Paket an die Station an die richtige Hardwareadresse zugestellt werden. Seite 5 von 5 Version

6 After receiving a MAC (Media Access Control) layer address, IP devices create an ARP cache to store the recently acquired IP to MAC address mapping, thus avoiding having to broadcast ARPS when they want to recontact a device. If the device does not respond within a specified time frame, the cache entry is flushed. Beispiel: ein Rechner hat im ARP Cache die Zuordnung der IP Adresse zur Hardwareadresse f4-a8-96 gespeichert: The Reverse Address Resolution Protocol (RARP) is used to map MAC layer addresses to IP addresses. RARP, which is the logical inverse of ARP, might be used by diskless workstations that do not know their IP addresses when they boot. RARP relies on the presence of a RARP server with table entries of MAC layerto-ip address mappings. Routers (OSI Schicht 3) Die Hauptaufgabe von Router ist Netzwerke zu trennen. Router routen auf Grund von logischen Adressen, den IP Adressen. Das IP Protokoll wird von Router geroutet, ist also ein Routed Protocol. Router tauschen mit anderen Router Netzwerk Informationen, über Routing Protocols (RIP,...) aus. Beispiel mit 2 Netzwerken: Jeder Netzwerkkarte in jedem Host wird eine eigene IP Nummer zugeteilt, die beiden Teilnetze erhalten z.b. die Nummern und Die 0 kennzeichnet das jeweilige Netzwerksegment, die Nummer 1 bis 254 sind für die Hosts im jeweiligen Segment vorgesehen. Wie funktioniert nun der Sendevorgang von Paketen? 2 Möglichkeiten: 1. Die Zielstation befindet sich im selben Teilnetzwerk: Die Zielhardwareadresse wird mittels ARP ermittelt und das Paket wird im lokalen Segment zugestellt. 2. Die Zielstation befindet sich in einem anderen Netzwerk: Die Station stellt dies aufgrund einer anderslautenden Netzwerkadresse der Zielstation fest, sie sendet das Paket an den Router. Der Router hat dann die Aufgabe, das Paket an die entsprechende Station im anderen Segment zuzustellen. Seite 6 von 6 Version

7 Damit muss die Konfiguration einer IP Station in einem Netzwerk mit Router drei Angaben enthalten: 1. Netzwerkadresse des Hosts 2. Netzwerkmaske für diese Segment 3. Netzwerkadresse des nächsten Routers. Beispiel für Hop-by-Hop Routing: Die Station A sendet ein Datenpaket in einem Netzwerk mit vier Teilnetzen zur Station C. Dazu vergleicht Station A zunächst die Netzwerkzieladresse mit ihrer eigenen Netzwerkadresse, um festzustellen, ob sich die Zielstation im selben Netzwerk befindet wie sie selbst oder in einem anderen Netzwerk. In unserem Fall ist Station C über zwei Router hinweg erreichbar. Die Station A sendet das Datenpaket an den nächsten Router. Dessen Hardwareadresse wird über ARP ermittelt. Es wird also ein Frame mit folgenden Adressfeldern erzeugt: Der Router 1 stellt in seiner internen Routingtabelle fest, auf welchen Netzwerkstrang das Datenpaket weitergeleitet werden muss. Paket sieht nun wie folgt aus: Der Router 2 schaut wiederum in seine Routing Tabelle und stellt fest, dass die Empfangsstation im angrenzenden Segment zu finden ist. Er führt einen ARP Request durch, um die Hardwareadresse der Station C zu ermitteln und stellt das Datenpaket zu. Dies ist dann das zugestellte Datenpaket: Seite 7 von 7 Version

8 IP Routing Algorithmus: The router carries out the following to determine the network or subnetwork address: - the router extracts the IP destination address from the incoming packet and retrieves the internal subnet mask, - then the router performs a logical AND operation (IP destination address AND subnet mask) to obtain the network number. This causes the host portion of the IP destination address to be removed, while the destination network number remains, - then the router looks up the destination network number in the routing table and matches it with an outgoing interface, - finally, it forwards the frame to the destination IP address. Value-added router services: sequencing of traffic based on priority and traffic filtering. NAT - Network Address Translation Der Internet Router ersetzt in allen ausgehenden Datenpaketen die IP Adressen der Hosts durch seine eigene IP Adresse. Damit die eingehenden Datenpakete dem richtigen Host zugeordnet werden können, speichert der Router die aktuellen Verbindungen in einer NAT Tabelle. Beispiel: Dem Router wird vom Internet Service Provider (ISP) die IP Adresse zugewiesen. Mit dieser IP Adresse tritt der Internet Router als Stellvertreter für alle Hosts seines lokalen Netzwerks (LANs) auf. Diese IP Adresse wird in alle ausgehenden Datenpakete als Senderadresse eingetragen. Die IP Adresse des Routers im lokalen Netzwerk dient in den Netzwerkeinstellungen der LAN Hosts als Standard Gateway. Innerhalb des Intranets könnten beliebige Adressen gewählt werden, da diese nicht in das Internet geroutet werden, es empfiehlt sich aber die dafür reservierten Adressbereiche zu verwenden: Klasse A: Klasse B: Klasse C: Achtung: Falls im LAN Internet IP Adressen verwendet werden, dann sind diese IP Adressen im Internet von den Hosts des LANs nicht erreichbar. Seite 8 von 8 Version

9 Fragen (teilweise der CISCO Networking Academy entlehnt) Wieso werden Netze und Subnets verwendet? Damit schränkt man die Möglichkeit ein mit 32 Bit Adressen insgesamt PCs zu adressieren. Which octet(s) represent the network portion of a Class C IP address? Which octet(s) represent the host portion of a Class A IP address? What is the maximum number of useable hosts with a Class C network address? How many Class B networks are there? How many hosts can each Class B network have? How many octets are there in an IP address? How many bits per octet? Given an IP address of and a subnet mask of , answer the following questions: What is the binary equivalent of the second octet? What is the class of the address? What is the network address of this IP address? Is this a valid IP host address (Y/N)? Why or why not? Determine which IP host addresses are valid for commercial networks Workstation Server Printer Router interface Any other compatible device Determine the host addresses. Determine the network addresses. Determine the subnet masks. Seite 9 von 9 Version

10 Befülle die leeren Felder IP Host IP Address Address Class Network Address Host Address Network Broadcast Address Subnet Mask / / / / / / / / / 27 Host IP Address Host Range Number of Subnets Number of Hosts per Subnet / / / / / / / / / 27 Welcher DOS Befehl zeigt die IP und MAC Adresse? Welcher DOS Befehl zeigt die IP und MAC Adressenzuordnung von bereits bekannten Hosts im Netz? Wie viele Networks und Hosts sind in Class A, B und C Netzen maximal möglich? Was bewirkt der Befehl Ping ? Seite 10 von 10 Version

11 Welcher DOS Befehl zeigt die IP und MAC Adressenzuordnung von bereits bekannten Hosts im Netz? Welcher DOS Befehl zeigt nur die IP Adresse, Subnetmaske und Standardgateway? Wie viele Networks und Hosts sind in Class A, B und C Netzen maximal möglich? Gib je ein Beispiel einer Class A, B und C IP Hostadresse. Welche drei Angaben muss die Konfiguration einer IP Station in einem Netzwerk mit Router zumindest enthalten? Welche 4 Schritte führt ein Router aus um ein Paket von Subnet zu Subnet zu routen? Eine Firma hat 2 LANs und bekommt von einem Internet Service Provider (ISP) die IP Adresse zugeteilt. Vergib die Subnetadressen und alle notwendigen IP Adressen für das Netzwerk. PC1 Internet PC4 PC2 Router PC5 PC3 PC6 Wie werden Datenpakete von PC1 zu PC 3 gesandt? Wie werden Datenpakete von PC1 zu PC 4 gesandt? Wer sendet zu welchen Zeitpunkt was an wen? Welche Rolle spielen dabei die MAC Adresse, IP Adresse, Subnetmaske, Gateway. Welche Gatewayadresse hat PC1? Wie lautet die Subnetmaske der Subnets? Seite 11 von 11 Version

12 Dem Router wird vom ISP die Internet IP Adresse zugewiesen. PC1 Internet PC4 PC2 Router PC5 PC3 PC6 Vergib alle notwendigen IP Adressen. Welche spezielle Routing Funktion muss der Router in der Lage sein auszuführen, damit alle PCs auf das Internet zugreifen können? Wie muss der PC5 konfiguriert sein, um auf das Internet zugreifen zu können? 1. IP Adresse: 2. Subnetzmaske: 3. Standardgateway: Plane ein TCP/IP Adressschema für ein TCP/IP Netz entsprechend nachfolgenden Netzwerkplan. Trage alle Netzwerkadressen der Stationen sowie der Anschlüsse des Routers ein. Die Netzadresse ist das Class C Subnetz (d.h. Subnet Mask ). Der Router selbst besitzt die Adresse Es sollen nun zwei weitere Subnetze gebildet werden, in denen jeweils bis zu 14 PCs verwendet werden könnten. Alle anderen Adressen sollen für alle anderen Rechner zur Verfügung stehen. Das bedeutet, dass die beiden Segmente als so genannte Sub-Subnets eine andere Netzwerkmaske erhalten als die Stationen im Hauptsegment. Wie muss die Subnet Mask für die Stationen in den Subnetzen gewählt werden, damit jeweils 14 PCs pro Subnet adressierbar sind? Welche Adressbereiche wären mögliche Adressbereiche für die Subnetze? Wie viele Subnetze könnten insgesamt gebildet werden? Seite 12 von 12 Version

13 Beispiel: Seite 13 von 13 Version