Inhalt

• Was ist ein Netzwerk?
  • Arten von Netzwerken
  • Topologien
  • Netzwerkgeräte
  • Ethernet-Geschwindigkeitsklassen
• Was ist eine IP-Adresse?
• Subnetze
  • Netzwerk-Klassen
  • Netzwerk-Grössen
  • Netzwerk-Bereiche (private & öffentliche IP-Bereiche)
  • Logische Verknüpfungen (Elektrotechnik)
  • Weitere Netzwerkbestandteile (Netzadresse & Broadcast)
• Kommunikation im Netzwerk
• Glossar
• Schlusswort
• Quellen

Was ist ein Netzwerk?

Ein Netzwerk ist ein Zusammenschluss von mehreren PCs und Netzwerkgeräten, welche innerhalb des Netzwerks miteinander kommunizieren können. Unter Kommunikation versteht man den Austausch von Informationen bspw. die Übertragung von Dateien oder den Zugriff auf eine (interne) Website. Die Kommunikation innerhalb des Netzwerks erfolgt über verschiedene Netzwerkprotokolle.

Jedes Gerät, dass eine Netzwerkkommunikation durchführen kann, enthält eine Netzwerkkarte. Hierbei handelt es sich um ein Bauteil, welches physisch vorhanden ist. Die Netzwerkkarte ist das Bauteil, an welchem man das Netzwerkkabel anschliesst. Wenn Geräte kabellos, beispielsweise per WLAN, angebunden werden, besitzen diese ebenfalls eine Netzwerkkarte, nur ist diese in der Regel nicht von aussen sichtbar. Die Netzwerkkarte ist hierbei zuständig für die Übertragung der Netzwerksignale (kabelgebunden oder kabellos). Diese Netzwerkkarte besitzt von Haus eine sogenannte MAC-Adresse. Die Abkürzung MAC steht für "Media Access Control". Hierbei handelt es sich um eine weltweit-einmalige Adresse, welche genau diesem Gerät (Hardware) zugewiesen ist. Da die MAC-Adresse an das Gerät gebunden ist, wird diese auch als physische Adresse oder Hardware-Adresse bezeichnet.

Heutzutage bieten viele Betriebssysteme - vor allem auf mobilen Geräten wie Smartphones - die Möglichkeit, einmalige und zufällige MAC-Adressen anstelle der vom Hersteller fixierten MAC-Adresse zu verwenden und dadurch das Tracking einer Person über verschiedene Netzwerke hinweg einzudämmen (Quelle).

Technisch gesehen besteht eine MAC-Adresse aus 48 Ziffern, welche entweder 0 oder 1 entsprechen. Um die Darstellung und Handhabung von MAC-Adressen zu vereinfachen, werden diese im Alltag in hexadezimaler Schreibweise dargestellt und in sechs Blöcke, bestehend aus jeweils zwei hexadezimalen Ziffern, unterteilt. Das heisst es können die Ziffern 0-9 sowie A-F verwendet werden. Die Blöcke werden in der Regel per Doppelpunkt (:) oder per Bindestrich/Minuszeichen (-) getrennt.

Aufbau einer MAC-Adresse (Beispiel): 0A:1B:2C:3D:4E:5F

Folgende Tabelle zeigt die Umrechnung von Ziffern aus dem Binärsystem, dem Dezimalsystem sowie dem Hexadezimalsystem.

Die obige MAC-Adresse entspricht im Binärsystem folgender Ziffernfolge: 0000 1010 0001 1011 0010 1100 0011 1101 0100 1110 0101 1111

Die ersten drei Blöcke der MAC-Adresse (0A:1B:2C) sind eine eindeutige Kennung des Herstellers der Netzwerkkarte. Die letzten drei Blöcke (3D:4E:5F) sind die Kennung des Gerätes, welche vom Hersteller zugewiesen wird.

Beispielsweise gehören MAC-Adressen mit den ersten drei Blöcken 00:02:B3 zur Intel Corporation (Quelle). Die Herstellerkennungen werden vom IEEE vergeben.

MAC Address Lookup

Find the manufacturer of a device by its MAC address.

MACVendors

Nebst der MAC-Adresse benötigt ein Netzwerkgerät eine IP-Adresse um mit anderen Geräten zu kommunizieren. Mit einer MAC-Adresse lässt sich nur innerhalb des eigenen Netzwerks kommunizieren. Wenn man mit Geräten in anderen Netzwerken kommunizieren möchte, benötigt man eine IP-Adresse. Was eine IP-Adresse ist, wird später erklärt. Zuerst folgen einige weitere Informationen zu Netzwerken im Allgemeinen.

Arten von Netzwerken

Es gibt verschiedene Arten von Netzwerken. Nachfolgende Tabelle listet diese auf:

Üblicherweise trifft man im Alltag vor allem auf die drei Begriffe LAN, WLAN & WAN. Wobei das LAN und WLAN dem selben Zweck - der Vernetzung von Geräten in einem lokalen Netzwerk - dienen.

Topologien

Unter einer Netzwerk-Topologie versteht man den physischen Aufbau eines Netzwerks. Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie man ein Netzwerk aufbauen kann.

Das eigene Heimnetzwerk (Zuhause) ist in der Regel als Sterntopologie aufgebaut. Das bedeutet, dass es einen zentralen Router gibt und alle Netzwerkgeräte verbinden sich direkt mit diesem. Das hat den Vorteil, dass die Geräte unabhängig voneinander sind bzw. nicht auf die Verbindung der anderen Geräte angewiesen sind. Gleichzeitig hat dieser Aufbau den Nachteil, dass bei einem Ausfall des Routers alle Geräte nicht mehr miteinander kommunizieren können.

Eine solche Schwachstelle (Kommunikationsunterbruch, wenn der Router ausfällt) wird auch als SPOF (Single Point of Failure) bezeichnet. In grösseren Netzwerken werden daher oftmals verschiedene Topologien miteinander kombiniert, um dessen Vorteile zu nutzen und die Ausfallsicherheit zu erhöhen.

Netzwerkgeräte

Eine Übersicht über die gängigsten Netzwerk-Geräte:

Ethernet-Geschwindigkeitsklassen

Zur Beschreibung der Netzwerkgeschwindigkeit werden manchmal Bezeichnungen wie Ethernet oder Fast Ethernet verwendet. Folgende Tabelle listet deren Geschwindigkeiten auf.

Umrechung Byte <-> Bit:
1 Byte = 8 Bit
1 MB = 8 Mbit
1 GB = 8 Gbit

Quelle: Wikipedia

Was ist eine IP-Adresse?

Jedes Gerät in einem Netzwerk benötigt eine sogenannte IP-Adresse. Diese wird benötigt um mit anderen Geräten zu kommunizieren (auch über verschiedene Netzwerke hinweg). Im Vergleich zur MAC-Adresse kann man die verwendeten IP-Adressen selbst bestimmen und somit eine eigene Struktur aufbauen. Mehr dazu im nächsten Kapitel zum Thema "Subnetze".

IP steht dabei für Internet Protcol. Vom Internet Protocol gibt es verschiedene Versionen. Heutzutage verwendet man IP-Adressen der Version 4 sowie 6. Diese werden auch als IPv4 (Version 4 des Internet Protokolls) bzw. IPv6 (Version 6 des Internet Protokolls) bezeichnet. Wenn umgangssprachlich von einer IP-Adresse gesprochen wird, spricht man von einer IPv4-Adresse. Die Erklärungen in diesem Beitrag beziehen sich alle auf IPv4-Adressen, welche ich nachfolgend als "IP-Adresse" bezeichne.

Eine IP-Adresse besteht aus 4 Blöcken, welche Oktett genannt werden. Dieser Name kommt davon, dass jedes Oktett aus 8 Bit, also einem Byte besteht. Somit umfasst eine IP-Adresse eine Gesamtlänge von 32 Bit (4 Byte). Üblicherweise werden IP-Adressen mit Dezimalzahlen (Ziffern 0-9) dargestellt und die Oktette mit einem Punkt dazwischen getrennt.

Aufbau IP-Adresse: Oktett.Oktett.Oktett.Oktett
Beispiel IP-Adresse: 192.168.1.10

Eine IP-Adresse lässt sich auch im Binärsystem (Ziffern 0 & 1) darstellen.

Beispiel IP-Adresse mit binärer Schreibweise: 11000000.10101000.00000001.00001010

Jede dieser Nullen und Einsen ist ein Bit (32 Ziffern -> 32 Bit). Wenn man jeweils die Binärzahlen eines Oktetts nimmt und ins Dezimalsystem umrechnet, enthält man die IP-Adresse aus dem ersten Beispiel.

Technisch gesehen, arbeitet der Computer mit Nullen und Einsen (Binärsystem) und braucht die Darstellung als Dezimalzahl mit der Unterteilung der Oktette durch einen Punkt nicht. Diese Darstellung dient vor allem uns Menschen, damit wir einfacher mit IP-Adresse hantieren können.

Damit du später Netzwerke anhand deren IP-Adresse auseinander halten kannst, ist es wichtig, den Aufbau einer IP-Adresse in der binären Schreibeweise zu verstehen. Daher werde ich die Umrechnung nachfolgend genauer erläutern.

Die Umrechnung vom Binärsystem ins Dezimalsystem und umgekehrt erfolgt dabei am einfachsten mittels einer Tabelle. Pro Oktett benötigt man die Spalten 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2 und 1. Dabei handelt es sich um die ersten acht Zweierpotenzen, also das Ergebnis der Rechnung 2^n. Wobei man bei n mit 0 beginnt und bis auf 7 hochzählt.

Beim "Umrechnen" von der Dezimalzahl (0-9) ins Binärsystem (0, 1) beginnt man am einfachsten links und arbeitet sich nach rechts vor. Das Umrechnen basiert dabei auf folgender Fragestellung:

Ist die Zahl X grösser oder gleich gross wie die aktuelle Spalte?
Falls ja -> Binärziffer 1 einsetzen & Rest (X - aktuelle Spalte) merken
Falls nein -> Binärziffer 0 einsetzen & zur nächsten Spalte (nach rechts) gehen

Die Spalte mit der kleinsten Dezimalzahl (1) befindet sich ganz rechts.

Anhand folgender Tabelle wird ersichtlich, wie die Umrechnung der Dezimalzahlen aus der IP-Adresse 192.168.1.10 erfolgen kann.

Somit wird aus der IP-Adresse 192.168.1.10 in binärer Schreibweise 11000000.10101000.00000001.00001010.

Selbiges Spiel lässt sich auch in die andere Richtung (Binär nach Dezimal) durchführen. Dabei beginnt auf einer Seite der Tabelle und füllt die binären Werte in die Tabelle ein.

Anschliessend zählt man die Dezimalzahl der Spalten mit Binärwert 1 zusammen und schon hat man die Dezimalzahl ausgerechnet.

Berechnung anhand obigem Beispiel: 128 + 32 + 8 + 4 = 172

Aufgrund der Tatsache, dass jedes Oktett eine Länge von genau 8 Bit aufweist, kann dessen Dezimalwert die Zahl 255 nicht übersteigen. Dies wird ersichtlich, wenn man in der Umrechnungstabelle alle Binärziffern auf 1 setzt und die Spalten zusammenrechnet.

Somit ist jede IP-Adresse, welche in dezimaler Schreibweise, eine Zahl grösser als 255 enthält ungültig.

Online gibt es diverse Tools, welche zur Umrechnung von IP-Adressen im Dezimalsystem ins Binärsystem und umgekehrt, verwendet werden können.

IT Tools - Handy online tools for developers

Collection of handy online tools for developers, with great UX. IT Tools is a free and open-source collection of handy online tools for developers & people working in IT.

Handy online tools for developers

Subnetze

Eine IP-Adresse allein bringt jedoch nicht viel. Um zu kommunizieren benötigt es mindestens zwei Parteien. Ein Absender und ein Empfänger. Damit diese einander erreichen können, muss man einen Rahmen für das Netzwerk definieren. Das sogenannte Subnetz. Ein Subnetz ist ein Netzwerk mit einer bestimmten Anzahl an IP-Adressen, welche zu diesem Netzwerk gehören.

Eine IP-Adresse besteht, wie auch die MAC-Adresse, aus zwei Teilen. Dem Netzanteil und dem Hostanteil. Anhand diesen Teilen kann erkannt werden, ob sich zwei IP-Adressen im selben Subnetz (Netzwerk) befinden. Der erste Teil (von links) der IP-Adresse ist dabei immer der Netzanteil und der Rest der IP-Adresse (rechter Teil) gehört zum Hostanteil.

Dabei gilt:

• Alle IP-Adressen mit dem selben Netzanteil befinden sich im gleichen Netz.
• IP-Adressen mit unterschiedlichem Netzanteil befinden sich in unterschiedlichen Netzen.
• Die Adresse der am Netzwerk angeschlossenen Geräte befindet sich im Hostanteil. Jedes Gerät hat eine andere Zahl im Hostanteil.

Somit befindet sich die IP-Adresse aus dem Beispiel im selben Netzwerk wie 192.168.1.127 oder 192.168.1.232.

Die IP-Adressen 192.168.1.10 und 172.16.20.10 hingegen befinden sich nicht im selben Subnetz, da sich der Netzanteil unterscheidet. Da hat es auch keinen Einfluss, ob der Hostanteil identisch ist, oder nicht. Einzig und allein der Netzanteil ist ausschlaggebend, ob sich zwei IP-Adressen im selben Netz befinden oder nicht.

Du weisst nun, dass anhand des Netzanteils unterschieden werden kann, ob sich zwei IP-Adressen im gleichen Subnetz befinden oder nicht. Nun muss jedoch noch geklärt werden, wie entschieden wird, was noch zum Netzanteil gehört und wo bereits der Hostanteil beginnt. Dies ist nämlich nicht bei jeder IP-Adresse an der gleichen Stelle. Der Wechsel zwischen Netzanteil zu Hostanteil kann überall in der IP-Adresse erfolgen, sei es zwischen einem Oktett oder irgendwo dazwischen.

Die Länge des Netzanteils wird dabei durch die Subnetzmaske definiert. Hierbei handelt es sich ebenfalls um eine 32-Bit lange, binäre Zeichenfolge. Dabei sind die Bits (Ziffern), welche zum Netzanteil gehören, auf 1 gestellt und die Bits des Hostanteils auf 0.

Beispiel Subnetzmaske (binär): 11111111.11111111.11111111.00000000

Wichtig ist, dass alle auf 1 gestellten Bits aufeinander folgen müssen. Sobald die erste 0 kommt, müssen alle darauf folgenden Bits ebenfalls auf 0 gestellt sein.

Folgenden Subnetzmasken sind entsprechend nicht möglich:

• 11101111.11011011.10000111.01000100
• 10101010.11111111.00000000.10101010
• und ähnliche mit abwechselnden Nullen und Einsen

Die Subnetzmaske kann auch in dezimaler Schreibweise oder in der CIDR-Notation angegeben werden.

Beispiel Subnetzmaske (dezimal): 255.255.255.0

Bei der CIDR-Notation handelt es sich um eine kurze Schreibweise um eine Subnetzmaske gemeinsam mit einer IP-Adresse anzugeben. Dabei ergänzt man die IP-Adresse um einen Slash (Schrägstrich, /) gefolgt von der Anzahl Bits, welche in der Subnetzmaske auf 1 gestellt sind. Dies entspricht im Fall der Subnetzmaske 255.255.255.0 24 Bits, also /24.

Folgende drei Darstellungsweisen beschreiben dieselbe Subnetzmaske:

Um nun anhand der Subnetzmaske zu wissen, welcher Teil der IP-Adresse zum Netzanteil und welcher zum Hostanteil gehört, nimmt man die IP-Adresse und die Subnetzmaske in binärer Schreibweise zur Hand. Diese schreibt man am einfachsten übereinander auf:

Dadurch wird ersichtlich, welche Bits noch zum Netzanteil gehören (alle Bits mit Wert 1) und welche zum Hostanteil (restliche Bits mit Wert 0).

Die Subnetzmaske wird also genutzt, um zu bestimmen wie gross ein Netz ist. Jedes Gerät in einem Netz erhält eine eigene IP-Adresse mit unterschiedlichem Hostanteil. Jede IP-Adresse darf pro Netz nur einmal vergeben werden. Ansonsten entsteht ein IP-Konflikt, was zu Problemen in der Kommunikation führt.

Je grösser der Netzanteil ist, desto mehr verschiedene Netzwerke lassen sich erstellen. Dafür bleibt weniger Raum für IP-Adressen und somit Geräte, welche sich in einem Netzwerk befinden können. Gleiches Prinzip gilt auch umgekehrt. Je grösser der Hostanteil in einem Netz, desto weniger verschiedene Netze lassen sich mit IPv4-Adressen realisieren. Die Länge einer IP-Adresse (32 Bit) bleibt immer gleich, lediglich die Unterteilung zwischen Netzanteil und Hostanteil lässt sich - mit der Subnetzmaske - steuern.

Netzwerk-Klassen

Bevor es die CIDR-Notation gab, wurden für die gängigsten Netzwerkgrössen Klassen definiert, welche anstelle der Angabe einer Subnetzmaske genutzt werden konnten.

Heute wird hauptsächlich die CIDR-Notation verwendet. Trotzdem ist es sinnvoll die drei Klassen A, B und C zu kennen, falls man in älteren Netzen oder Systemen Mal darauf trifft.

Was ist CIDR? – CIDR-Blöcke und Notation erklärt – AWS

Was ist CIDR, wie und warum verwenden Unternehmen Classless Inter-Domain Routing und wie wird CIDR mit AWS verwendet?

Amazon Web Services, Inc.Amazon Web Services

Netzwerk-Grössen

Die Anzahl möglicher IP-Adressen in einem Netzwerk lässt sich leicht ausrechnen, indem man die Bits des Hostanteils nimmt und als Zweierpotenz verwendet. Also in dem man 2^n rechnet und für n die Anzahl Bits des Hostanteils einsetzt.

Bei der Subnetzmaske 255.255.240.0, was der CIDR-Notation /20 entspricht, wären somit maximal 4096 unterschiedliche IP-Adressen möglich (Rechnung: 2^(32-20) = 2^12 = 2*2*2*2*2*2*2*2*2*2*2*2 = 4096).

Wenn man alle möglichen IP-Adressen in einen Topf werfen und ein grosses Netzwerk machen würde, gäbe es total 4'294'967'296 (Rechnung: 2^32) IP-Adressen. Da etwas über 4 Milliarden IP-Adressen jedoch nicht für alle Netzwerkgeräte auf der Welt reichen würden, musste eine Lösung her: Die Verwendung von Subnetzen in Kombination mit privaten und öffentlichen IP-Adressen. Dazu später mehr.

Zudem wäre das Internet überlastet und nur schlecht skalierbar, wenn sich alle Geräte in einem grossen Netzwerk befinden würden. Bei jeder Kommunikation müsste eine grosse Liste mit allen Geräten durchgegangen werden, bis die richtige IP-Adresse gefunden wurde und das Paket verschickt werden kann.

Netzwerk-Bereiche (private & öffentliche IP-Bereiche)

Um zu verhindern das im Internet alltäglich IP-Konflikte entstehen, hat man separate IP-Adressbereiche für private und öffentliche IP-Adressen/Netze festgelegt. Die öffentlichen IP-Adressen werden von einer zentralen Stelle (IANA) kontrolliert und verteilt. IP-Adressen im privaten Adressbereich dürfen beliebig verwendet und vergeben werden. Da diese nicht über das Internet erreichbar sind (es findet kein Routing dieser Adressen statt), ist jeder selbst dafür verantwortlich, dass in den eigenen Netze keine IP-Konflikte entstehen.

Folgende IP-Adressbereiche sind für private (nicht öffentlich zugängliche) Netzwerke vorgesehen:

• Klasse A-Range: 10.0.0.0/8 (10.0.0.0-10.255.255.255)
• Klasse B-Range: 127.16.0.0/12 (172.16.0.0-172.31.255.255)
• Klasse C-Range: 192.168.0.0/16 (192.168.0.0-192.168.255.255)

Dadurch, dass private IP-Adressen nicht über das Internet erreichbar sind, sind diese gut für Heim-/Büronetzwerke geeignet, da die meisten dort angeschlossenen Geräte sowieso nicht aus dem Internet erreichbar sein sollten.

Damit die Netzwerkgeräte in privaten IP-Adressbereichen trotzdem mit dem Internet kommunizieren können, erhält lediglich der Router eine öffentliche IP-Adresse zugewiesen. Der Router ersetzt bei ausgehenden Paketen dann die private IP-Adresse mit seiner öffentlichen IP-Adresse und ermöglicht somit eine Kommunikation mit dem Internet. Dieser Prozess wird auch als NAT (Network Address Translation) bezeichnet.

Nebst den privaten IP-Adressbereichen gibt es noch weitere Adressbereiche, welche keinen Geräte zugewiesen dürfen.

Der Netzwerkbereich 100.64.0.0/10 (100.64.0.0-100.127.255.255) ist für die Verwendung durch Internet-Anbieter vorgesehen.

Der Bereich 224.0.0.0/4 (224.0.0.0-239.255.255.255) ist für Multicast-Übertragungen reserviert. Diese ermöglichen einen effizienten Versand von Paketen an mehrere Empfänger.

Wenn Geräten keine IP-Adresse zugewiesen wird, können diese automatisch ein IP-Adresse aus dem Bereich 169.254.0.0/16 (169.254.0.0-169.254.255.255) verwenden (APIPA: Automatic Private IP Addressing).

Die IP-Adresse 127.0.0.1 beschreibt das sogenannte Loopback-Interface und bezieht sich immer auf die eigene Netzwerkkarte. Die Adresse wird auch als localhost bezeichnet. Wenn man versucht 127.0.0.1 zu erreichen, greift man auf die eigene Netzwerkkarte zu.

Quellen: Wikipedia Loopback, Wikipedia Multicast, Wikipedia private IP-Bereiche

Logische Verknüpfungen (Elektrotechnik)

Mit Binärzahlen lässt sich rechnen. Hierfür benötigt man logische Verknüpfungen bzw. Funktionen, welche aus der Elektrotechnik kommen. Zur Durchführung von logischen Verknüpfungen werden Operatoren wie AND, OR oder XOR verwendet. Die Ergebnisse dieser Funktionen lassen sich in einer Wahrheitstabelle darstellen. Diese enthält alle Variablen sowie das Ergebnis der Funktion.

Operator: AND (∧)

Der AND-Operator ist wahr (1), wenn alle Werte wahr sind. Er wird als ∧ dargestellt.

Operator: OR (∨)

Der OR-Operator ist wahr, wenn mindestens ein Wert wahr ist. Er wird als ∨ dargestellt.

Operator: XOR (⊻)

Der XOR-Operator ist wahr, wenn genau einer der beiden Werte wahr und der andere falsch ist. Er wird als ⊻ dargestellt.

Wahrheitstabelle | daug.de

Ein kleiner Logikrechner, um deine aussagenlogische Formel in einer Wahrheitstabelle darzustellen. Viel Spaß 😃 | daug.de

daug.de

Quellen: Elektronik Kompendium, elektroniktutor.de

Weitere Netzwerkbestandteile (Netzadresse & Broadcast)

Nebst der Subnetzmaske gibt es in jedem Netzwerk noch zwei weitere, essentielle Adressen:

• Netzadresse
• Broadcastadressse

Die Netzadresse entspricht immer der ersten, möglichen IP-Adresse eines Subnetzes. Die Netzadresse ist für das Netzwerk reserviert und kann keinem Gerät zugewiesen werden. Die Netzadresse wird zur Bezeichnung des Netzwerks genutzt.

Die Netzadresse ergibt sich, wenn man eine logische UND-Verknüpfung zwischen einer beliebigen IP-Adresse des Netzes sowie der zugehörigen Subnetzmaske durchführt. Wenn man alle Bits, welche in der IP-Adresse sowie in der Subnetzmaske auf 1 gestellt sind, beibehält und die restlichen Bits auf 0 stellt, erhält man die Netzadresse. Dasselbe Ergebnis erzielt man, wenn man alle Bits des Hostanteils auf 0 stellt. Im Folgenden wird dieses Vorgehen anhand der IP-Adresse 192.168.1.100/24 ersichtlich.

Somit ergibt sich die Netzadresse 192.168.1.0.

Die Broadcastadresse entspricht immer der letzten, möglichen IP-Adresse in einem Netzwerkbereich. Sie wird genutzt, wenn ein Paket an alle Geräte im Netzwerk geschickt werden soll. Daher auch der Name "Broadcast", was aus dem Englischen "to broadcast" - einem Rundruf bzw. einer Ausstrahlung - kommt. Im Fall des vorherigen Beispiels (192.168.1.100/24) ist die Broadcastadresse 192.168.1.255.

Auch bei MAC-Adressen gibt es eine Broadcast-Adresse. Diese ist statisch (immer gleich) und entspricht FF:FF:FF:FF:FF:FF.

Die Broadcastadresse lässt sich ausrechnen, in dem man alle Bits des Hostanteils auf 1 stellt.

Diese beiden Adressen gilt es bei der Planung der verfügbaren IP-Adressen zu berücksichtigen. Um also zu wissen, wie viele IP-Adressen tatsächlich zur freien Verwendung zur Verfügung stehen, muss man zwei IP-Adressen von der Gesamtzahl Adressen abziehen. Somit ergibt sich die Formel (2^n) - 2 zur Berechnung der frei verfügbaren IP-Adressen eines Netzwerks.

Kommunikation im Netzwerk

Die Kommunikation zwischen Geräten in einem Netzwerk, erfolgt mittels Netzwerkpaketen (auch als Ethernet Frame bezeichnet). Ein Netzwerkpaket enthält Angaben zum Absender und Empfänger des Pakets, die Nutzdaten (eigentliche Daten, welche übertragen werden sollen) und Prüfsummen zur Gewährleistung der korrekten Übertragung.

Mittels der MAC-Adresse (Angabe im Ethernet-Frame) allein, lässt sich nur innerhalb eines physikalischen Netzwerks kommunizieren. Da die Kommunikation in der Regel über logische Netzwerke (IP) erfolgt, wird zur Adressierung des Empfängers zusätzlich die Ziel-IP-Adresse benötigt. Damit der Absender eine Rückmeldung erhalten kann, wird zudem seine eigene IP-Adresse angehängt. Wenn das Zielgerät im selben Netzwerk wie der Absender ist, wird das Paket direkt an die Ziel-IP-Adresse geschickt.

Wenn der Empfänger in einem anderen Netzwerk ist - was der Absender anhand der Subnetzmaske herausfinden kann (siehe oben) - wird das Netzwerkpaket an den Router geschickt, welcher dann für die Weiterleitung des Pakets an den Empfänger zuständig ist. Dieser ersetzt beim Weiterleiten des Pakets die Quell-MAC-Adresse davon mit seiner eigenen und leitet das Paket anschliessend weiter.

Somit werden für eine funktionierende Netzwerkkommunikation sowohl MAC-Adressen (physikalische Adressierung) als auch IP-Adressen (logische Adressierung) benötigt. Die MAC-Adresse bleibt dabei im physischen Netzwerk und verlässt dieses nicht. Sie wird bspw. von Switches, welche anhand der MAC-Adresse die Pakete weiterleiten, genutzt.

Merke: Wenn sich sowohl Absender und Empfänger im selben Netzwerk befinden, können diese direkt miteinander kommunizieren. Hierzu wird kein Router benötigt. Ein Router wird erst benötigt, wenn die Kommunikation über das eigene Netzwerk hinaus erfolgen soll.

Damit die Netzwerkgeräte jedoch überhaupt Pakete an den Router senden können, müssen diese zuerst wissen, welche IP-Adresse der Router hat. Die IP-Adresse des Routers wird normalerweise gemeinsam mit der IP-Adresse des Netzwerkgeräts selbst konfiguriert und ist somit auf dem Gerät hinterlegt. Das entsprechende Feld/Option wird üblicherweise als "Standard Gateway" oder "Default Gateway" bezeichnet. Die Netzwerkkonfiguration kann auch automatisch über das Protokoll "DHCP" erfolgen. In diesem Fall erhalten die Geräte automatisch eine IP-Adresse inkl. der zugehörigen Angaben (Subnetzmaske & Standard Gateway), ohne dass man manuell auf den Geräten etwas machen muss.

Glossar

Eine Sammlung diverser Begriffe im Zusammenhang mit Netzwerken und deren Bedeutung.

Schlusswort

Mit diesem Artikel habe ich versucht, die Netzwerkgrundlagen im Bereich IPv4 sowie Netzwerke im Allgemeinen so einfach wie möglich zu erklären. Ich hoffe, der Artikel konnte dir helfen ein grundlegendes Verständnis für Netzwerke aufzubauen. Wenn du noch Fragen hast, einen Fehler findest oder der Meinung bist, einige Punkte könnten noch besser erklärt werden, schreib gerne einen Kommentar unter diesen Beitrag. Ich freue mich von dir zu lesen.

Quellen

Zusätzlich zu den bereits im Artikel verlinkten Websites, wurden folgende Quellen zur Erstellung dieses Beitrags genutzt:

• Persönliche Erfahrung / Wissen aus Ausbildung
• Hexadezimalsystem - Wikipedia
• MAC-Adresse - Wikipedia
• Was ist eine MAC-Adresse und wie findet man sie? | NordVPN
• IP-Adressen für Anfänger erklärt - einfache-internetseiten.de
• Lichtwellenleiter - Wikipedia
• Was ist und wie funktioniert Subnetting? - ScaleUp Technologies
• IPv4-Adressen - Elektronik Kompendium