2 Konfiguration des Netzwerks

2 Konfiguration des Netzwerks In diesem Kapitel lernen Sie denaufbauvonip-adressenkennenfürdieip-versionen4und6(lpi1:109.1). die Vermittlung (Routing) von IP-Paketen kennen(lpi 1: 109.2). Netzwerkkarten und Routing zu konfigurieren (LPI 1: 109.2). IPv6 ins System einzubinden und zu benutzen. die lokale Namensauflösung per Textdatei(LPI 1: 109.2). In der Regel werden die grundsätzlichen Netzwerkeinstellungen bereits während der Installation vorgenommen. In diesem Kapitel werden diese sowie die grundsätzlichen Eigenschaften und die wichtigsten Kommandos für die Konfiguration von TCP/IP erläutert. (Andere Netzwerkprotokolle, die selbstverständlich auch unter Linux unterstützt werden, werden hier nicht behandelt). 2.1 IP-Adressierung 2.1.1 IP-Adressen und Standard-Adressklassen Eine IP-Adresse ist bei IP-Version 4 32 Bit lang. Der Übersichtlichkeit halber schreibt man die Adressen meist in vier Felder zu je 8 Bit unterteilt: Feld1.Feld2.Feld3.Feld4 also z.b. 134.98.72.119 Jedes dieser vier Felder stellt also genau ein Byte der IP-Adresse dar, wobei jedes dieserbytesdiewertevon0bis255annehmenkann.diesenotationnenntmandotted Quad Notation ( Punkt-getrennte Blockschreibweise ). IP-Adressen im IP-Netz lassen sich sehr gut mit Telefonnummern im Telefonnetz vergleichen. Genauso wie Telefonnummern haben auch IP-Adressen eine Vorwahl und eine Anschlussnummer : Die Anschlussnummer entspricht dem Host-Anteil einer IP-Adresse. Genauso wie Anschlussnummern im Telefonnetz unterschiedlich lang sein können, kann auch der Hostanteil einer IP-Adresse in der Länge variieren, während dagegen die Gesamtlänge einer IP-Adresse (im Vergleich Vorwahl mit Anschlussnummer) im Unterschied zum Telefonbeispiel immer gleich ist. In größeren Städten hat 31

Z Konfiguration des Netzwerks man längere Anschlussnummern, während man in kleineren Ortschaften kürzere Anschlussnummern hat. Entsprechend hat man in großen IP-Netzen lange Host- Anteile und in kleinen IP-Netzen kurze Host-Anteile. Die Vorwahl im Telefonnetz entspricht dem Netzwerkanteil einer IP-Adresse. Der Netzwerkanteil bezeichnet das Netzwerk, in dem sich ein Knoten befindet, genauso, wie eine Ortsvorwahl das Ortsnetz bezeichnet, in dem sich ein Telefon befindet. In großen Städten ist naturgemäß die Ortsvorwahl kurz und die Anschlussnummern sind lang. In kleinen Orten hat man dagegen eine längere Vorwahl (da es ja auch mehr kleine als große Netze gibt) und kürzere Anschlussnummern. Hinweis: Für die Begriffe Netzanteil und Hostanteil einer IP-Adresse sind auch die Begriffe Netz-ID und Host-ID, bzw. auf englisch Net ID und Host ID gebräuchlich. Da ja, wie schon erwähnt, IP-Adressen immer eine feste Gesamtlänge von 32 Bit haben, teilt man diese 32 Bit, je nach Bedarf, in Netzwerkanteil und Host-Anteil auf. Genau wie bei einer Telefonnummer stellen die höherwertigen Bits den Netzwerkanteil dar und die niederwertigen Bits den Hostanteil dar. Wie entscheidet sich aber, wo der Netzwerkanteil aufhört, bzw. der Host-Anteil der Adresse beginnt? Um dies entscheiden zu können, ist für jedes IP-Netz eine Netzmaske definiert. Diese bestimmt, wie viele der höherwertigen Bits zum Netzwerkanteil gehören, oder, um in unserem Telefonbeispiel zu bleiben, wo die Vorwahl aufhört, und wo die Anschlussnummer beginnt. In der Netzmaske haben alle Bits, die den Netzwerkanteil bezeichnen, den Wert Eins. Entsprechend haben alle Bits, die den Hostanteil bezeichnen in der Netzwerkadresse den Wert Null. Durch bitweise Verknüpfung von IP-Adresse und Netzmaske durch logisches Und erhält man die Netzwerkadresse. Alle Bits, die nicht zum Netzwerkanteil gehören, gehören damit automatisch zur Hostadresse. Die Netzwerkmaske hat entsprechend der IP-Adresse eine Länge von 32 Bit und sie wird auch genauso aufgeschrieben, nämlich in der oben gezeigten Dotted Quad Notation. Beispiel: In einem Unternehmen sind die LANs (Local Area Networks) der Abtei- lungen mit maximal 254 Rechnern verhältnismäßig klein. Der Netzwerkadministrator entscheidet sich also, für die Host-Anteile nur ein Byte zu verwenden. Damit gehören die ersten3 8=24 Bitzum Netzwerkanteil, unddie restlichen8bitzum Hostanteil: 32

2.1 IP-Adressierung Unterteilung des IP Adreßraums: Die Netzwerkmaske Beispiel IP Adresse: 192 168. 0. 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Netzmaske: 255. 255. 255. 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Netzwerkanteil 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 Hostanteil IP Adresse/Netzmaske in CIDR Schreibweise: 192.168.0.1/24 Die Bits, die den Netzwerkanteil bezeichnen, müssen zusammenhängen. Unser Administrator hat sich also entschieden, unternehmensinterne IP-Adressen aus dem privaten Adressbereich 192.168.0.xxx zu verwenden. Die Netzwerkmaske 255.255.255.0 besagt, dass die ersten drei Byte der IP-Adresse das Netzwerk bezeichnen (Netzwerkanteil) und das letzte Byte den Host-Anteil. Unsere Beispiel-IP-Adresse 192.168.0.1 ist die erste im Netz 192.168.0 verfügbare Adresse, 192.168.0.254 ist die letzte verfügbare IP-Adresse, denn die Adressen 192.168.0.0 und 192.168.0.255 in diesem Netz sind für besondere Zwecke reserviert. Tipp: Eine häufig anzutreffende Schreibweise für das Paar IP-Adresse/Netzmaske ist die sehrkurze undprägnante CIDR 4 -Schreibweise (LPI1: 109.1): 192.168.0.1/24 Das Beispiel sagt aus, dass der Netzwerkanteil der IP-Adresse 192.168.0.1 24 Bit lang ist. Damit gehören die ersten drei Bytes (192.168.0) zum Netzwerkanteil und das letzte Byte (1) zum Host-Anteil. Wozu wird die Netzmaske schließlich verwendet? Durch Vergleich der Ziel- und der Quell-Netzwerkadresse erkennt der sendende Rechner, ob sich der Zielrechner im selben Netzwerk befindet oder ob in ein anderes Netzwerk weitergeleitet werden muss. 4 CIDR=ClasslessInterdomain Routing 33

Z Z Konfiguration des Netzwerks Hinweis: Im TCP/IP-Netzwerk müssen IP-Adressen immer eindeutig sein, da sonst Daten eventuell zu falschen Rechnern gesendet werden können. Deshalb darf man seiner Netzwerkkarte nicht eine willkürlich gewählte Adresse geben und damit ins Internet gehen, sondern muss sich die Adresse z.b. von einem Internet-Provider geben lassen. Dies geschieht meistens automatisch bei der Einwahl beim Provider. Seit Einführung des klassenlosen Routings (CIDR) sind Netzmasken beliebig lang. Man kann also auch neun oder siebzehn Bit für die Netzwerkadresse verwenden, wenn dies günstig erscheint. Früher war dies nicht der Fall. Man war auf drei Netzwerkklassen mit einem Hostanteil von ein, zwei oder drei Byte festgelegt. Für Hosts standardmäßig benutzte Adressen gehörten zu den Adressklassen A, B und C. Die Adressklassen unterscheiden sich durch die Netzwerkmaske, wobei gilt: Bei der Klasse A stellt das erste Byte der IP-Adresse den Netzwerkanteil und die drei letzten Bytes den Hostanteil. Die Netzmaske dieser Adressklasse ist damit 255.0.0.0. Bei der Klasse B erstreckt sich der Netzwerkanteil über die ersten beiden Bytes und der Hostanteil über die beiden letzten Bytes. Die den Klasse-B-Netzen zugeordnete Netzmaske lautet 255.255.0.0. Bei der Klasse C gehören die ersten drei Bytes der IP-Adresse zum Netzwerkanteil und das letzte Byte den Host-Anteil. Klasse-C-Netzen ist eine Netzmaske von 255.255.255.0 zugeordnet. Hinweis: Außer den genannten Klassen gibt es noch die Klasse D, die für Multicasting (Internet-Radio/Fernsehen, Videokonferenzen) reserviert ist, und die Klasse E, die für experimentelle Zwecke reserviert ist. Adressbereiche der Netzwerkklassen: Klasse Bereich Netzmaske A 1.0.0.0 bis 126.255.255.255 255.0.0.0 B 128.1.0.0 bis 191.254.255.255 255.255.0.0 C 192.0.1.0 bis 223.255.254.255 255.255.255.0 Diese Einteilung beruht nicht auf Zufall, sondern darauf, dass diese Standard- Netzwerkklassen an den ersten Bits der IP-Adresse erkannt werden: 34

2.1 IP-Adressierung Adreßklassen und zugehörige Bitmuster Klasse A IP Adresse: 10. 10. 100. 254 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 Klasse A Netzmaske: 255. 0. 0. 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 Klasse B: Klasse C: Bitmuster der Bitmuster der 1 0... IP Adresse: IP Adresse: Netzmaske: 255.255.0.0 1 1 0... Netzmaske: 255.255.255.0 Ein Netz der Klasse A hat 7 variable Bits im Netzanteil (das erste der acht Bits ist immer 0). Somit kann es nur 126 solcher großen Netzwerke unterstützen. Für den Hostanteil stehen 24 Bit zur Verfügung. EinNetzderKlasseBhat14variableBitsfürdenNetzwerkanteilund16Bitfür den Hostanteil zur Verfügung. Ein Netz der Klasse C stellt 21 variable Bits im Netzanteil, d.h. 16777216 Netzwerkadressen zur Verfügung. Jedoch ist es auch nur für 254 Hostadressen pro Netz ausgelegt. Einige Adressbereiche sind für besondere Zwecke reserviert: Die localhost-adresse 127.0.0.1: Damit adressiert jeder Rechner sich selbst. Das ist notwendig, damit lokale Prozesse mittels TCP/IP kommunizieren können, ohne dass eine Netzwerkkarte eingebaut sein muss. Die lokale Broadcast-Adresse: Hiermit wird jeder Rechner mit gleicher Netzwerkadresse im Netzwerk adressiert. Bei der Broadcast-Adresse ist jedes Bit des Hostanteils gesetzt, z.b. lautet im Netzwerk 134.98 die Broadcast-Adresse 134.98.255.255. Die globale Broadcast-Adresse 255.255.255.255: Hiermit wird jeder Rechner im Internet angesprochen. Diese Adresse wird jedoch im Allgemeinen nicht über Router weitergeleitet, das heißt, damit beschränkt sich ein Rundspruch an diese Adresse auf das lokale Netz. 35

Konfiguration des Netzwerks Die Adresse 0.0.0.0: Die undefinierte Adresse. Sie wird von Systemen verwendet, die ihre IP-Adresse noch nicht wissen, zum Beispiel, wenn sie die IP-Adresse dynamisch von einem DHCP-Server zugewiesen bekommen. Netzwerkadressen größer als 223.0.0.0: Diese Adressen sind den Klasse-D- bzw. E-Netzen zugewiesen, die beispielsweise für Multicastadressen (D) bzw. Forschungszwecke(E) verwendet werden. Multicastadressen werden zum Beispiel bei Videokonferenzen und dem Internet- Radio verwendet. Das Besondere daran ist, dass hier Verbindungen zwischen einem Rechner und einer Gruppe von Rechnern bestehen. Das hat den Vorteil, dass die Router selbständig die Pakete vervielfachen, und nicht der Host, was die Netzlast in den Hauptzweigen dramatisch senkt. Private Adressbereiche: Bestimmte IP-Adressbereiche aus Klasse A, B und C sind zur privaten, das heißt internen Verwendung in Unternehmen bestimmt. Sobald Sie also keine öffentlichen IP-Adressen beantragt haben, verwenden Sie immer (wirklich immer!) Adressen aus diesen Bereichen. Innerhalb dieser privaten Bereiche dürfen Sie schalten und walten, wie Sie wollen, denn wenn Sie Ihr Netz auch nachträglich ans Internet anschließen wollen, dann können Sie die privaten Adressen intern weiter nutzen, womit man kostbare öffentliche IP-Adressen spart. Achtung: Nochmals: Jedes Netz, das also nicht oder nicht direkt ans Inter-! net angeschlossen ist, darf also keinesfalls beliebige Adressen verwenden, sondern muss die privaten Adressen verwenden, sofern es eben keine offiziellen IP-Adressen zugewiesen bekommen hat. Für die drei Netzwerkklassen existieren folgende private Adressbereiche: Klasse Bereich A 10.0.0.0 bis 10.255.255.255 B 172.16.0.0 bis 172.31.255.255 C 192.168.0.0 bis 192.168.255.255 2.1.2 Subnetting, die Gliederung eines Netzes in Teilnetze Beim Subnetting wird, um bei dem Telefonnummernbeispiel zu bleiben, schlicht und ergreifend ein großes Netz in mehrere Netzteile geteilt, in dem z.b. die Telefonnummern in einem speziellen Ortsteil von München mit einer speziellen Ziffer anfangen. Beispielsweise fangen alle Telefonnummern in Sendling und Umgebung mit einer Sieben an. Die Aufteilung in Standard-Adressklassen wurde geschaffen, um für kleine bis große Rechnernetze auf einfache Weise Adressbereiche zu vergeben. Viele Unternehmen 36

2.1 IP-Adressierung haben beispielsweise einen eigenen Klasse B-Adressraum. Da es aus Performance-, Sicherheits- und Ordnungsgründen unpraktikabel ist, dass die dadurch möglichen 65534 Rechner in ein physikalisches Netz gestellt werden, gliedert man solche Netze in sinnvolle Teilnetze, die über Router verbunden sind. Dazu führt man, um bei der Telefon-Analogie zu bleiben, eine Unter-Vorwahl ein, die beispielsweise eine Abteilung bezeichnet. Sprich: Man verwendet man Netzmasken, bei denen der Netzanteil länger als der der Standard-Netzmaske ist, die eigentlich aufgrund der Netzwerkklasse vergeben werden sollte. Dies nennt man Subnetting. Dadurch entsteht ein nach Abteilungen strukturiertes Netz, was den Vorteil hat, dass die Abteilungen gegeneinander abgeschottet sind, und dass man auf den Routern, die diese Netze verbinden, Filterregeln definieren kann, um zu bestimmen, wer auf welche Netze Zugriff besitzt. Ein Beispiel für Subnetting Nehmen wir an, unsere Firma hat intern ein privates Netz der Klasse B aufgesetzt, das heißt also, wir bedienen uns an den Adressen des Netzwerks 172.16.0.0. In unserer Firma befinden sich drei Niederlassungen, in denen, auf absehbare Zeit, nicht mehr als je 1000 Rechner eingesetzt werden. Das bedeutet also, dass wir für die drei Niederlassungen drei Subnetze benötigen, und diese mindestens 1000 Hostadressen enthalten müssen. Nun überlegen wir uns, wie groß der Hostanteil sein soll, damit dieser 1000 Rechner adressieren kann: 1000=2 n In dieser Gleichung ist also n die gesuchte Anzahl der Bits. Folglich ist die Lösung nach den Regeln der Logarithmusrechnung: n= log1000 log2 Konkret ergibt die Rechnung mit dem Taschenrechner: n=9.96578428466 10 Also muss unser Hostanteil mindestens 10 Bit betragen. Die Gegenprobe ergibt: 2 10 =1024 Da die erste Adresse die Netzwerk-Adresse und die letzte Adresse die Broadcast- Adresse darstellt, so bleiben auf 1024 2 = 1022 adressierbare Rechner. Damit können wir mit den verbleibenden 6 Bit (6 Bit + 10 Bit = 16 Bit) variablem Netzwerkanteil 2 6 =64 solchersubnetze zuje 1022 Rechnernbilden. 37

Konfiguration des Netzwerks! Achtung: Jedes dieser Subnetze hat natürlich wieder eine (der Subnetzmaske entsprechende) Netzadresse und Broadcast-Adresse. Das bedeutet, dass damit 6 2 = 12 IP-Adressen unbrauchbar werden, was uns nicht stört, da wir nur private IP-Adressen verwenden und mit 64 Niederlassungen mit je 1022 Rechnern der Adressraum reicht. Hat man aber offizielle IP-Adressen, die man teuer bezahlen muss, so ist man bestrebt, möglichst wenige IP-Adressen zu verschwenden. In unserer Klasse-B-Standard-Netzmaske von 255.255.0.0 verlängern wir also den Netzanteil um 10 Bit. Das dritte Byte hat folglich das Bitmuster 11111100 = 252. Damit erhalten wir die Subnetzmaske 255.255.252.0. Welche Netzwerkadressen erhalten wir dadurch? Niedrigste Sub-Netzadresse: Das dritte Byte der IP-Adresse hat die Gestalt 00000000. Damit ergibt sich die Netzadresse 172.16.0.0. Höchste Sub-Netzadresse: Das dritte Byte der IP-Adresse hat die Gestalt 11111100, womit sich eine Netzadresse von 172.16.252.0 ergibt. Dazwischen: Die ersten 6 Bits des dritten Byte werden nun fortlaufend hochgezählt. Entsprechend ergeben sich die Netzadressen: 00000100 = 4 Netzadresse 172.16.4.0 00001000 = 8 Netzadresse 172.16.8.0 00001100 = 12 Netzadresse 172.16.12.0 00010000 = 16 Netzadresse 172.16.16.0... 11111100 = 252 Netzadresse 172.16.252.0 Und wie sehen dann die Hostadressen aus? Nehmen wir beispielsweise das Netz 172.16.12.0. Der Hostanteil beträgt 10 Bit, denn so wollten wir das ja. Damit ergibt sich die Netzwerkadresse: 172.16.12.0 wie oben berechnet Broadcast-Adresse: Die Adresse, bei der alle Bits des Hostanteils gesetzt sind: 00001111 11111111 Broadcast-Adresse 172.16.15.255 Kleinste Hostadresse: 00001100 00000001 IP-Adresse 172.16.12.1 Größte Hostadresse: 00001111 11111110 IP-Adresse 172.16.15.254 38

2.1 IP-Adressierung 2.1.3 Übersicht über Klasse-B- und Klasse-C-Subnetzmasken Klasse-B-Subnetzmasken Netzmaske Dezimal Netzmaske binär Subnetze Hosts pro Subnetz 255.255.0.0 11111111 11111111 00000000 00000000 1 65534 255.255.128.0 11111111 11111111 10000000 00000000 2 32766 255.255.192.0 11111111 11111111 11000000 00000000 4 16382 255.255.224.0 11111111 11111111 11100000 00000000 8 8190 255.255.240.0 11111111 11111111 11110000 00000000 16 4094 255.255.248.0 11111111 11111111 11111000 00000000 32 2046 255.255.252.0 11111111 11111111 11111100 00000000 64 1022 255.255.254.0 11111111 11111111 11111110 00000000 128 510 255.255.255.0 11111111 11111111 11111111 00000000 256 254 255.255.255.128 11111111 11111111 11111111 10000000 512 126 255.255.255.192 11111111 11111111 11111111 11000000 1024 62 255.255.255.224 11111111 11111111 11111111 11100000 2048 30 255.255.255.240 11111111 11111111 11111111 11110000 4096 14 255.255.255.248 11111111 11111111 11111111 11111000 8192 6 255.255.255.252 11111111 11111111 11111111 11111100 16384 2 Klasse-C-Subnetzmasken Netzmaske Dezimal Netzmaske binär Subnetze Hosts pro Subnetz 255.255.255.0 11111111 11111111 11111111 00000000 1 254 255.255.255.128 11111111 11111111 11111111 10000000 2 126 255.255.255.192 11111111 11111111 11111111 11000000 4 62 255.255.255.224 11111111 11111111 11111111 11100000 8 30 255.255.255.240 11111111 11111111 11111111 11110000 16 14 255.255.255.248 11111111 11111111 11111111 11111000 32 6 255.255.255.252 11111111 11111111 11111111 11111100 64 2 2.1.4 Regeln für die Adressierung von Rechnern in einem IP-Netzwerk Jede Karte in einem Rechner bekommt eine eigene IP-Adresse. Wenn Rechner zum gleichen IP-Subnetz gehören, können sie sich direkt erreichen. 39

Z Konfiguration des Netzwerks Alle Adressen in einem abgeschlossenen physikalischen Netzwerk müssen eindeutig sein. Rechner, die demselben IP-Netzwerk angehören, müssen dieselbe Subnetzmaske haben. Hinweis: Natürlich gibt es Spezialfälle, besonders im Bereich Clustering, in denen diese Regeln missachtet werden müssen. 2.2 IP-Routing Wenn ein Netzwerk in Subnetze unterteilt ist, können zunächst nur die Rechner innerhalb eines Subnetzes miteinander kommunizieren, nicht jedoch direkt mit Rechnern in den anderen IP-Subnetzen (LPI 1: 109.1) (LPI 1: 109.2). Damit Rechner, die zu verschiedenen IP-Subnetzen gehören, sich erreichen können, werden so genannte Router aufgesetzt, die die Verbindungen zwischen den jeweiligen Netzen herstellen und Datenpakete weiterleiten. Router können sowohl als Hardwarelösung existieren, oder softwaremäßig auf einem Rechner konfiguriert werden. Auch Linux eignet sich hervorragend, um eine preiswerte, aber leistungsfähige Router- Konfiguration aufzubauen. Der Router als Verbindungsglied zwischen beiden Netzwerken muss für jedes dieser Netzwerke ein gültiges konfiguriertes Interface haben, ist also von beiden Seiten aus ansprechbar. Intern wird dann mit Hilfe der Routing-Tabellen festgelegt, dass die Datenpakete aus dem einen Netz an das jeweils andere Interface weitergegeben werden. 2.2.1 Routing zwischen zwei Subnetzen Im einfachsten Fall hat der Router also zwei Netzwerkkarten, die dann an zwei physikalisch getrennten Netzwerken angeschlossen sind. 40