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Dokument-Nr. 9902.0413.0201.WOHN

TCP/IP-Grundlagen für Einsteiger

IP-Adressen und Hierarchie

Befinden sich mehrere Computer in einem Netzwerk und möchten sie miteinander kommunizieren, so müssen sie die gleiche Sprache sprechen. Sprachen, mit denen sich Computer verständigen, werden Protokolle genannt. TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) ist ein solches Protokoll. Es wird vorrangig im Internet benutzt, ist heute aber auch oft in Firmennetzwerken zu finden. Alle Computer, die über das TCP/IP-Protokoll kommunizieren wollen, müssen an einem Netzwerk angeschlossen sein und das TCP/IP-Protokoll (TCP/IP-Stack) installiert haben.

Gehen wir nun Schritt für Schritt anhand eines Firmenbeispiels auf die Struktur des TCP/IP-Protokolls ein:



Stellen Sie sich vor, Herr Einstein möchte Herrn Zweifuß einen Text, den er gerade fertiggestellt hat, zur Korrektur zukommen lassen. Herr Einstein sitzt Herrn Zweifuß in einem Büro gegenüber und beide befinden sich im selben Netzwerk. Leider kann Herr Einstein seinem Computer nicht einfach sagen, daß der Text für Herrn Zweifuß bestimmt ist. Denn wie soll der Computer wissen, wer Herr Zweifuß ist. Wie es bei technischen Dingen so üblich ist, werden anstatt von Namen Nummern benutzt. Wir geben nun dem Computer von Herrn Einstein die Nummer 1 und dem Computer von Herrn Zweifuß die Nummer 2. Jetzt kann der Computer von Herrn Einstein den Text an Herrn Zweifuß schicken, indem er den Text in ein sogenanntes Paket verpackt und es beschriftet.
Das Paket ist eine Verpackungseinheit, die über das Netzwerk gesendet wird. Wie im täglichen Postleben erhält das Paket die Empfängeradresse, hier die Nummer 2, und die Absenderadresse, hier die Nummer 1. Die Absenderadresse ist wichtig, damit Herr Zweifuß weiß, von wem der Text kam und damit er den Absender benachrichtigen kann, daß er den Text ordnungsgemäß erhalten hat.
Neben den beiden Herren Zweifuß und Einstein sitzt auch noch Herr Dreibein mit im Büro und ist selbstverständlich auch mit seinem Computer am Netzwerk angeschlossen. Er arbeitet eigentlich in einer anderen Abteilung und darf von den Texten, die Herr Zweifuß und Herr Einstein austauschen, nichts erfahren. Sein Computer hat die Nummer 3. Obwohl die Datenpakete auch an seinem Computer vorbei gehen, empfängt er den Text nicht. Sein Computer hört zwar im Netzwerk mit, empfängt aber nur Datenpakete, die auch für ihn bestimmt sind, nämlich Datenpakete, welche die Empfängeradresse 3 beinhalten. So erfährt Herr Dreibein auch von den Texten nichts, die nicht für ihn bestimmt sind.

Stellen Sie sich vor, dieses Büro ist eins von hunderten in einer großen Firma. Und alle Texte, die Herr Zweifuß und Herr Einstein austauschen, würden im gesamten Netzwerk verfügbar sein und alle anderen Mitarbeiter würden auch Texte miteinander austauschen. Dabei würde das gesamte Netzwerk wegen Überlastung zusammenbrechen und es würde viel Zeit kosten, einen Text von einem Nachbarn zu einem anderen Nachbarn zu schicken. Aus diesem Grund trennen wir das Netzwerk auf und bilden für alle Etagen oder sogar Büros kleinere Netzwerke. Ähnlich wie bei Raumnummern verfahren wir mit den Computeradressen. Alle Computer der ersten Etage bekommen die Nummer 1 als Etagenkennziffer und alle Computer der zweiten Etage bekommen die Nummer 2. Durch einen Punkt trennen wir die Computernummern von den Etagennummern. Das Büro der Herren Einstein, Zweifuß und Dreibein befindet sich auf der ersten Etage. Ihre Computeradressen lauten nun also 1.1, 1.2 und 1.3.



Frau Zweikraut sitzt zum Beispiel auf der zweiten Etage, und ihr Computer hat die Nummer 2. Damit lautet ihre vollständige Computeradresse 2.2. Die soeben getrennten Netzwerke der einzelnen Etagen müssen zur Kommunikationsfähigkeit weiterhin miteinander verbunden werden. Zur Verbindung setzen wir einen Router ein. Router sind Geräte, die unterschiedliche Netzwerke miteinander verbinden und nur solche Pakete von einem Netzwerk zu einem anderen Netzwerk übertragen, für das sie bestimmt sind. Der Router weiß also, welche Computer sich in welchen Netzwerken befinden und erkennt anhand der Empfängeradresse, für welches Netzwerk das Paket bestimmt ist. Das ist ja in unserem Beispiel auch nicht so schwer. Denn das Netzwerk der ersten Etage hat Adressen, die mit 1 beginnen und das Netzwerk der zweiten Etage Adressen, die mit 2 beginnen. Hat Herr Zweifuß einen Text für Frau Zweikraut, schickt sein Computer das Paket mit der Absenderadresse 1.2 an den Computer von Frau Zweikraut mit der Empfängeradresse 2.2. Das Paket gelangt über das Netzwerk zum Router. Alle Computer der ersten Etage interessieren sich nicht für dieses Paket, da sie ja auch nicht als Empfänger genannt werden. Der Router erkennt anhand der Empfängeradresse, daß er das Paket dem Netzwerk der ersten Etage entnehmen und es an das Netzwerk der zweiten Etage weiterleiten muß. Der Computer von Frau Zweikraut mit der Adresse 2.2 hört im Netzwerk, daß das Paket von Herrn Zweifuß ihre Empfängeradresse 2.2 trägt und nimmt das Paket vom Netzwerk.
Diese Beispiele können wir direkt auf das TCP/IP-Protokoll übertragen. Eine IP-Adresse hat in der Realität 4 Blöcke, die von einem Punkt getrennt werden. In jedem Block können Zahlen zwischen 0 und 255 stehen. (Dabei dürfen für Computer nur die Zahlen zwischen 1 und 254 benutzt werden.) Eine echte IP-Adresse hat so zum Beispiel die Form 192.168.34.254.



Würden wir diese Zahlenkonvention auf unsere international vertretene Firma mit vielen Filialen in aller Welt übertragen, so könnten wir uns vorstellen, daß der erste Block den Ort der Niederlassung angibt, der zweite Block das Gebäude, der dritte Block die Etage und die vierte Stelle den Computer. Analog zum vorherigen Beispiel können wir uns dann vorstellen, welchen Weg ein Datenpaket nimmt, wenn Herr Einstein (mit dem Computer Nummer 1 aus der ersten Etage des zweiten Gebäudes der dritten Zweigniederlassung in Taipei der ELSA AG) mit seiner fiktiven IP-Adresse 3.2.1.1 einen Text an Frau Dreigestirn (mit dem Computer Nummer 3 aus der zweiten Etage des vierten Gebäudes der Hauptniederlassung Nummer 1 in Deutschland der ELSA AG) mit ihrer fiktiven IP-Adresse 1.4.2.3 schickt. Stellen Sie sich dieses große Netzwerk wie einen Baum vor. Jedes Datenpaket findet seinen Weg über die Router, welche die Verknüpfung zu den anderen Netzwerken zur Verfügung stellen. Machen Sie sich diese Hierarchie an oben genannten Beispielen deutlich.


Subnetzmasken

Bei unseren Beispielen sind wir stets davon ausgegangen, daß nur der letzte Block der IP-Adresse die Nummer des Computers beschreibt. Was würde aber passieren, wenn sich mehr als 254 Computer auf einer Etage befänden. Wir müßten dann auf den vorherigen Block ausweichen und ihn zusätzlich als Computeradresse deklarieren. Somit hätten wir 255 x 254=64770 IP-Adressen für Computer in einer Etage zur Verfügung. Dabei müßten wir natürlich den ersten und zweiten Block der IP-Adresse anders interpretieren, da wir ja einen neuen Block für die Etagendeklaration benötigen. Eigentlich sehen die beiden IP-Adressen 3.2.1.1 und 3.2.1.1 für die beiden oben genannten unterschiedlichen Interpretationsmuster gleich aus. Wie soll denn dann ein Computer wissen, ob mit dem dritten Block die Etage oder einfach nur die Computernummer gemeint ist. Und genau hierzu gibt es eine Subnetzmaske. Wir können sie uns wie eine Schablone, einen Filter oder eine Maske vorstellen, die wir dann über die gesamte IP-Adresse legen. Den Teil der IP-Adresse, den die Subnetzmaske verdeckt, nennen wir Netzwerkadresse und den übrigen sichtbaren Bereich die Computeradresse oder die Computernummer. In unserem ersten Beispiel mit nur 254 Computern auf einer Etage sieht die Netzwerkmaske wie folgt aus: 255.255.255.0. Alle Blöcke, die durch eine 255 gekennzeichnet werden, verdecken den positionsgleichen Block der IP-Adresse und sind innerhalb eines Netzwerkes fest, wie die Niederlassungsnummer, die Gebäudenummer und die Etagennummer. Nur der letzte Block ist sichtbar und kann sich innerhalb des Netzwerkes verändern. Er steht somit den 254 möglichen Computernummern zur Verfügung. Gehört, wie im zweiten Beispiel, der dritte Block der IP-Adresse mit zur Computernummer, für unsere 64770 Computer einer Etage, so hat dann die Subnetzmaske die Form 255.255.0.0.

IP-Adresse:	3. 2. 1. 1	3. 2. 1. 1
Subnetzmaske:	255. 255. 255. 0	255. 255. 0. 0
Netzwerkadresse:	3. 2. 1. X	3. 2. X. X.
Computeradresse:	1	1. 1
Anzahl zur Verfügung stehender Computer in einem Subnetz:	=X =1-254 =254	=X.X=X*X =255*254 =64770

Sehen wir uns nochmals das Beispiel an, wenn Herr Zweifuß einen Text an Frau Zweikraut schickt. Herr Zweifuß mit der IP-Adresse 3.2.1.2 schickt das Datenpaket an Frau Zweikraut mit der IP-Adresse 3.2.2.2. Anhand der Subnetzmaske 255.255.255.0 erkennt der Computer von Herrn Zweifuß, daß sich der Computer von Frau Zweikraut nicht im selben Netzwerk 3.2.1.x sondern im Netzwerk 3.2.2.x befindet. Er schickt deshalb das Datenpaket zur Weiterleitung an den Router. Die IP-Adresse des Routers sollte dem Computer von Herrn Zweifuß bekannt sein, damit er weiß, wer für Datenpakete außerhalb seines Netzwerkes zur Verfügung steht. Gewöhnlich wird dieser Router als Gateway-Adresse im Computer eingetragen. Ein Gateway ("Tor nach draußen") bezeichnet ein Gerät, welches für die Weiterleitung von Datenpaketen außerhalb des eigenen Netzwerkes zuständig ist. Der Router erhält das Datenpaket von Herrn Zweifuß und sendet es an das Netzwerk 3.2.2.x weiter. Frau Zweikraut erhält das geroutete Datenpaket von Herrn Zweifuß.



Gehen wir nochmal kurz auf die Baumhierarchie ein. Ein Router, der für alle Häuser zuständig ist, verwaltet alle Netzwerke der 3. Niederlassung, also die Netzwerke 3.x.x.x. Ihm unterliegen die Netzwerke 3.1.x.x, 3.2.x.x usw., welche die Netzwerkmaske 255.255.0.0 haben. In diesen Netzwerken liegen meist Server und Router, welche die Etagen miteinander verbinden.


DNS

Damit zwei Computer miteinander kommunizieren können, sind, wie zuvor beschrieben, die IP-Adressen notwendig. Es fällt natürlich schwer, diese Zahlenkolonnen zu behalten. Immerhin müßte Herr Einstein die IP-Adresse von Frau Zweikraut kennen, um ihr einen Text zu schicken. Nützlicher wäre es doch, wenn er ihren Namen verwenden könnte. Zu diesem Zweck gibt es die Möglichkeit einen Namenserver zu benutzen, den DNS-Server (Domain Name Service). Dieser Server verwaltet in seinem Netzwerk die Namen der Computer und ihre IP-Adressen. Nach einer Liste sind jedem Namen eindeutige IP-Adressen zugeordnet. Möchte in unserem Fall Herr Einstein einen Text an Frau Zweikraut schicken, muß er nur ihren Namen kennen. Der Computer schickt dann eine Anfrage an den DNS-Server, welche IP-Adresse denn Frau Zweikraut hat. Der DNS-Server vergleicht die Anfrage mit Einträgen in seiner Liste und meldet dem Computer von Herrn Einstein, daß Frau Zweikraut die IP-Adresse 3.2.2.2 hat. Diesen Vorgang nennt man auch Auflösen einer IP-Adresse. Nun kann Herrn Einstein Computer wie gewohnt den Text in ein Datenpaket packen, es mit der Empfänger-Adresse 3.2.2.2 versehen und abschicken. Damit dieser Vorgang auch funktioniert, muß Herrn Einstein Computer die IP-Adresse des DNS-Servers bekannt sein. Der DNS-Server verwaltet die Adressen aller Computer innerhalb eines Netzwerkes.



Andere Netzwerke können auch über Namen erreicht werden. Dazu werden nicht nur die Computer mit Namen benannt, sondern auch ganze Netzwerke. Sie werden zu Domänen zusammengefaßt. Im Gegensatz zur IP-Adresse wird der Name andersherum aufgebaut. An erster Stelle steht der Computername, darauf folgen die Netzwerknamen. Unserem Firmenbeispiel zufolge hätte Herrn Einstein Computer den folgenden Namen: einstein.etage1.gebäude2.niederlassung3.elsa . Dieses Schema setzt voraus, daß sich in jedem Teilnetzwerk ein DNS-Server befindet. Möchte ein Computer der ersten Etage einen Namen der zweiten Etage erfragen, so leitet der DNS-Server der Etage 1 die Anfrage an den DNS-Server des Gebäudes 2 weiter, der wiederum die Anfrage an den DNS-Server der Etage 2 weiterleitet. Dieses Schema stellt wiederum die Baumhierarchie innerhalb der Netzwerknamengebung dar. Domänennamen richten sich meist nach den IP-Adressstrukturen.


Internet und Intranet

Bitte beachten Sie, daß die genannten Beispiele nur eine Parallele zum Internet darstellen sollen. Wenn wir unsere Adreßstruktur auf ein weltumfassendes Netz übertragen, haben wir das Internet. Im Internet werden die IP-Adressen von Organisationen vergeben, damit jede IP-Adresse einmalig ist. Eine solche IP-Adresse ist meist teuer. Damit Sie in Ihrem Firmennetz keine offiziellen IP-Adressen verwenden müssen, gibt es ein paar IP-Adressen, die im Internet nicht verwendet werden. Diese IP-Adreßsbereiche werden als private Adreßbereiche (Private Address Space) bezeichnet. Eine Liste dieser privaten Adreßbereiche finden Sie im Anhang. Wählen Sie also aus diesem Bereich einen IP-Adreßbereich für Ihre Firma aus. Möchten Sie mit Ihrem Firmennetz auf das Internet zugreifen, so sollte der Router, der die Verbindung zum Internet herstellt nach außen hin auch eine eindeutige IP-Adresse bekommen.

Gehen wir im folgenden noch einmal auf unsere Beispiele ein:
Die IP-Adressen, die wir im Beispiel benutzt haben, gehören nicht zum privaten IP-Adressbereich. Schließen wir das Firmennetzwerk an das Internet an, so dürfen wir diese Adressen nicht benutzen, da sonst durch die doppelt benutzten IP-Adressen große Netzwerkprobleme auftreten würden. Nehmen wir das Büro der Herren Einstein, Zweifuß und Dreibein als Beispiel und geben ihren Computern IP-Adressen aus dem privaten Adreßbereich 10.0.0.X. Demnach hat Herr Einstein die IP-Adresse 10.0.0.1, Herr Zweifuß 10.0.0.2 und Herr Dreibein 10.0.0.3. Damit alle auf das Internet zugreifen können, wählen wir einen ISDN-Router (z.B.: ELSA LANCOM Office 1000 oder 2000), der bei Bedarf über eine ISDN-Wählleitung eine Verbindung zu einem Provider und damit zum Internet herstellt. Der Router bekommt die IP-Adresse 10.0.0.200. Diese IP-Adresse wird auch als Intranetadresse des Routers bezeichnet, da sie nur für das Firmennetz (Intranet) gilt. Für unser kleines Firmennetzwerk mit den IP-Adressen 10.0.0.X ergibt sich die Subnetzmaske 255.255.255.0, da nur die letzte Stelle der IP-Adresse für die Computer variiert.



Weiterhin haben Sie entweder eine eindeutige, offizielle IP-Adresse vom Provider mitgeteilt bekommen, die Sie fest in Ihrem Router eintragen (statische IP-Adresse) oder Ihr Router bekommt bei jeder Anmeldung dynamisch eine eindeutige, offizielle IP-Adresse vom Provider zugewiesen. Sie wird als Internetadresse bezeichnet und ist die Adresse, unter der der Router vom Internet aus erreichbar ist (z.B.: 134.130.48.15). Da wir in unserem kleinen Netzwerk keinen eigenen DNS-Server zur Namenauflösung einrichten möchten, lassen wir unserem Router zusätzlich die DNS-Serveradresse des Providers zuweisen. Der Router leitet nun Namenanfragen an den DNS-Server des Providers weiter. Die Routeradresse (10.0.0.200) muß dann bei allen Computern sowohl als Gateway-Adresse als auch als DNS-Serveradresse eingetragen sein.
http://www.elsa.de/

Anhang

IP-Adressen mit besonderer Bedeutung

Zu den IP-Adressen des privaten Adreßbereiches gehören folgende Adressen:

Netzadressen
10.0.0.0	-10.255.255.255
172.16.0.0	-172.31.255.255
192.168.0.0	-192.168.255.255

Einige Adressen werden für bestimmte festgelegte Dienste benötigt und können deshalb nicht für die Vergabe an Rechner verwendet werden.

Zu diesen Adressen gehören:

IP-Sonderadressen	Bedeutung
127.X.X.X	Loopback (interner Netzwerkkartentest)
224.X.X.X	Multicast (Rechnergruppen mit bestimmten Aufgaben, z.B. alle Router)
224.X.X.X-239.X.X.X	Klasse D reserviert
240.X.X.X-254.X.X.X	Klasse E reserviert
X.X.X.0	eigenes Netzwerk
0.X.X.X	eigener Rechner im eigenen Netzwerk
255 in einem Oktett	Broadcast (alle Rechner in diesem Netzwerk)
X.X.X.254	Wird von ELSA LANCOM-Routern im Auslieferungszustand verwendet

Dokument-Kategorien

Produkte	ELSA LANCOM 1000 Office, ELSA LANCOM 1100 Office, ELSA LANCOM 2000 Office, ELSA MicroLink LANCOM MPR (SN 0153.xxx.xxx), ELSA MicroLink LANCOM MPR (SN 0317.xxx.xxx), ELSA MicroLink LANCOM (SN 0243.xxx.xxx), ELSA MicroLink LANCOM (SN 0911.xxx.xxx)
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