Grundlagen der Internetkommunikation

IPv4, IPv6, DNS, Subnetz & Co. – Was Sie über IP-Adressen wissen müssen
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Ohne IP-Adressen wird der Zugriff auf das Internet schwierig. Wer sich schon immer gefragt hat, wie eine IP-Adresse eigentlich funktioniert, was DNS und DHCP machen und was der Unterschied zwischen IPv4 und IPv6 ist, für den haben wir die Basics zusammengefasst.

Die IP-Adresse hat den Zweck, ein Gerät innerhalb eines Netzwerks eindeutig zu identifizieren. IP steht für Internet Protocol und ist zusammen mit TCP (Transmission Control Protocol) ein maßgeblicher Standard für die gesamte Internetkommunikation.
Ähnlich der Wohnadresse auf einem Briefkuvert wird mit der IP-Adresse die Zustellung von Datenpaketen an einen bestimmten Empfänger möglich. Derzeit sind zwei verschiedene IP-Versionen in Verwendung.

Schon seit 1983 kommen hauptsächlich 32-Bit-Adressen nach IPv4 (Internet Protocol Version 4) zum Einsatz. Der leichteren Lesbarkeit halber werden sie nicht als 32-stellige Binärzahl, sondern mit Hilfe von vier Zahlenblöcken zwischen 0 und 255 dargestellt. Ein Beispiel: 192.168.0.1 ist die standardmäßig vorkonfigurierte Adresse vieler Router im privaten Heimgebrauch. Dank der fortschreitenden Digitalisierung stößt das Protokoll IPv4 langsam an seine Kapazitätsgrenzen. Deshalb gibt es schon seit Jahren Bemühungen, es durch das neuere IPv6 mit 128 Bit abzulösen. Dazu später mehr.

Schlüsselbegriffe: DNS, Subnetz, DHCP

DNS – Domain Name System

Rein theoretisch kann zwar die IP-Adresse selbst verwendet werden, um eine bestimmte Seite aufzurufen, eine Zahlenkombination in solcher Länge ist allerdings schlecht zu merken. Deswegen verfügt jede Adresse über eine leichter zu handhabende Domain.
Das DNS ist die Vermittlungsstelle zwischen den beiden Bezeichnungen. Es löst die Anfrage des Nutzers nach einer bestimmten Domain in die entsprechende IP-Adresse auf. Den Prozess der Namensauflösung führt ein DNS-Server aus, der im Normalfall vom Internet-Provider vorgegeben wird. Es ist jedoch möglich, einen anderen DNS-Server zu nutzen. Taucht bei Ihnen beispielsweise die Fehlermeldung „DNS-Server antwortet nicht“ auf, kann eine Lösungsmöglichkeit sein, den gerade nicht erreichbaren DNS-Server zu wechseln.

Subnetz und Subnetzmaske

Das Subnetz ist ein kleinerer Teil eines zusammenhängenden IP-Adressraums. Es strukturiert und segmentiert also das gesamte Netzwerk. Pro Netz bzw. Subnetz ist meist ein Router, der für die Datenübertragung in andere Netze verantwortlich ist und wird auch „Default Gateway“ genannt wird. Die Subnetzmaske trennt eine IP-Adresse in ihren Netz- und Hostanteil. Diese Trennung erfolgt zur Bestimmung, ob ein Datenpaket lokal zugestellt oder an den Router zur Weitergabe gesendet wird. Wenn der Netzanteil von Quell- und Zieladresse gleich ist, handelt es sich um ein lokales Paket. Der Hostanteil ist anschließend für jedes Gerät individuell.

Das Kommunikationsprotokoll DHCP

Das Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) verteilt automatisch komplette IP-Konfigurationen an Clients. Folgende Einstellungen werden meist getätigt, wobei noch weitaus mehr möglich ist:

• Vergabe einer eindeutigen IP-Adresse.
• Zuweisung der Subnetzmaske.
• Zuweisung des Default Gateways.
• Bestimmung des zuständigen DNS-Servers.

Theoretisch können diese Schritte auch händisch erfolgen, das nimmt jedoch viel Zeit in Anspruch und ist noch dazu fehleranfällig. Bei großen Netzbetreibern ist eine Automatisierung besonders sinnvoll, aber nicht nur dort. Bei vielen Routern im Heimgebrauch ist ein DHCP-Server beim Kauf schon standardmäßig vorkonfiguriert und vereinfacht dem Anwender die Erstverbindung zum Internet.

Öffentliche oder private IP-Adresse – Was ist der Unterschied?

Die öffentliche oder externe IP-Adresse ist für jeden über das Internet erreichbar. Sobald ein Gerät Daten über den Router verschicken möchte, vergibt dieser eine weltweit eindeutige, öffentliche Adresse. Für die Kommunikation innerhalb des eigenen Netzwerks ist eine private Adresse ausreichend, die für externe Nutzer nicht sichtbar ist. Diese kann innerhalb eines bestimmten Adressbereichs frei vergeben werden. Um nach außen hin zu kommunizieren, muss sie erst via NAT (Network Address Translation) oder PAT (Port and Address Translation) in eine öffentlich gültige IP-Adresse umgewandelt werden. NAT wandelt dabei meist nur eine Adresse um, während PAT mehrere private in eine öffentliche Adresse zusammenfasst. Diese Einzigartigkeit der öffentlichen IP-Adresse stellt Netzbetreiber seit Jahren vor eine Herausforderung, da bereits 2011 die letzten freien IPv4-Adressblöcke vergeben wurden.

Das Problem mit IPv4

IPv4 ist zwar praktisch, aber leider nicht mehr zeitgemäß. Das Problem? Gerundet sind damit etwa 4,3 Milliarden einzigartige Adressen möglich. Auf den ersten Blick mag das recht viel erscheinen. Mit der zunehmenden Digitalisierung erhalten allerdings immer mehr Geräte eine Netzwerkanbindung. Ein kleiner Selbsttest dazu: Wie viele vernetzte Geräte haben Sie inzwischen zuhause? Von PC und Smartphone über den smarten Staubsauger bis hin zur Waschmaschine will heute jedes Gerät ein Teil des Internet of Things sein.

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Was IPv6 besser macht

Um der Adressenknappheit von IPv4 entgegenzuwirken, wurde bereits in den 90er-Jahren IPv6 vorgestellt. Falls Sie sich an dieser Stelle wundern: IPv5 wurde nicht einfach übersprungen, dabei handelte es sich um ein rein experimentelles Protokoll, dass nie öffentlich eingesetzt wurde. Da IPv6 zur Speicherung der Adressen 128 statt 32 Bit verwendet, sind damit beeindruckende 340 Sextillionen IP-Adressen möglich. Ein Blick auf die ausgeschriebene Zahl lässt das Ausmaß noch deutlicher werden:

340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456.

Die Darstellung mithilfe von Dezimalzahlen wäre unübersichtlich, deswegen werden IPv6-Adressen mit hexadezimaler Schreibweise angegeben. Jeweils zwei Oktette werden in einem Block angezeigt und jeder Block durch einen Doppelpunkt getrennt, wie im folgenden Beispiel:

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7344.

Wenn IPv6 einen so viel größeren Bereich abdeckt, warum wird es dann noch nicht flächendeckend eingesetzt? Das liegt hauptsächlich daran, dass viele Geräte das Protokoll noch gar nicht unterstützen. Zudem bedeutet der Umstieg von IPv4 auf IPv6 einen erheblichen Mehraufwand für die Netzbetreiber, weswegen derzeit parallel und mit Notbehelfen gearbeitet wird.

Wie hilft man sich in der Zwischenzeit? Einerseits unterstützten dynamische IP-Adressen dabei, öffentliche Adressen zu sparen. Damit wird einem Gerät nur dann eine Adresse zugewiesen, wenn es auch tatsächlich kommuniziert. Für Geräte, die eine ständige Verbindung fordern, wie es immer mehr der Fall ist, bringt dieses Vorgehen leider nicht mehr viel. Andererseits wird ein großer Teil der Adressen freigehalten, indem via PAT alle IP-Adressen eines privaten Netzwerks unter einer einzigen öffentlichen Adresse zusammengefasst werden. So können Adressen aus dem privaten Bereich millionenfach verwendet werden, ohne sich zu überschneiden. Beide Maßnahmen helfen nur mehr bedingt, da die Zahl der Geräte ständig weiter steigt. Die einzige langfristige Lösung ist der Umstieg auf IPv6.

Nice to know: Wer vergibt eigentlich IP-Adressen und fallen sie unter den Datenschutz?

Wer ist zuständig? Für die Zuweisung von IP-Adressen ist die Institution IANA (Internet Assigned Numbers Authority) als Teil der Non-Profit-Organisation ICANN mit Sitz in Los Angeles zuständig. Sie verteilt IP-Adressblöcke an die fünf weltweit verteilten Regional Internet Registries, welche die Weitervergabe regeln.

IP-Adressen und die DSGVO

IP-Adressen sind in der DSGVO geregelt, da sie laut EuGH zu den personenbezogenen Daten zählen. Eine Website darf die IP-Adresse also nur speichern, wenn berechtigtes Interesse des Webseitenbetreibers besteht oder sie für die Funktionalität der Seite zwingend notwendig ist.

Fazit

IPv4 und IPv6 sind die Schlüsselbegriffe, wenn man sich mit IP-Adressen beschäftigt. Immer mehr smarte Geräte mit Netzwerkanbindung bereiten dem alteingesessenen IPv4 so manche Probleme, die Kapazität ist längst ausgeschöpft. Obwohl das „neue“ Protokoll IPv6 schon gar nicht mehr so neu ist – wurde es doch bereits in den 90er-Jahren eingeführt – zieren sich Unternehmen und Provider immer noch, endlich die vollständige Umstellung anzugehen. Es ist wohl nur mehr eine Frage der Zeit: Die Zukunft wird den 340 Sextillionen Adressen von IPv6 gehören.

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