Berufsbildende Schulen Osnabrück Brinkstraße

Name: Klasse: Berufsbildende Schulen Osnabrück Brinkstraße IP-Subnetze Blatt: Datum: Hintergrund: In dieser Übung erhalten Sie grundlegende Informationen zu IP- Subnetzmasken und deren Einsatz in TCP/IP-Netzen. Mithilfe einer Subnetzmaske können Sie ein bestehendes Netz in Subnetze aufteilen. Dies kann aus folgenden Gründen hilfreich sein: 1) Die Größe der Broadcast- Domänen wird reduziert (Sie erhalten kleinere Netze mit weniger Datenverkehr). 2) LANs an verschiedenen geographischen Standorten können miteinander kommunizieren. 3) Aus Sicherheitsgründen empfiehlt es sich, LANs voneinander zu trennen. Subnetze werden durch Router unterteilt. Darüber hinaus legen Router fest, wann ein Paket von einem Subnetz zum nächsten übertragen werden kann. Jeder Router, den ein Paket passiert, wird als "Hop" bezeichnet. Mithilfe von Subnetzmasken können Arbeitsstationen, Server und Router in einem IP-Netz ermitteln, ob der Ziel-Host für ein Paket, das gesendet werde soll, im eigenen oder einem anderen Netz liegt. Standard- Subnetzmasken wurden bereits in einer vorherigen Übung behandelt. Diese Übung bietet zunächst eine Wiederholung zum Thema Standard- Subnetzmasken. Anschließend liegt der Schwerpunkt auf benutzerdefinierten Subnetzmasken, die mehr Bits benötigen als Standard-Subnetzmasken. Diese zusätzlichen Bits werden aus dem Host-Abschnitt der IP-Adresse "entlehnt". Dadurch entsteht eine dreigeteilte Adresse: 1) die ursprünglich zugewiesene Netzadresse, 2) die Subnetzadresse aus den entlehnten Bits und 3) die Host- Adresse aus den Bits, die nach dem Entlehnen für Subnetze übrig geblieben sind. Schritt 1 - Grundlagen zu IP-Adressen Erklärung: IP-Netzadressen werden vom Internet Network Information Center (InterNIC) zugewiesen. Wenn Ihre Organisation eine IP-Netzadresse der Klasse A besitzt, wurde das erste Oktett (acht Bits) vom InterNIC zugewiesen. Über die restlichen 24 Bits kann Ihre Organisation bis zu 16.777.214 Hosts im Netz definieren. Das sind sehr viele Hosts! Man kann nicht diese Vielzahl von Hosts in einem physikalischen Netz unterbringen, ohne dieses durch Subnetze zu unterteilen. Die Subnetze werden durch Router wieder zu einem Gesamtnetz verbunden. Eine Arbeitsstation kann in einem Netz oder Subnetz sein, während ein Server sich in einem anderen Netz oder Subnetz befindet. Wenn die Arbeitsstation eine Datei vom Server abrufen muss, muss sie die Subnetzmaske verwenden, um das Netz bzw. das Subnetz zu ermitteln, in dem sich der Server befindet. Aufgabe einer Subnetzmaske ist es, Hosts und Routern dabei zu helfen, das Netz zu ermitteln, in dem sich der Ziel-Host befindet. In der folgenden Tabelle finden Sie eine Übersicht über IP- Adressklassen, Standard-Subnetzmasken und die Anzahl von Netzen und Hosts, die für jede Klasse von Netzadressen erstellt werden kann. Peter Tietsch 1 von 9

Kl. Dezim albere ich des ersten Oktett s A 1-126* B 128-191 C 192-223 D 224-239 E 240-254 Höherwe rtige Bits des ersten Oktetts Netz- /Host-ID (N=Netz, H=Host) Standard- Subnetz-maske Anzahl der Netze 0 N.H.H.H 255.0.0.0 126 (2 7-2) 1 0 N.N.H.H 255.255.0.0 16,382 (2 14-2) 1 1 0 N.N.N.H 255.255.255.0 2,097,150 (2 21-2) 1 1 1 0 Reserviert für Multicasting Hosts pro Netz (verwendbare Adressen) 16,777,214 (2 24-2) 65,534 (2 16-2) 254 (2 8-2) 1 1 1 1 0 Experimentell, wird für Forschungszwecke verwendet Schritt 2 - Die AND-Operation Erklärung: Hosts und Router verwenden die AND-Operation, um festzustellen, ob ein Ziel-Host sich im selben Netz befindet. Die AND-Operation wird immer dann ausgeführt, wenn ein Host ein Paket an einen anderen Host in einem IP-Netz senden möchte. Um eine Verbindung zu einem Server herzustellen, geben Sie die IP-Adresse des Servers, zu dem Sie eine Verbindung aufbauen möchten, oder einfach den Host-Namen (z. B. www.cisco.com) ein. Ein Domain Name Server (DNS) konvertiert dann den Host-Namen in die IP-Adresse. Der Quell-Host wird zunächst die eigene IP- Adresse mit der eigenen Subnetzmaske UND-verknüpfen. Auf diese Weise wird das Netz ermittelt, in dem sich der Quell-Host befindet. Anschließend wird die Ziel-IP-Adresse mit der eigenen Subnetzmaske UND-verknüpft. Als Ergebnis der zweiten AND-Operation erhalten Sie das Netz, in dem sich der Ziel-Host befindet. Wenn die Absendernetzadresse der Zielnetzadresse entspricht, können sie direkt miteinander kommunizieren. Bei unterschiedlichen Adressen befinden sich die Hosts in verschiedenen Netzen oder Subnetzen. Eine Kommunikation ist dann nur über Router möglich. Andernfalls kann nicht kommuniziert werden. Die AND-Operation hängt von der Subnetzmaske ab. Eine Standard- Subnetzmaske für ein Netz der Klasse C ist 255.255.255.0 oder 11111111.111111111.111111111.00000000. Diese wird bitweise mit der Absender-IP-Adresse UND-verknüpft. Das erste Bit der IP-Adresse wird mit dem ersten Bit der Subnetzmaske UND-verknüpft, das zweite mit dem zweiten usw. Wenn beide Bits Einsen sind, liefert die AND-Operation als Ergebnis eine EINS. Wenn die beiden Bits Null und Eins oder zwei Nullen sind, liefert die AND-Operation das Ergebnis NULL. Daraus lässt sich folgender Schluss ziehen: Eine UND-Verknüpfung von zwei Einsen ergibt eine EINS, alle anderen Kombinationen von zwei Binärwerten bei der UND-Verknüpfung eine NULL. Die AND-Operation liefert die Netz- bzw. die Subnetzadresse des Netzes, in dem sich der Absender- bzw. Ziel-Host befindet. Peter Tietsch 2 von 9

Schritt 3 - Zwei Netze der Klasse C, die die Standard-Subnetzmaske verwenden Erklärung: Mit diesem Beispiel soll veranschaulicht werden, wie Sie eine Standard-Subnetzmaske der Klasse C verwenden können, um zu ermitteln, in welchem Netz sich ein Host befindet. Mit einer Standard-Subnetzmaske wird eine Adresse nicht in Subnetze unterteilt. Wenn die Standard-Subnetzmaske verwendet wird, wird das Netz nicht in Subnetze unterteilt. Host X (Absender) in Netz 200.1.1.0 hat die IP-Adresse 200.1.1.5 und möchte ein Paket an Host Z (Ziel) im Netz 200.1.2.0 senden, der die IP-Adresse 200.1.2.8 besitzt. Alle Hosts in Netzen sind mit Hubs oder Switches und anschließend mit einem Router verbunden. Zur Erinnerung: Bei einer Netzadresse der Klasse C weist der ISP die ersten drei Oktette (24 Bits) als Netzadresse zu. Demnach handelt es sich hier um zwei verschiedene Netze der Klasse C. Somit bleibt ein Oktett (acht Bits) für Hosts übrig, d. h. jedes Netz der Klasse C kann bis zu 254 Hosts (2^8 = 256-2 = 254) besitzen. Mithilfe der AND-Operation gelangt das Datenpaket von Host 200.1.1.5 in Netz 200.1.1.0 zu Host 200.1.2.8 in Netz 200.1.2.0. Dazu sind folgende Schritte erforderlich. a. Host X wendet die UND-Verknüpfung auf die eigene IP- Adresse und die eigene Subnetzmaske an. IP-Adresse von Host X 200.1.1.5 Subnetzmaske 255.255.255.0 Ergebnis der AND- Operation (200.10.1.0) 11001000.00000001. 00000001.00000101 11111111.11111111. 11111111.00000000 11001000.00000001. 00000001.00000000 HINWEIS: Das Ergebnis der AND-Operation aus Schritt 3a ist die Netzadresse von Host X, nämlich 200.1.1.0. Peter Tietsch 3 von 9

b. Anschließend wendet Host X auf die IP-Adresse des Ziel- Hosts Z und die eigene Subnetzmaske die UND- Verknüpfung an. IP-Adresse von Host Z 200.1.2.8 Subnetzmaske 255.255.255.0 Ergebnis der AND- Operation (200.1.2.0) 11001000.00000001.00 000010.00001000 11111111.11111111.11 111111.00000000 11001000.00000001.00 000010.00000000 HINWEIS: Das Ergebnis der AND-Operation aus Schritt 3b ist die Netzadresse von Host Z, nämlich 200.1.2.0. Host X vergleicht die Ergebnisse der AND-Operation aus Schritt A und Schritt B und stellt fest, dass sie unterschiedlich sind. Host X "weiß" nun, dass Host Z sich nicht in seinem Local Area Network (LAN) befindet und das Datenpaket daher an das "Standard-Gateway" gesendet werden muss. Dies ist die IP- Adresse der Router-Schnittstelle 200.1.1.1 im Netz 200.1.1.0. Anschließend wiederholt der Router die AND-Operation, um zu ermitteln, über welche Router-Schnittstelle das Datenpaket ausgesendet werden muss. Schritt 4 - Ein Netz der Klasse C, das eine benutzerdefinierte Subnetzmaske verwendet Erklärung: In diesem Beispiel wird eine Netzadresse der Klasse C (200.1.1.0) verwendet und gezeigt, wie Sie mit einer benutzerdefinierten Subnetzmaske ermitteln können, in welchem Subnetz sich ein Host befindet und wie Datenpakete zwischen Subnetzen übertragen werden. Zur Erinnerung: Bei einer Netzadresse der Klasse C weist der ISP die ersten drei Oktette (24 Bits) als Netzadresse zu. Somit bleiben acht Bits (ein Oktett) für Hosts übrig, d. h. jedes Netz der Klasse C kann bis zu 254 Hosts (2^8 = 256-2 = 254) besitzen. Angenommen, Sie benötigen weniger als 254 Hosts (Arbeitsstationen und Server) in einem Netz und möchten zwei Subnetze erstellen und sie aus Sicherheitsgründen oder zur Reduzierung des Datenverkehrs durch einen Router trennen. Sie erhalten dann kleinere, unabhängige Broadcast-Domänen und können die Netzleistung verbessern und die Sicherheit erhöhen, da diese Subnetze durch einen Router voneinander getrennt sind. Angenommen, Sie benötigen mindestens zwei Subnetze und mindestens 50 Hosts pro Subnetz. Da Sie nur eine Netzadresse der Klasse C haben, stehen Ihnen nur acht Bits im vierten Oktett und dementsprechend 254 mögliche Hosts zur Verfügung. Sie müssen daher eine benutzerdefinierte Subnetzmaske erstellen. Mit dieser benutzerdefinierten Subnetzmaske können Sie Bits aus dem Host-Abschnitt der Adresse "ENTLEHNEN". Führen Sie dazu folgende Schritte aus: Peter Tietsch 4 von 9

a. Um Subnetze zu erstellen, müssen Sie zunächst ermitteln, wie viele Subnetze benötigt werden. In diesem Fall benötigen Sie zwei Subnetze. Um zu ermitteln, wie viele Bits aus dem Host-Abschnitt der Netzadresse entlehnt werden müssen, addieren Sie die Bit-Werte von rechts nach links, bis die Summe (Dezimalwert) größer als die Anzahl der benötigten Subnetze ist. Da in unserem Beispiel zwei Subnetze benötigt werden, addieren Sie das 1- und 2-Bit. Sie erhalten den Wert 3. Dieser Wert liegt über der Anzahl der benötigten Subnetze. Wir müssen also mindestens zwei Bits aus der Host-Adresse entlehnen. Dabei beginnen wir auf der linken Seite des Oktetts, das die Host-Adresse enthält. Netzadresse: 200.1.1.0 Bits der Host-Adresse im vierten Oktett: Bit-Werte der Host-Adresse (von rechts) 1 1 1 1 1 1 1 1 128 64 32 16 8 4 2 1 (Addieren Sie die Bits beginnend auf der rechten Seite (1 und 2), bis Sie einen höheren Wert als die benötigten Subnetze erhalten.) b. Sobald die Anzahl der zu entlehnenden Bits bekannt ist, entlehnen wir sie von der linken Seite des ersten Oktetts der Host-Adresse. Mit jedem vom ursprünglichen Host-Teil entlehnten Bit reduziert sich die Anzahl der Bits für die Hosts. Die Anzahl der Subnetze wird zwar erhöht, die Anzahl der Hosts pro Subnetz wird allerdings reduziert. Wir müssen zwei Bits von der linken Seite entlehnen, und dieser neue Wert muss in unserer Subnetzmaske sichtbar sein. Die vorhandene Standard-Subnetzmaske war 255.255.255.0, und unsere neue "benutzerdefinierte" Subnetzmaske ist 255.255.255.192. Die 192 ergeben sich aus dem Wert der ersten beiden Bits von links (128 + 64 = 192). Diese Bits werden nun Einsen und sind Teil der ganzen Subnetzmaske. Dementsprechend bleiben sechs Bits für Host-IP-Adressen oder 2^6 = 64 Hosts pro Subnetz. Aus dem vierten Oktett für das Subnetz entlehnte Bits: Bit-Werte des Subnetzes: (von links) 1 1 1 1 1 1 1 1 128 64 32 16 8 4 2 1 Mit diesen Informationen können Sie folgende Tabelle erstellen. Die ersten beiden Bits entsprechen dem Binärwert des Subnetzes. Die letzten sechs Bits sind die Host-Bits. Wenn Sie zwei Bits von den acht Bits der Host-Adresse entlehnen, können Sie vier Subnetze mit jeweils 64 Hosts erstellen. Die vier erstellten Netze sind das 0-Netz, das 64- Netz, das 128-Netz und das 192-Netz. Das 0-Netz und das 192-Netz können nicht verwendet werden. Das liegt daran, dass das 0-Netz ausschließlich aus Nullen im Subnetzabschnitt der Adresse und das Peter Tietsch 5 von 9

192-Netz ausschließlich aus Einsen im Subnetzabschnitt der Adresse besteht. Subnetz Nr. Binärwert der entlehnten Subnetz- Bits Dezimalwert der Subnetz- Bits Mögliche Binärwerte der Host-Bits (Bereich) (6 Bits) Subnetz 0 00 0 000000-111111 Subnetz 1 01 64 000000-111111 Subnetz 2 10 128 000000-111111 Subnetz 3 11 192 000000-111111 Bereich der Host-IDs je Subnetz (dezimal) Verwend bar? 0-63 NEIN 64-127 JA 128-191 JA 192-254 NEIN Beachten Sie, dass das erste Subnetz stets mit 0 beginnt. In diesem Fall erhöht es sich um 64 - der Anzahl der Hosts in jedem Subnetz. Sie können ermitteln, wie viele Hosts es in jedem Subnetz gibt, bzw. womit ein Subnetz beginnt, indem Sie die verbleibenden Host-Bits mit zwei potenzieren. Da wir zwei der acht Bits für Subnetze entlehnt haben und demnach sechs Bits übrig bleiben, enthält jedes Subnetz 2^6 oder 64 Hosts. Eine andere Möglichkeit, die Anzahl der Hosts pro Subnetz oder die "Erhöhung" von einem Subnetz zum nächsten zu ermitteln, besteht darin, den Dezimalwert der Subnetzmaske (192 im vierten Oktett) von 256 (die maximal mögliche Anzahl an Kombinationen bei acht Bits) zu subtrahieren. Das Ergebnis lautet 64. Das heißt, Sie beginnen bei Null für das erste Netz und addieren 64 für jedes weitere Subnetz. Wenn wir das zweite Subnetz (das 64-Netz) als Beispiel verwenden, kann die IP- Adresse 200.1.1.64 nicht als Host-ID verwendet werden, da es sich um die "Netz-ID" des 64-Subnetzes (Host-Abschnitt besteht ausschließlich aus Nullen) handelt. Die IP-Adresse 200.1.1.127 kann nicht verwendet werden, da sie die Broadcast-Adresse für das 64-Netz (Host-Abschnitt besteht ausschließlich aus Einsen) ist. Peter Tietsch 6 von 9

Schritt 5 - Ein Netz der Klasse C, das eine benutzerdefinierte Subnetzmaske verwendet Aufgabe: Beantworten Sie folgende Fragen zu Subnetzen unter Berücksichtigung der folgenden Informationen und der vorherigen Beispiele. Erklärung: Ihr Unternehmen hat die Netzadresse 197.15.22.0 beantragt und erhalten. Sie möchten nun das physikalische Netz in vier Subnetze unterteilen, die durch Router miteinander verbunden sind. Sie benötigen mindestens 25 Hosts pro Subnetz. Sie müssen eine benutzerdefinierte Subnetzmaske der Klasse C verwenden und einen Router zwischen die Subnetze einfügen, um Datenpakete zwischen verschiedenen Subnetzen übertragen zu können. Ermitteln Sie die Anzahl der Bits, die Sie aus dem Host-Abschnitt der Netzadresse entlehnen müssen, und die Anzahl der Bits, die für Host- Adressen übrig bleiben. (Tipp: Es gibt acht Subnetze.) 1. Geben Sie die richtigen Werte in die Tabelle ein, und beantworten Sie folgende Fragen: Subnetz Nr. Binärwert der entlehnten Subnetz- Bits Dezimale Subnet-ID & Subnetzadr esse Mögliche Binärwerte der Host-Bits (Bereich) (6 Bits) Bereich der Host-IDs je Subnetz (dezimal) Verwend bar? Subnetz 0 Subnetz 1 Subnetz 2 Subnetz 3 Subnetz 4 Subnetz 5 Subnetz 6 Subnetz 7 FRAGEN: Beantworten Sie die folgenden Fragen mithilfe der soeben erstellten Tabelle: 2. Welches bzw. welche Oktette stellen den Netzabschnitt einer IP- Adresse der Klasse C dar? 3. Welches bzw. welche Oktette stellen den Host-Abschnitt einer IP- Adresse der Klasse C dar? Peter Tietsch 7 von 9

4. Wie lautet das binäre Äquivalent der Netzadresse der Klasse C in diesem Szenario (197.15.22.0)? Dezimalwert der Netzadresse:... Binärwert der Netzadresse:... 5. Wie viele höherwertige Bits wurden aus den Host-Bits im vierten Oktett entlehnt? 6. Welche Subnetzmaske müssen Sie verwenden? (Geben Sie die Subnetzmaske als Dezimal- und als Binärwert an.) Dezimalwert der Subnetzmaske:... Binärwert der Subnetzmaske:... 7. Wie viele Subnetze können maximal mit dieser Subnetzmaske erstellt werden? 8. Wie viele verwendbare Subnetze können maximal mit dieser Subnetzmaske erstellt werden? 9. Wie viele Bits sind im vierten Oktett für Host-IDs übrig? 10.Wie viele Hosts pro Subnetz können mit dieser Subnetzmaske definiert werden? 11.Wie viele Hosts können maximal für alle Subnetze in diesem Szenario definiert werden (wobei die niedrigste und höchste Subnet-ID und die niedrigste und höchste Host-ID in den einzelnen Subnetzen nicht verwendet werden kann)? 12.Ist 197.15.220,63 eine gültige Host-IP-Adresse in diesem Szenario? Peter Tietsch 8 von 9

13.Warum bzw. warum nicht? 14.Ist 197.15.22.160 eine gültige Host-IP-Adresse in diesem Szenario? 15.Warum bzw. warum nicht? 16.Host A besitzt die IP-Adresse 197.15.22.126. Host B besitzt die IP- Adresse 197.15.22.129. Befinden sich diese Hosts im selben Subnetz? Warum? Peter Tietsch 9 von 9