# 6.2 IPv4-Adressen, Subnetze und Netzmasken IPv4 ist eine der wichtigsten Grundlagen auf OSI-Schicht 3. IPv4-Adressen werden verwendet, um Geräte in IP-Netzen logisch zu adressieren. Beispiel: 192.168.10.20 Eine IPv4-Adresse allein reicht aber nicht aus. Man muss zusätzlich wissen: Welcher Teil gehört zum Netzwerk? Welcher Teil gehört zum Gerät? Welche Adressen sind nutzbar? Welche Adresse ist die Netzadresse? Welche Adresse ist die Broadcast-Adresse? Dafür braucht man die Subnetzmaske oder CIDR-Schreibweise. Merksatz: IPv4-Adresse + Subnetzmaske = vollständige Netzzuordnung. --- **IPv4 kurz erklärt** IPv4 steht für: Internet Protocol Version 4 Eine IPv4-Adresse besteht aus: 32 Bit Sie wird meistens dezimal in vier Blöcken dargestellt. Beispiel: 192.168.10.20 Diese vier Blöcke nennt man oft: Oktette Warum Oktette? Jeder Block entspricht 8 Bit. 4 Oktette ergeben: 4 × 8 Bit = 32 Bit Merksatz: IPv4 = 32 Bit = 4 Oktette. --- **Aufbau einer IPv4-Adresse** Beispiel: 192.168.10.20 Die Adresse besteht aus vier Oktetten: | Oktett | Wert | |---:|---:| | 1 | 192 | | 2 | 168 | | 3 | 10 | | 4 | 20 | Jedes Oktett kann Werte von 0 bis 255 enthalten. Warum? 8 Bit können 256 verschiedene Werte darstellen. Von: 0 bis: 255 Merksatz: Ein IPv4-Oktett hat Werte von 0 bis 255. --- **Binäre Darstellung** Computer arbeiten intern mit Bits. Eine IPv4-Adresse kann deshalb auch binär dargestellt werden. Beispiel: 192.168.10.20 Binär: | Dezimal | Binär | |---:|---| | 192 | 11000000 | | 168 | 10101000 | | 10 | 00001010 | | 20 | 00010100 | Gesamt: 11000000.10101000.00001010.00010100 Merksatz: IPv4 sieht dezimal aus, besteht technisch aber aus 32 Bits. --- **Netzanteil und Hostanteil** Eine IPv4-Adresse besteht aus zwei Teilen: Netzanteil und Hostanteil Der Netzanteil sagt: Zu welchem Netzwerk gehört die Adresse? Der Hostanteil sagt: Welches Gerät ist es in diesem Netzwerk? Beispiel: 192.168.10.20/24 Bei /24 gehören die ersten 24 Bit zum Netzanteil. Vereinfacht: Netzanteil: 192.168.10 Hostanteil: 20 Merksatz: Netzanteil = Netzwerk. Hostanteil = Gerät im Netzwerk. --- **Subnetzmaske** Die Subnetzmaske legt fest, welcher Teil der IP-Adresse zum Netz gehört und welcher Teil zum Host gehört. Beispiel: IP-Adresse: 192.168.10.20 Subnetzmaske: 255.255.255.0 Das bedeutet: 192.168.10 = Netzanteil 20 = Hostanteil Die Subnetzmaske trennt also Netz und Host. Merksatz: Subnetzmaske trennt Netzanteil und Hostanteil. --- **CIDR-Schreibweise** CIDR steht für: Classless Inter-Domain Routing Die CIDR-Schreibweise gibt an, wie viele Bits zur Netzadresse gehören. Beispiel: 192.168.10.20/24 Das bedeutet: Die ersten 24 Bit gehören zum Netzanteil. Die Subnetzmaske dazu lautet: 255.255.255.0 Merksatz: /24 bedeutet: 24 Bit Netzanteil. --- **CIDR und Subnetzmaske** Wichtige CIDR-Schreibweisen: | CIDR | Subnetzmaske | Anzahl Host-Bits | |---:|---|---:| | /8 | 255.0.0.0 | 24 | | /16 | 255.255.0.0 | 16 | | /24 | 255.255.255.0 | 8 | | /25 | 255.255.255.128 | 7 | | /26 | 255.255.255.192 | 6 | | /27 | 255.255.255.224 | 5 | | /28 | 255.255.255.240 | 4 | | /29 | 255.255.255.248 | 3 | | /30 | 255.255.255.252 | 2 | | /32 | 255.255.255.255 | 0 | Merksatz: Je größer die CIDR-Zahl, desto kleiner das Netz. --- **Host-Bits** Host-Bits sind die Bits, die für Geräteadressen im Subnetz übrig bleiben. IPv4 hat insgesamt: 32 Bit Wenn ein Netz /24 ist, dann gilt: 24 Bit Netzanteil 8 Bit Hostanteil Wenn ein Netz /26 ist, dann gilt: 26 Bit Netzanteil 6 Bit Hostanteil Merksatz: Host-Bits = 32 minus CIDR-Präfix. --- **Anzahl der Adressen berechnen** Die Anzahl aller Adressen in einem Subnetz berechnet man mit: 2 hoch Anzahl der Host-Bits Beispiel /24: Host-Bits: 8 2 hoch 8 = 256 Adressen Beispiel /26: Host-Bits: 6 2 hoch 6 = 64 Adressen Merksatz: Anzahl Adressen = 2 hoch Host-Bits. --- **Nutzbare Host-Adressen** In klassischen IPv4-Subnetzen sind normalerweise zwei Adressen nicht für Endgeräte nutzbar: Netzadresse Broadcast-Adresse Deshalb gilt meistens: nutzbare Hosts = 2 hoch Host-Bits minus 2 Beispiel /24: 2 hoch 8 = 256 256 - 2 = 254 nutzbare Hosts Beispiel /26: 2 hoch 6 = 64 64 - 2 = 62 nutzbare Hosts Merksatz: Nutzbare Hosts = alle Adressen minus Netzadresse und Broadcast-Adresse. --- **Netzadresse** Die Netzadresse bezeichnet das Subnetz selbst. Beispiel: 192.168.10.0/24 Die Netzadresse ist: 192.168.10.0 Diese Adresse wird normalerweise keinem Endgerät zugewiesen. Merksatz: Netzadresse = Adresse des Netzes. --- **Broadcast-Adresse** Die Broadcast-Adresse ist die letzte Adresse im Subnetz. Sie steht für: alle Geräte in diesem Subnetz Beispiel: 192.168.10.0/24 Broadcast-Adresse: 192.168.10.255 Diese Adresse wird normalerweise keinem einzelnen Gerät zugewiesen. Merksatz: Broadcast-Adresse = letzte Adresse im Subnetz. --- **Hostbereich** Der Hostbereich umfasst die nutzbaren Adressen für Geräte. Beispiel: Netz: 192.168.10.0/24 Netzadresse: 192.168.10.0 Hostbereich: 192.168.10.1 bis 192.168.10.254 Broadcast-Adresse: 192.168.10.255 Merksatz: Hostbereich = nutzbare Geräteadressen zwischen Netzadresse und Broadcast-Adresse. --- **Beispiel /24** Netz: 192.168.10.0/24 Subnetzmaske: 255.255.255.0 | Bereich | Adresse | |---|---| | Netzadresse | 192.168.10.0 | | erster Host | 192.168.10.1 | | letzter Host | 192.168.10.254 | | Broadcast-Adresse | 192.168.10.255 | | alle Adressen | 256 | | nutzbare Hosts | 254 | Merksatz: /24 ist ein häufiges Standard-LAN mit 254 nutzbaren Host-Adressen. --- **Beispiel /25** Netz: 192.168.10.0/25 Subnetzmaske: 255.255.255.128 Host-Bits: 7 Alle Adressen: 2 hoch 7 = 128 Nutzbare Hosts: 128 - 2 = 126 | Bereich | Adresse | |---|---| | Netzadresse | 192.168.10.0 | | erster Host | 192.168.10.1 | | letzter Host | 192.168.10.126 | | Broadcast-Adresse | 192.168.10.127 | | alle Adressen | 128 | | nutzbare Hosts | 126 | Merksatz: /25 halbiert ein /24 in zwei gleich große Netze. --- **Zweites /25 im gleichen /24-Bereich** Wenn ein /24 in zwei /25-Netze geteilt wird, entstehen: | Netz | Bereich | |---|---| | 192.168.10.0/25 | 192.168.10.0 – 192.168.10.127 | | 192.168.10.128/25 | 192.168.10.128 – 192.168.10.255 | Zweites Netz: 192.168.10.128/25 | Bereich | Adresse | |---|---| | Netzadresse | 192.168.10.128 | | erster Host | 192.168.10.129 | | letzter Host | 192.168.10.254 | | Broadcast-Adresse | 192.168.10.255 | Merksatz: /25-Netze springen in 128er-Schritten. --- **Beispiel /26** Netz: 192.168.10.0/26 Subnetzmaske: 255.255.255.192 Host-Bits: 6 Alle Adressen: 2 hoch 6 = 64 Nutzbare Hosts: 64 - 2 = 62 | Bereich | Adresse | |---|---| | Netzadresse | 192.168.10.0 | | erster Host | 192.168.10.1 | | letzter Host | 192.168.10.62 | | Broadcast-Adresse | 192.168.10.63 | Merksatz: /26-Netze haben 64 Adressen und 62 nutzbare Hosts. --- **/26-Netze innerhalb eines /24** Ein /24 kann in vier /26-Netze geteilt werden. | Netz | Bereich | |---|---| | 192.168.10.0/26 | 192.168.10.0 – 192.168.10.63 | | 192.168.10.64/26 | 192.168.10.64 – 192.168.10.127 | | 192.168.10.128/26 | 192.168.10.128 – 192.168.10.191 | | 192.168.10.192/26 | 192.168.10.192 – 192.168.10.255 | Merksatz: /26-Netze springen in 64er-Schritten. --- **Beispiel /27** Netz: 192.168.10.0/27 Subnetzmaske: 255.255.255.224 Host-Bits: 5 Alle Adressen: 2 hoch 5 = 32 Nutzbare Hosts: 32 - 2 = 30 | Bereich | Adresse | |---|---| | Netzadresse | 192.168.10.0 | | erster Host | 192.168.10.1 | | letzter Host | 192.168.10.30 | | Broadcast-Adresse | 192.168.10.31 | Merksatz: /27-Netze haben 32 Adressen und 30 nutzbare Hosts. --- **/27-Netze innerhalb eines /24** Ein /24 kann in acht /27-Netze geteilt werden. Die Schrittweite beträgt: 32 | Netz | Bereich | |---|---| | 192.168.10.0/27 | 192.168.10.0 – 192.168.10.31 | | 192.168.10.32/27 | 192.168.10.32 – 192.168.10.63 | | 192.168.10.64/27 | 192.168.10.64 – 192.168.10.95 | | 192.168.10.96/27 | 192.168.10.96 – 192.168.10.127 | | 192.168.10.128/27 | 192.168.10.128 – 192.168.10.159 | | 192.168.10.160/27 | 192.168.10.160 – 192.168.10.191 | | 192.168.10.192/27 | 192.168.10.192 – 192.168.10.223 | | 192.168.10.224/27 | 192.168.10.224 – 192.168.10.255 | Merksatz: /27-Netze springen in 32er-Schritten. --- **Schrittweite** Die Schrittweite zeigt, in welchen Abständen neue Subnetze beginnen. Beispiele im vierten Oktett: | CIDR | Subnetzmaske | Schrittweite | |---:|---|---:| | /25 | 255.255.255.128 | 128 | | /26 | 255.255.255.192 | 64 | | /27 | 255.255.255.224 | 32 | | /28 | 255.255.255.240 | 16 | | /29 | 255.255.255.248 | 8 | | /30 | 255.255.255.252 | 4 | Merksatz: Schrittweite = Größe eines Subnetzes im betroffenen Oktett. --- **Schnelle Regel zur Schrittweite** Bei Subnetzen im vierten Oktett kann man die Schrittweite schnell berechnen: 256 minus Maskenwert im vierten Oktett Beispiel /26: Subnetzmaske: 255.255.255.192 256 - 192 = 64 Schrittweite: 64 Beispiel /28: Subnetzmaske: 255.255.255.240 256 - 240 = 16 Schrittweite: 16 Merksatz: Schrittweite = 256 minus Maskenwert im interessanten Oktett. --- **Beispiel: In welchem Subnetz liegt eine IP?** IP-Adresse: 192.168.10.70/26 /26 bedeutet: Schrittweite 64 Subnetze: 192.168.10.0 – 192.168.10.63 192.168.10.64 – 192.168.10.127 192.168.10.128 – 192.168.10.191 192.168.10.192 – 192.168.10.255 Die IP 192.168.10.70 liegt im Bereich: 192.168.10.64 – 192.168.10.127 Also: | Bereich | Adresse | |---|---| | Netzadresse | 192.168.10.64 | | erster Host | 192.168.10.65 | | letzter Host | 192.168.10.126 | | Broadcast-Adresse | 192.168.10.127 | Merksatz: IP in den passenden Schrittweitenbereich einordnen. --- **Beispiel: 192.168.10.200/27** /27 bedeutet: Schrittweite 32 Subnetze: 0 – 31 32 – 63 64 – 95 96 – 127 128 – 159 160 – 191 192 – 223 224 – 255 Die IP 192.168.10.200 liegt im Bereich: 192.168.10.192 – 192.168.10.223 Also: | Bereich | Adresse | |---|---| | Netzadresse | 192.168.10.192 | | erster Host | 192.168.10.193 | | letzter Host | 192.168.10.222 | | Broadcast-Adresse | 192.168.10.223 | Merksatz: Bei /27 beginnt jedes neue Netz alle 32 Adressen. --- **Private IPv4-Adressen** Private IPv4-Adressen werden in lokalen Netzwerken verwendet. Sie sind im öffentlichen Internet nicht direkt geroutet. Wichtige private Bereiche: | Bereich | CIDR | |---|---| | 10.0.0.0 – 10.255.255.255 | 10.0.0.0/8 | | 172.16.0.0 – 172.31.255.255 | 172.16.0.0/12 | | 192.168.0.0 – 192.168.255.255 | 192.168.0.0/16 | Typisch im Heimnetz: 192.168.x.x Typisch in größeren Netzen: 10.x.x.x Merksatz: Private IPv4-Adressen sind für interne Netze gedacht. --- **Öffentliche IPv4-Adressen** Öffentliche IPv4-Adressen sind im Internet eindeutig geroutet. Sie werden zum Beispiel verwendet für: - Webserver - Mailserver - öffentliche DNS-Server - Internetanschlüsse - Cloud-Systeme Da IPv4-Adressen knapp sind, nutzen viele private Netze NAT oder PAT. Merksatz: Öffentliche IPv4-Adressen sind im Internet routbar. --- **APIPA** APIPA steht für: Automatic Private IP Addressing APIPA-Adressen liegen im Bereich: 169.254.0.0/16 Ein Gerät kann eine APIPA-Adresse erhalten, wenn es keine Adresse per DHCP bekommt. Beispiel: 169.254.23.80 Typischer Hinweis: DHCP funktioniert nicht oder DHCP-Server ist nicht erreichbar. Merksatz: 169.254.x.x weist oft auf DHCP-Probleme hin. --- **Loopback-Adresse** Die IPv4-Loopback-Adresse ist: 127.0.0.1 Sie zeigt auf das eigene Gerät. Der Bereich: 127.0.0.0/8 ist für Loopback reserviert. Typischer Test: ping 127.0.0.1 Damit prüft man den lokalen IP-Stack des eigenen Systems. Merksatz: 127.0.0.1 = eigenes Gerät. --- **0.0.0.0** Die Adresse 0.0.0.0 kann verschiedene Bedeutungen haben. Typische Bedeutungen: - keine konkrete Adresse - alle IPv4-Adressen - Default Route als 0.0.0.0/0 - Dienst lauscht auf allen Schnittstellen Beispiel Routing: 0.0.0.0/0 bedeutet: alle Ziele, für die keine genauere Route existiert. Merksatz: 0.0.0.0/0 = Default Route für alle IPv4-Ziele. --- **255.255.255.255** Die Adresse: 255.255.255.255 ist ein begrenzter Broadcast. Sie wird verwendet, um alle Geräte im lokalen Netzwerksegment anzusprechen. Beispiel: DHCP-Anfragen können diesen Broadcast verwenden. Merksatz: 255.255.255.255 = lokaler IPv4-Broadcast. --- **IPv4 und VLANs** VLANs gehören zu Schicht 2. IP-Subnetze gehören zu Schicht 3. In der Praxis wird häufig jedem VLAN ein eigenes IPv4-Subnetz zugeordnet. Beispiel: | VLAN | Zweck | Subnetz | |---:|---|---| | 10 | Mitarbeiter | 192.168.10.0/24 | | 20 | Gäste | 192.168.20.0/24 | | 30 | Server | 192.168.30.0/24 | Merksatz: VLAN trennt auf Schicht 2. Subnetz trennt auf Schicht 3. --- **Warum pro VLAN oft ein eigenes Subnetz?** Ein VLAN ist eine eigene Broadcast-Domäne. Wenn Geräte in unterschiedlichen VLANs kommunizieren sollen, braucht man Routing. Damit Routing sauber funktioniert, bekommt jedes VLAN normalerweise ein eigenes IP-Subnetz. Beispiel: VLAN 10: 192.168.10.0/24 VLAN 20: 192.168.20.0/24 Merksatz: Ein VLAN und ein Subnetz werden oft zusammen geplant, sind aber nicht dasselbe. --- **Typische IPv4-Konfigurationsfehler** Typische Fehler sind: - falsche IP-Adresse - falsche Subnetzmaske - falsches Gateway - doppelte IP-Adresse - IP aus falschem Netz - APIPA-Adresse - falscher DHCP-Bereich - falsches VLAN zur IP-Adresse - fehlende Route Merksatz: Viele Schicht-3-Probleme beginnen mit falscher IP-Konfiguration. --- **Beispiel: falsche Subnetzmaske** PC A: 192.168.10.20/24 PC B: 192.168.10.30/25 Beide IP-Adressen sehen ähnlich aus. Aber durch unterschiedliche Subnetzmasken kann ein Gerät anders entscheiden, ob ein Ziel lokal oder über das Gateway erreichbar ist. Folge: Kommunikation kann unzuverlässig oder einseitig wirken. Merksatz: IP-Adresse und Subnetzmaske müssen zusammenpassen. --- **Beispiel: falsches Gateway** PC: IP-Adresse: 192.168.10.20/24 Gateway: 192.168.20.1 Problem: Das Gateway liegt nicht im eigenen Subnetz. Der PC kann dieses Gateway normalerweise nicht direkt erreichen. Richtig wäre zum Beispiel: 192.168.10.1 Merksatz: Das Standard-Gateway muss im eigenen lokalen Subnetz erreichbar sein. --- **Beispiel: IP aus falschem VLAN** Ein PC hängt im Mitarbeiter-VLAN, bekommt aber eine IP-Adresse aus dem Gastnetz. Beispiel: Soll: VLAN 10 192.168.10.0/24 Ist: VLAN 20 192.168.20.0/24 Mögliche Ursachen: - Switch-Port im falschen VLAN - falsche SSID-VLAN-Zuordnung - DHCP-Bereich falsch zugeordnet - Trunk falsch konfiguriert Merksatz: Falsche IP-Adresse kann auf falsches VLAN hinweisen. --- **Einordnung in das OSI-Modell** | Thema | Schicht | |---|---:| | Ethernet-Frame | 2 | | MAC-Adresse | 2 | | VLAN | 2 | | IPv4-Adresse | 3 | | Subnetzmaske | 3 | | Gateway | 3 | | Routing | 3 | | NAT | 3 / 4-Bezug | | TCP-Port | 4 | | DNS | 7 | Merksatz: VLAN = Schicht 2. IPv4-Subnetz = Schicht 3. --- **Typische IHK-Fragen** In AP1 und AP2 kann zum Beispiel gefragt werden: - Wie viele Bit hat eine IPv4-Adresse? - Was ist ein Oktett? - Was macht die Subnetzmaske? - Was bedeutet CIDR? - Was bedeutet /24? - Wie viele nutzbare Hosts hat ein /24? - Was ist die Netzadresse? - Was ist die Broadcast-Adresse? - Was ist der Hostbereich? - Wie berechnet man die Schrittweite? - In welchem Subnetz liegt eine bestimmte IP-Adresse? - Was sind private IPv4-Adressen? - Was bedeutet 169.254.x.x? - Was ist die Loopback-Adresse? - Warum braucht jedes VLAN häufig ein eigenes Subnetz? --- **Typische Prüfungsfallen** IPv4 hat 32 Bit. Ein Oktett hat 8 Bit. Ein Oktett geht von 0 bis 255. /24 bedeutet 24 Bit Netzanteil. Host-Bits = 32 minus CIDR-Präfix. Alle Adressen = 2 hoch Host-Bits. Nutzbare Hosts = alle Adressen minus 2. Netzadresse ist nicht für ein Endgerät. Broadcast-Adresse ist nicht für ein Endgerät. Je größer die CIDR-Zahl, desto kleiner das Netz. VLAN ist nicht Subnetz. Gateway muss im eigenen Subnetz erreichbar sein. 169.254.x.x weist oft auf DHCP-Probleme hin. 127.0.0.1 ist Loopback. 0.0.0.0/0 ist die Default Route. --- **Wichtige Begriffe kurz erklärt** | Begriff | Kurze Erklärung | |---|---| | IPv4 | Internet Protocol Version 4 | | IPv4-Adresse | 32-Bit-Adresse auf Schicht 3 | | Oktett | 8-Bit-Block einer IPv4-Adresse | | Netzanteil | Teil der Adresse für das Netzwerk | | Hostanteil | Teil der Adresse für das Gerät | | Subnetzmaske | trennt Netzanteil und Hostanteil | | CIDR | Schreibweise mit Präfixlänge | | Präfix | Anzahl der Netz-Bits | | Host-Bits | Bits für Geräteadressen | | Netzadresse | Adresse des Subnetzes | | Broadcast-Adresse | Adresse für alle Hosts im Subnetz | | Hostbereich | nutzbare Geräteadressen | | Schrittweite | Abstand zwischen Subnetzen | | private IPv4-Adresse | interne, nicht öffentlich geroutete Adresse | | öffentliche IPv4-Adresse | im Internet routbare Adresse | | APIPA | automatische Adresse bei DHCP-Problem | | Loopback | Adresse des eigenen Geräts | | Default Route | Route für unbekannte Ziele | --- **IHK-sichere Kurzformulierung** Eine IPv4-Adresse besteht aus 32 Bit und wird meist in vier Oktetten dargestellt. Die Subnetzmaske oder CIDR-Schreibweise legt fest, welcher Teil der Adresse zum Netzanteil und welcher Teil zum Hostanteil gehört. Aus dem Netzanteil ergibt sich die Netzadresse, aus dem Hostanteil der nutzbare Adressbereich und die Broadcast-Adresse. Die Anzahl der Adressen in einem Subnetz ergibt sich aus 2 hoch Anzahl der Host-Bits. In klassischen IPv4-Subnetzen sind Netzadresse und Broadcast-Adresse nicht für Endgeräte nutzbar. VLANs gehören zu Schicht 2, IP-Subnetze zu Schicht 3, werden in der Praxis aber häufig gemeinsam geplant. --- **Merksätze** IPv4 = 32 Bit. IPv4 besteht aus 4 Oktetten. Ein Oktett = 8 Bit. Ein Oktett geht von 0 bis 255. IP-Adresse + Subnetzmaske = Netzzuordnung. Subnetzmaske trennt Netzanteil und Hostanteil. CIDR zeigt die Anzahl der Netz-Bits. /24 = 24 Bit Netzanteil. Host-Bits = 32 minus CIDR-Präfix. Alle Adressen = 2 hoch Host-Bits. Nutzbare Hosts = alle Adressen minus 2. Netzadresse = Adresse des Netzes. Broadcast-Adresse = letzte Adresse im Subnetz. Hostbereich = nutzbare Geräteadressen. Je größer das Präfix, desto kleiner das Netz. /25 springt in 128er-Schritten. /26 springt in 64er-Schritten. /27 springt in 32er-Schritten. /28 springt in 16er-Schritten. Private IPv4-Adressen sind nicht direkt im Internet geroutet. 169.254.x.x weist oft auf DHCP-Probleme hin. 127.0.0.1 = Loopback. 0.0.0.0/0 = Default Route. VLAN = Schicht 2. IPv4-Subnetz = Schicht 3. Gateway muss im eigenen Subnetz erreichbar sein.