Grundlagen der TCP/IP-Adressierung und Erstellung von Teilnetzen

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Dieser Artikel ist eine Übersetzung des folgenden englischsprachigen Artikels der Microsoft Knowledge Base:
164015 Understanding TCP/IP Addressing and Subnetting Basics
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Zusammenfassung

Wenn Sie das TCP/IP-Protokoll auf einem Microsoft Windows-Computer konfigurieren, werden eine IP-Adresse, die Subnet Mask und in der Regel auch ein Standard-Gateway benötigt.

Wenn Sie TCP/IP richtig konfigurieren möchten, müssen Sie verstehen, wie TCP/IP-Netzwerke adressiert werden und wie Netzwerke und Teilnetze festgelegt werden. Dieser Artikel soll als allgemeine Einführung in die Grundlagen von IP-Netzwerken und Teilnetzen dienen. Am Ende des Artikels finden Sie ein entsprechendes Glossar.

Weitere Informationen

Der Erfolg von TCP/IP als Netzwerkprotokoll des Internets beruht hauptsächlich auf seiner Fähigkeit, Netzwerke unterschiedlicher Größe und Systeme unterschiedlichen Typs miteinander zu verbinden.

TCP/IP-Netzwerke werden in der Regel in drei Klassen mit vordefinierten Größen unterteilt, können aber von Systemadministratoren je nach Anforderung in kleinere Teilnetze aufgespalten werden. Wichtigstes Merkmal ist die IP-Adresse, die aus zwei Abschnitten besteht. In einem Abschnitt wird der Host(computer) angegeben, im anderen das Netzwerk, zu dem der Computer gehört. Eine Subnet Mask wird dazu verwendet, die beiden Abschnitte zu unterscheiden.

Wenn Sie die Funktionsweise von IP-Adressen und Subnet Masks besser verstehen möchten, sehen Sie sich eine IP-Adresse (IP - Internet Protocol) genauer an und achten Sie auf ihren Aufbau.

IP-Adressen

Eine IP-Adresse ist eine 32-Bit-Zahl, die eindeutig einen Host (Computer oder anderes Gerät, wie z.B. Drucker oder Router) in einem TCP/IP-Netzwerk kennzeichnet. Eine gültige IP-Adresse wäre z.B. "110000000101000111101110000100". Diese Zahl ist recht unübersichtlich, deshalb wird sie in vier Teile mit jeweils acht binären Ziffern unterteilt. Diese Einheiten von jeweils acht Bit werden als Oktett bezeichnet und durch einen Punkt getrennt. Aus der oben genannten IP-Adresse wird dann "11000000.10101000.01111011.10000100".

In der Regel werden IP-Adressen jedoch im dezimalen Format angegeben. Dazu wird jedes Oktett für sich in eine Dezimalzahl umgewandelt:
   Oktett      Binär            Dezimal
   ------------------------------------
   1           11000000         192
   2           10101000         168
   3           01111011         123
   4           10000100         132
So erhält man die Schreibweise "192.168.123.132".

Wenn Sie wissen möchten, wie Subnet Masks verwendet werden, um zwischen Hosts, Netzwerken und Teilnetzen zu unterscheiden, müssen Sie eine IP-Adresse in binärer Notierung betrachten.

Netzwerke und Hosts

Wenn ein TCP/IP-WAN (WAN - Wide Area Network) effektiv als Verbund mehrerer Netzwerke funktionieren soll, brauchen die Router, die Datenpakete zwischen Netzwerken weiterreichen, nicht den genauen Standort eines Hosts zu kennen, an den das Datenpaket adressiert ist. Die Router kennen nur das Netzwerk, in dem sich der Host befindet. Sie verwenden die Informationen, die in ihren Leitwegtabellen gespeichert sind, um festzustellen, wie das Paket zum Netzwerk des Zielhosts transportiert wird. Wenn das Paket im Zielnetzwerk abgegeben wird, wird das Paket an den entsprechenden Host weitergeleitet.

Damit diese Vorgänge funktionieren, verfügt eine IP-Adresse über zwei Abschnitte. Der erste Abschnitt der IP-Adresse wird als Netzwerkadresse verwendet, der zweite ist die Hostadresse. Wenn Sie das obige Beispiel "192.168.123.132" in diese beiden Abschnitte trennen, erhalten Sie folgendes Resultat:
   192.168.123.    Netzwerk
              .132 Host
-oder-
   192.168.123.0 - Netzwerkadresse
   0.0.0.132     - Hostadresse
Subnet Mask

Das zweite Element, das für das Funktionieren von TCP/IP erforderlich ist, ist die Subnet Mask. Die Subnet Mask wird vom TCP/IP-Protokoll verwendet, um festzustellen, ob sich ein Host auf dem lokalen Teilnetz oder auf einem Remote-Netzwerk befindet.

In TCP/IP ist nicht festgelegt, welche Teile der IP-Adresse als Netzwerk- und Hostadresse verwendet werden. Deshalb können Sie die Netzwerk- und Hostadresse nur dann ermitteln, wenn Sie über weitere Informationen verfügen. Diese Informationen werden in einer weiteren 32-Bit-Zahl, der sogenannten Subnet Mask, geliefert. In diesem Beispiel lautet die Subnet Mask "255.255.255.0". "255" entspricht in binärer Schreibweise "11111111". Dementsprechend lautet die Subnet Mask:
   11111111.11111111.11111111.0000000
Werden die IP-Adresse und die Subnet Mask untereinander gestellt, dann können die Abschnitte, die das Netzwerk und den Host betreffen, unterschieden werden:
   11000000.10101000.01111011.10000100 -- IP-Adresse (192.168.123.132)
   11111111.11111111.11111111.00000000 -- Subnet Mask (255.255.255.0)
Die ersten 24 Bit (die Einsen in der Subnet Mask) geben die Netzwerkadresse an, die letzten 8 Bit (die Nullen in der Subnet Mask) geben die Hostadresse an. Daraus folgt:
   11000000.10101000.01111011.00000000 -- Netzwerkadresse (192.168.123.0)
   00000000.00000000.00000000.10000100 -- Hostadresse (0.0.0.132)
Sie wissen jetzt, dass in diesem Beispiel mit der Subnet Mask "255.255.255.0" die Netzwerk-ID "192.168.123.0" und die Hostadresse "0.0.0.132" lautet. Wenn ein Paket in dem Teilnetz "192.168.123.0" eingeht (vom lokalen Teilnetz oder einem Remote-Netzwerk), und seine Zieladresse "192.168.123.132" lautet, dann empfängt Ihr Computer das Paket vom Netzwerk und verarbeitet es.

Die Subnet Mask aus dem Beispiel verwendet genau 3 Oktette für die Netzwerkadresse und 1 Oktett für die Hostadresse. Einige weitere, häufig verwendete Subnet Masks sind:
   Dezimal                 Binär
   255.255.255.192         1111111.11111111.1111111.11000000
   255.255.255.224         1111111.11111111.1111111.11100000
Sie haben ein gemischtes Oktett. Internet RFC 1878 (erhältlich unter http://www.rfc.net) beschreibt die gültigen Teilnetze und Subnet Masks, die auf TCP/IP-Netzwerken verwendet werden können.

Netzwerkklassen

Internetadressen werden von der InterNIC (http://www.internic.net) zugewiesen, einer Organisation, die das Internet verwaltet. Diese IP-Adressen werden in Klassen unterteilt. Die häufigsten dieser Klassen sind die Klassen A, B und C. Es gibt auch die Klassen D und E, diese werden jedoch von Benutzern in der Regel nicht verwendet. Jede der Adressenklassen hat eine andere Subnet Mask. Sie können die Klasse einer IP-Adresse bestimmen, indem Sie das erste Oktett betrachten. Im Folgenden sind die Bereiche von Internetadressen der Klassen A, B und C jeweils mit einer Beispieladresse beschrieben:
  • Netzwerke der Klasse A verwenden die Standard-Subnet Mask "255.0.0.0", sie haben 1-126 als erstes Oktett. Die Adresse "10.52.36.11" ist eine Adresse der Klasse A. Das erste Oktett ist 10, das in der Bereich 1 bis 126 (einschließlich) fällt.
  • Netzwerke der Klasse B verwenden die Standard-Subnet Mask "255.255.0.0", sie haben 128-191 als erstes Oktett. Die Adresse "172.16.52.63" ist eine Adresse der Klasse B. Das erste Oktett ist 172, das in den Bereich 128 bis 191 (einschließlich) fällt.
  • Netzwerke der Klasse C verwenden die Standard-Subnet Mask "255.255.255.0", sie haben 192-223 als erstes Oktett. Die Adresse "192.168.123.132" ist eine Adresse der Klasse C. Das erste Oktett ist 192, das in den Bereich 192 bis 223 (einschließlich) fällt.
Teilnetze

In einigen Szenarios entsprechen die Standardwerte für Subnet Masks nicht den Anforderungen des Unternehmens. Ursache dafür kann kann die physikalische Topologie des Netzwerks sein, es ist aber auch möglich, dass die benötigte Anzahl der Netzwerke (oder Hosts) eine andere Lösung erfordert. Im folgenden Abschnitt wird erläutert, wie Netzwerke mit Hilfe von Subnet Masks unterteilt werden können.

Ein TCP/IP-Netzwerk der Klasse A, B oder C kann vom Systemadministrator weiter unterteilt oder in Teilnetze aufgespalten werden. Dies wird erforderlich, wenn Sie das logische Adressschema des Internets (die abstrakte Welt von IP-Adressen und Teilnetzen) mit den physikalischen Netzwerken in Einklang bringen müssen, die in der realen Welt eingesetzt werden.

Beispiel:

Sie haben ein WAN (WAN - Wide Area Network) mit 150 Hosts auf drei Netzwerken in unterschiedlichen Städten, die über einen TCP/IP-Router untereinander verbunden sind. Jedes dieser drei Netzwerke hat 50 Hosts. Ihnen wird das Netzwerk der Klasse C "192.168.123.0" zugeordnet (diese Adresse stammt aus einem Bereich, der im Internet nicht vorkommt). Das bedeutet, dass Sie für die 150 Hosts die Adressen "192.168.123.1" bis "192.168.123.254" einsetzen können.

Die beiden Adressen "192.168.123.0" und "192.168.123.255" können nicht verwendet werden. Der Grund dafür ist, dass binäre Adressen mit einem Hostabschnitt, der nur aus Einsen oder Nullen besteht, ungültig sind. Die Nulladresse ist ungültig, da sie gebraucht wird, um ein Netzwerk zu kennzeichnen, ohne dass ein Host angegeben wird. Die Adresse 255 (in binärer Schreibweise Einsen) wird verwendet, um eine Nachricht per Rundsendung an jeden Host in einem Netzwerk zu senden. Denken Sie also daran, dass Sie einem Host nicht die erste und letzte Adresse in einem Netzwerk oder Teilnetz zuweisen können.

Sie sollten jetzt in der Lage sein, 254 Hosts IP-Adressen zuzuweisen. Das ist kein Problem, wenn sich alle 150 Computer in einem Netzwerk befinden. In diesem Fall sind jedoch die 150 Computer über drei physikalisch voneinander getrennte Netzwerke verteilt. Sie brauchen nun aber nicht weitere Adressblöcke für jedes Netzwerk anzufordern. Sie können vielmehr Ihr Netzwerk in Teilnetze unterteilen, die es Ihnen ermöglichen, einen Adressblock für mehrere physikalische Netzwerke zu verwenden.

In diesem Fall teilen Sie Ihr Netzwerk in vier Teilnetze. Dazu verwenden sie eine Subnet Mask, mit der die Netzwerkadressen erweitert werden und der mögliche Bereich von Hostadressen verkleinert wird. In anderen Worten "leihen" Sie sich einige der Bits aus, die normalerweise für die Hostadresse verwendet werden, und verwenden diese für den Netzwerkabschnitt der Adresse.

Die Subnet Mask "255.255.255.192" ermöglicht vier Netzwerke mit jeweils 62 Hosts. Das funktioniert, da "255.255.255.192" in binärer Schreibweise "1111111.11111111.1111111.11000000" entspricht. Die ersten beiden Ziffern des letzten Oktetts werden Netzwerkadressen, damit erhalten Sie die zusätzlichen Netzwerke:
   00000000 (0)
   01000000 (64)
   10000000 (128)
   11000000 (192)
In diesen vier Netzwerken können die letzten 6 binären Ziffern als Hostadresse verwendet werden.

Hinweis: Einige Administratoren verwenden nur zwei der Teilnetze mit "255.255.255.192" als Subnet Mask. Weitere Informationen dazu finden Sie in RFC 950 und RFC 1878.

Wenn die Subnet Mask "255.255.255.192" verwendet wird, entstehen also aus einem Netzwerk mit der Adresse "192.168.123.0" vier Netzwerke mit den Adressen "192.168.123.0", "192.168.123.64", "192.168.123.128" und "192.168.123.192". Folgende Adressen sind gültige Hostadressen für diese vier Netzwerke:
   192.168.123.1-62
   192.168.123.65-126
   192.168.123.129-190
   192.168.123.193-254
Denken Sie daran, dass binäre Hostadressen, die nur Nullen oder Einsen umfassen, ungültig sind. Sie können also keine Adressen verwenden, deren letztes Oktett 0, 63, 64, 127, 128, 191, 192 oder 255 ist.

Die Funktionsweise der vier Teilnetze kann anhand der beiden Hostadressen "192.168.123.71" und "192.168.123.133" erläutert werden. Wenn Sie die Subnet Mask "255.255.255.0" der Klasse C verwenden, befinden sich beide Adressen auf dem Netzwerk "192.168.123.0". Wenn Sie jedoch als Subnet Mask "255.255.255.192" definieren, sind die Hostadressen auf unterschiedlichen Netzwerken: "192.168.123.71" befindet sich auf Netzwerk "192.168.123.64", "192.168.123.133" befindet sich auf Netzwerk "192.168.123.128".

Standard-Gateways

Wenn ein TCP/IP-Computer mit einem Host auf einem anderen Netzwerk kommunizieren muss, erfolgt dies in der Regel über einen sogenannten Router. In TCP/IP wird ein Router als Standard-Gateway bezeichnet. In diesem Abschnitt wird erläutert, wie TCP/IP feststellt, ob Pakete direkt ins Netz oder an das Standard-Gateway gesendet werden müssen, um ihr Ziel zu erreichen.

Wenn ein Host versucht, über TCP/IP mit einem anderen Gerät zu kommunizieren, vergleicht er die definierte Subnet Mask und die Ziel IP-Adresse mit der eigenen Subnet Mask und IP-Adresse. Aus dem Ergebnis dieses Vergleichs kann der Computer feststellen, ob es sich bei dem Ziel um einen lokalen oder Remote-Host handelt.

Wenn aus dem Ergebnis dieses Vorgangs hervorgeht, dass das Ziel ein lokaler Host ist, dann sendet der Computer das Paket einfach auf das lokale Teilnetz. Wenn festgestellt wird, dass das Ziel ein Remote-Host ist, dann leitet der Computer das Paket an das Standard-Gateway weiter, das in den TCP/IP-Eigenschaften definiert ist. Daraufhin leitet der Router das Paket an das richtige Teilnetz weiter.

Problembehandlung

TCP/IP-Netzwerkprobleme werden oft durch Fehler bei der Konfiguration der drei wichtigsten Einträge in die TCP/IP-Eigenschaften eines Computers verursacht. Wenn Sie verstehen, wie der Netzwerkbetrieb durch Fehler in der TCP/IP-Konfiguration beeinträchtigt wird, können Sie viele, häufig auftretende TCP/IP-Probleme beheben.

Fehler bei der Subnet Mask: Wenn ein Netzwerk für seine Adressenklasse nicht die Standard-Subnet Mask verwendet, ein Client aber immer noch mit der Standard-Subnet Mask für die Adressenklasse konfiguriert ist, dann schlägt die Kommunikation mit einigen nahen Netzen fehl, mit weiter entfernten Netzen allerdings nicht. Beispiel: Wenn Sie vier Teilnetze erstellen (wie im obigen Beispiel im Abschnitt "Teilnetze") und in der TCP/IP-Konfiguration die falsche Subnet Mask "255.255.255.0" definieren, dann können Hosts nicht feststellen, dass sich einige Computer auf anderen Teilnetzen befinden. In diesem Fall werden Pakete, die an Hosts adressiert sind, die sich auf anderen physikalischen Netzwerken befinden, die zu der gleichen Adresse der Klasse C gehören, nicht an das Standard-Gateway weitergeleitet. Ein häufiges Symptom dieses Fehlers ist, dass Computer mit Hosts auf dem lokalen Netzwerk und mit Remote-Netzwerken kommunizieren können, jedoch nicht mit nahen Hosts, die eine Adresse der gleichen Klasse A, B oder C haben. Sie beheben das Problem, indem Sie für die TCP/IP-Konfiguration des Hosts einfach die richtige Subnet Mask angeben.

Fehler in der IP-Adresse: Wenn Sie Computer mit IP-Adressen, die zu unterschiedlichen Teilnetzen gehören, in ein lokales Netzwerk einbinden, können diese nicht miteinander kommunizieren. Sie versuchen, Pakete über einen Router auszutauschen, der nicht in der Lage ist, diese Pakete richtig weiterzuleiten. Ein Symptom dieses Problems besteht darin, dass ein Computer mit Hosts auf Remote-Netzwerken kommunizieren kann, nicht aber mit einigen oder allen Computern auf dem lokalen Netzwerk. Wenn Sie dieses Problem beheben möchten, stellen Sie sicher, dass alle Computer in einem physikalischen Netzwerk die richtige IP-Adresse für das IP-Teilnetz haben.

Hinweis: Wenn Sie nicht über ausreichend IP-Adressen für ein Netzwerksegment verfügen, gibt es dafür Lösungsmöglichkeiten. Diese würden jedoch den Rahmen dieses Artikels sprengen und werden deshalb hier nicht weiter beschrieben.

Fehler beim Standard-Gateway: Ein Computer, der mit einem falschen Standard-Gateway konfiguriert ist, kann mit Hosts auf dem eigenen Netzwerksegment kommunizieren. Er kann jedoch nicht mit Hosts auf einigen oder allen Remote-Netzwerken kommunizieren. Dieses Problem tritt häufig auf, wenn ein Router für ein internes TCP/IP-Netzwerk und ein weiterer Router für die Verbindung zum Internet vorhanden ist.

Weiterführende Literatur:
"TCP/IP Illustrated, Volume 1: The Protocols", Richard Stevens, Addison
Wesley, 1994

"Internetworking with TCP/IP, Volume 1: Principles,
Protocols, and Architecture", Douglas E. Comer, Prentice Hall, 1995

Die beiden Bücher sind Standardwerke zu TCP/IP. Es empfiehlt sich für einen Systemadministrator, der für TCP/IP-Netzwerke verantwortlich ist, mindestens eines dieser Standardwerke zur Hand zu haben.

Glossar:
Broadcast-Adresse - Eine IP-Adresse, deren Hostabschnitt nur aus Einsen besteht.

Host - Ein Computer oder ein anderes Gerät in einem TCP/IP-Netzwerk.

Internet - Netzwerke auf der ganzen Welt, die untereinander verbunden sind und über einen gemeinsamen Bereich von IP-Adressen verfügen.

InterNIC - Die Organisation, die für die Verwaltung von IP-Adressen im Internet verantwortlich ist.

IP - Das Netzwerkprotokoll, das zum Versenden von Netzwerkpaketen über ein TCP/IP-Netzwerk oder über das Internet verwendet wird.

IP-Adresse - Eine eindeutige 32-Bit-Adresse für einen Host auf einem TCP/IP-Netzwerk oder einem Internetwork.

Netzwerk - Dieser Begriff wird in diesem Artikel in zwei Bedeutungen verwendet. Zum einen ist ein Netzwerk eine Gruppe von Computern in einem physikalischen Netzwerksegment. Zum anderen ist ein Netzwerk ein Adressenbereich für ein IP-Netzwerk, der von einem Systemadministrator zugeordnet wird.

Netzwerkadresse - Eine IP-Adresse, bei der der Hostabschnitt nur Nullen enthält.

Oktett - Eine 8-Bit-Zahl,die den Bereich 00000000-11111111 umfasst, der den Dezimalwerten 0-255 entspricht. 4 Oktetts, jeweils getrennt durch einen Punkt, bilden eine IP-Adresse mit 32 Bit.

Paket - Eine Datengruppe, die über ein TCP/IP-Netzwerk oder über ein WAN übertragen wird.

RFC (Request for Comment) - Ein Dokument, das verwendet wird, um Standards im Internet zu definieren.

Router - Ein Gerät, das Netzwerkverkehr zwischen unterschiedlichen IP-Netzwerken weiterleitet.

Subnet Mask - Eine 32-Bit-Zahl, die verwendet wird, um in einer IP-Adresse den Netzwerk- und den Hostabschnitt zu unterscheiden.

Teilnetz oder Subnet - Ein kleineres Netzwerk, das entsteht, wenn ein größeres Netzwerk in gleich große Abschnitte unterteilt wird.

TCP/IP - Die Gruppe der Protokolle, Standards und Dienstprogramme, die im Internet und in großen Netzwerken verwendet werden.

Wide Area Network (WAN) - Ein großes Netzwerk, in dem kleinere Netzwerke zusammengefasst sind, die durch Router getrennt werden. Das Internet ist ein Beispiel für ein sehr großes WAN.

Bitte beachten Sie: Bei diesem Artikel handelt es sich um eine Übersetzung aus dem Englischen. Es ist möglich, daß nachträgliche Änderungen bzw. Ergänzungen im englischen Originalartikel in dieser Übersetzung nicht berücksichtigt sind. Die in diesem Artikel enthaltenen Informationen basieren auf der/den englischsprachigen Produktversion(en). Die Richtigkeit dieser Informationen in Zusammenhang mit anderssprachigen Produktversionen wurde im Rahmen dieser Übersetzung nicht getestet. Microsoft stellt diese Informationen ohne Gewähr für Richtigkeit bzw. Funktionalität zur Verfügung und übernimmt auch keine Gewährleistung bezüglich der Vollständigkeit oder Richtigkeit der Übersetzung.

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Artikel-ID: 164015 - Geändert am: Montag, 27. Dezember 2004 - Version: 3.3
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