Netzwerke. Teil 4. Adressierung und. Netzwerkklassen BLS Greifswald. Netzwerk-Adressierung (1)

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1 Netzwerke Teil 4 Adressierung und Netzwerkklassen BLS Greifswald Folie 1/26 Netzwerk-Adressierung (1) Ein Protokoll der Netzwerkschicht muss grundsätzlich gewährleisten, das jeder Knoten mit jedem anderen Knoten kommunizieren kann und das ggf. weltweit. Dazu ist es unumgänglich, dass nicht nur jeder Knoten eindeutig gekennzeichnet wird (1. Notwendigkeit), sondern es wird jedes vom Transportsystem benutzte Interface mit einer eigenen Adresse belegt. Neben der Eindeutigkeit muss ein globales Adressierungssystem gestatten, ähnlich wie bei den Postleitzahlen, aus der Adresse auf den Zielort zu schließen, um so (zunächst grpb und dann immer feiner werdend) die Richtung festzulegen, in der ein Datenpaket weitergeleitet werden muss. Folie 2/26 1

2 Netzwerk-Adressierung (2) Da das Internet Protocol (IP) der Dreh- und Angelpunkt dieses Transportsystems ist, wird dafür der Begriff IP-Adresse eingeführt: Eine IP-Adresse ist die im Internet-Protocol angewandte Kennzeichnung für ein Interface. Jedes benutzte Interface erhält eine eigene IP-Adresse. Einem Rechner können daher auch mehrere IP-Adressen zugeordnet sein. Folie 3/26 Aufbau der IP-Adresse IPv4 Folie 4/26 2

3 Wiederholung Die binären und dezimalen Werte der Bits eines Bytes. Ein Byte kann 256 Zustände haben, aber die Zählweise beginnt mit 0. Folie 5/26 Der mögliche IP-Adressraum umfasst den Bereich: bis Aufgabe: Wie viele verschiedene Adressierungen sind innerhalb dieses Adressraumes möglich? Lösung: 2 32 = Da dieser Wert damals dermaßen groß erschien, ging man bei der Einteilung in Netzklassen zu unbedacht vor. Die Idee war, den Adressraum zur besseren Nutzung in Netzwerkklassen zu unterteilen. Es wurden 5 Netzklassen gebildet, zu deren Kennzeichnung das 1. Byte der IP-Adresse herangezogen wurde. Folie 6/26 3

4 Aufgabe Informieren Sie sich mit Hilfe des Skriptes, des Lehrbuches und des Internets zum Thema Netzwerkklassen mit folgenden Schwerpunkten: Bezeichnungen Adressierung Anwendungen private Adressbereiche Warum wurde das Klassenkonzept um die Möglichkeit der Festlegung von Sub-Netzen erweitert? Folie 7/26 Netzwerkklassen IP-Multicast ist eine Routing-Technik bei der der IP-Verkehr von einer oder von mehreren Datenquellen an mehrere Zielstationen gesendet wird. Es kann sich also um eine Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung (PMP) handeln oder um eine Mehrpunkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung. Bei diesen Verbindungen werden die IP-Datenpakete, die durch die IP-Adresse mit Klasse D als Multicast gekennzeichnet sind, zu einer Multicast-Gruppe gesendet. Die IP-Multicast-Technologie bildet die Basis für Echtzeitanwendungen über Mehrpunktverbindungen, wie beispielsweise Videokonferenzen über IP. Multicast kann im Gegensatz zu Unicast Überlastungen im Netz dadurch reduzieren, dass die IP-Datenpakete nicht einzeln zwischen dem Absender und vielen Empfängern verschickt werden, sondern nur einmal zielgerichtet an alle Teilnehmer gehen Folie 8/26 4

5 Überblick Netzwerkklassen Fortsetzung Folie 9/26 Fortsetzung: Überblick Netzwerkklassen Videokonferenzen, Internetradio Die vier höchstwertigen Bits haben den binären Wert "1110". In dieser Klasse gibt es keinen Netzwerkanteil! Multicast-Adressen werden benutzt, um eine Gruppe von Computern auf einmal anzusprechen. Die Computer dieser Gruppe müssen nicht im gleichen Subnetz liegen. Bilden die vier höchstwertigen Bits zusammen den binären Wert "1111", handelt es sich um spezielle reservierte Adressen, gelegentlich auch Klasse-E-Netzwerke genannt. Werte aus diesem Bereich verweisen nicht auf reale Netzwerke. Folie 10/26 5

6 Netzwerkkennung durch Subnet-Masken (1) Das Klassenkonzept ist in der praktischen Anwendung sehr unflexibel. Der Netzwerkadministrator hat in der Praxis nur die Auswahl zwischen 3 Netzwerkklassen. So könnte in einer größeren Institution ein Klasse C-Netz zu wenige Rechneradressen (256) bereithalten, ein Klasse B-Netz ist aber zu groß. Der Administrator sollte also selbst festlegen können, wie viele Bits auf den Netzwerk- bzw. Host-Anteil entfallen sollen. Aus diesem Grund wurden (Sub-)Netzwerkmasken eingeführt. Dadurch können kleinere (Teil-)Netze verwirklicht werden. Eine Subnet-Maske legt fest, welche Bits für das Netz und welche für die Hosts genutzt werden. Folie 11/26 Netzwerkkennung durch Subnet-Masken (2) Die IP (nach IP-V4) besteht, wie wir wissen, aus 32 Bit und wird in dezimaler Schreibweise angegeben. Die zugehörige Subnet Mask ist ebenfalls 32 Bit lang und definiert den Teil der IP, der nur für das Netzwerk steht. ( LB S. 28) IP Subnet Mask oder Neue Schreibweise / 24 Netz-Adressteil Host-Adressanteil ( Vorwahl-Nr. ) ( Telefonanschluss-Nr. ) Folie 12/26 6

7 Private Adressen für lokale Netze Damit man nun lokale Netze ohne Internetanbindung mit TCP/IP betreiben kann, ohne IP-Nummern beantragen zu müssen und um auch einzelne Rechnerverbindungen testen zu können, gibt es einen ausgesuchten Nummernkreis, der von keinen Router nach außen gegeben wird. Diese "privaten" Adressen sind im RFC 1597 festgelegt. Es gibt 1 Class-A-Netz, 16 Class-B-Netze und 256 Class- C-Netze: Class-A-Netz: Class-B-Netze: Class-C-Netze: Folie 13/26 Grundsätzlich gilt: Alle Rechner mit der gleichen Netzwerkadresse gehören zu einem Netz und sind untereinander erreichbar. Zur Koppelung von Netzen unterschiedlicher Adresse wird eine spezielle Hardware- oder Softwarekomponente, ein so genannter Router, benötigt. Je nach Zahl der zu koppelnden Rechner wird die Netzwerkklasse gewählt. In einem Netz der Klasse C können z. B. 254 verschiedene Rechner gekoppelt werden (Rechneradresse 1 bis 254). Die Hostadresse 0 wird für die Identifikation des Netzes benötigt und die Adresse 255 für Broadcast- (Rundruf-)Meldungen. Die Netzwerkadresse bezeichnet jeweils den lokalen Rechner (loopback address). Sie dient der Konsistenz der Netzwerksoftware (jeder Rechner ist über seine Adresse ansprechbar) und dem Test. Folie 14/26 7

8 Folie 15/26 Simulation von Netzwerken mit Packet Tracer Packet Tracer v3.2 ist eine Simulation, mit der Lernende Netze erstellen und konfigurieren können. Dazu erstellen die Lernenden zunächst über eine Drag'n'Drop Funktion eine Netztopologie. Das Programm ermöglicht auf einfache und intuitive Weise die Simulation von Datenverkehr in einem Netz, indem durch Klicken auf die Quelle und das Ziel Pakete "auf die Reise geschickt werden. Eindrucksvoll werden hier zum Beispiel Unterschiede zwischen einem Hub und einem Switch verdeutlicht. Leider ist das Programm von Cisco Systems nicht frei verfügbar. Alternativen aus dem Freeware-Bereich sind mir nicht bekannt. Folie 16/26 8

9 Simulation von Netzwerken mit Packet Tracer Folie 17/26 ARP Adress Resolution Protocol Die Umsetzung einer IP-Adresse in eine Hardware- Adresse erfolgt durch Tabellen und auf Hardware-Ebene (z. B. Ethernet) automatisch über ARP (Adress Resolution Protocol). Dazu ein Beispiel: Die Station A will Daten an eine Station B mit der Internetadresse I (B) senden, deren physikalische Adresse P(B) sie noch nicht kennt. Sie sendet einem ARP-Request an alle Stationen im Netz, der die eigene physikalische Adresse und die IP-Adresse von B enthält. Alle Stationen erhalten und überprüfen den ARP-Request und die angesprochene Station B antwortet, indem sie einen ARP-Reply mit ihrer eigenen physikalischen Adresse an die Station A sendet. Letztere speichert die Zuordnung in einer Tabelle (Address Resolution Cache). Folie 18/26 9

10 Folie 19/26 Es kann bis zu 20 Minuten dauern, bis alle Rechner im Netzwerk erkannt wurden. Soll jedoch sofort auf einen Rechner im Netzwerk zugegriffen werden, dann hilft die Suchfunktion. Damit wird dann ein ARP ausgelöst: Wenn es den Rechner AMD gibt, dann nenne mir deine MAC-Adresse und IP. Folie 20/26 10

11 Der für IP reservierte Adressraum reicht nicht mehr aus, um alle Endgeräte anzusteuern. Mögliche Abhilfen: Dynamische Vergabe von IP-Adressen: Dieses Verfahren wird beim Dial-In beim Provider verwendet. Es eignet sich auch im lokalen Netz, wenn davon auszugehen ist, dass immer nur ein Teil der Rechner in Betrieb ist. Der Benutzer bekommt für die Dauer einer Verbindung eine IP-Adresse zugeteilt. Das bekannteste Verfahren heißt DHCP (dynamic host configuration protocol). Weiterentwicklung des IP-Protokolls: Mit IP Version 6 wird ein auf 128 Bit erweiterter Adressraum geschaffen. Damit stehen genügend Adressen zur Verfügung. Network Address Translation (NAT): Über ein Gateway wird im Internet eine andere IP-Adresse verwendet als im lokalen Netz (private Adressräume). Die Umsetzung erlaubt sogar, ein komplettes privates Netz (siehe oben) mit einer einzigen externen IP-Adresse zu betreiben Folie 21/26 Verantwortlich für die Vergabe und Registrierung von Domäns: InterNIC DENIC Durch die Domainabfrage können die Inhaber von Domains ermittelt werden. Dabei sind aber einige Regeln zu akzeptieren. Außerdem können Domainwünsche hinterfragt werden. Folie 22/26 11

12 Domainabfrage unter am Beispiel» BLS Greifswald Folie 23/26 Domainabfrage am Beispiel» Folie 24/26 12

13 Ergebnis der Abfrage (Auszug): Folie 25/26 13