Computer kommunizieren in Netzwerken in einer Serie von Paketen. In den nächsten Lektionen behandeln wir, wie diese Paketen Ihren Weg durchs Netzwerk finden.

Als Analogie stellen Sie sich den Paketversand der Post vor. Dort finden die Pakete den richtigen Empfänger anhand der Adresse:

Marc Chéhab
Lehrerstrasse 3
8000 Zürich

Nun beachten Sie etwas an dieser Adresse, das wir auch bei Computernetzwerken sehen werden: Die Adresse hat die verschiedene Elemente (Ort, Strasse, Person, evtl. sogar Land), die vorzu genauer definieren, wo das Paket hin muss.

Wieso macht man das so? Besprechen Sie das kurz.

IP: Das “Internet Protokoll”

In der Analogie zum Postversand ist Ihr Computer ein Gebäude. Wie Sie sich sicher vorstellen können, hat Ihr Computer eine Hauptadresse. Das ist die Adresse des “Internet Protokolls”, oder kurz: IP. Und wie bei einem Gebäude ist diese Adresse unterteilt in eine Art Ortsangabe und eine spezifische Adresse für den Computer.

Wieso ist das wichtig? Weil wenn Sie wissen, dass sich eine Adresse am gleichen Ort befindet, können Sie Ihr Paket lokal direkt verschicken. Wenn die Adresse nicht im eigenen Dort ist, müssen Sie auf die Post…

Soweit die Analogie. Schauen wir uns nun IP-Adressen an. Hier vier Beispiele:

192.168.1.4
10.32.4.12
243.123.129.45
88.210.255.25

Bei Ihnen zuhause könnten mögliche IP-Adressen so aussehen:

192.168.1.5
192.168.1.41
192.168.1.53

Sie sehen:

• Der erste Teil aller IP-Adressen ist gleich. Das ist, weil alle Computer im gleichen Netzwerk sind. Man nennt das den Netzwerkteil der Adresse. Das ist wie bei der Post die Ortsangabe.
• Der zweite Teil ist pro Gerät (Host) unterschiedlich. Man nennt das den Hostteil. Dieser Teil ist wie bei der Post die genaue Adresse des Gebäudes.

Diese Unterscheidung ist für den Netzwerkverkehr so elementar, wie die Ortsangabe bei der Post: Denn wenn etwas im gleichen Netzwerk ist, kann man es lokal direkt verschicken. Wenn es nicht im eigenen Netzwerk ist, müssen wir in ein anderes Netzwerk oder ins Internet.

Klassische Subnetmasken

Aber Achtung: Die Grenze zwischen Netzwerk- und Hostteil ist nicht fix vorgegeben, sondern muss mit einer Subnetmaske selbst konfiguriert werden. Sie besteht ebenfalls aus vier Bytes und bestimmt, bis wo der Netzwerkteil geht und wo der Hostteil beginnt. Aber wie?

Merken Sie sich: Beim Hostteil ist die Subnetmaske 0.

• Wenn Ihre eigene IP-Adresse 192.168.1.5 ist und Sie die Subnetmaske 255.255.255.0 haben, erachten Sie alle IP-Adressen des Musters 192.168.1.x als Teil Ihres Netzwerks.
• Wenn Sie aber mit derselben IP-Adresse 192.168.1.5 die Subnetmaske 255.255.0.0 hätten, müssten IP-Adressen nur das Muster 192.168.x.x erfüllen, damit Sie als Teil Ihres Netzwerks anerkannt werden.

Solche Subnetmasken, die nur aus vollen (255) und leeren (0) Bytes bestehen, nennt man klassische Subnetmasken. Bei diesen kann man sich die Logik also dezimal erklären:

• Im Netzwerkteil sind die Bytes der Subnetmaske 255.
• Im Hostteil sind die Bytes der Subnetmaske 0.

Die Subnetmaske ist also eine “Maske”, weil man sie auf die IP-Adresse legt und sieht, was der Netzwerkteil und was der Hostteil ist.

Wie machen das Computer konkret? Mit der Netzwerkadresse

Bisher war die Erklärung der Logik für Sie als Menschen nachvollziehbar. Aber wie rechnet sich das ein Computer aus? Dahinter muss ja letztlich ein Algorithmus oder eine Rechnung stecken.

Obwohl die Grenze zwischen Netzwerk- und Hostteil bei jedem Netzwerk von unterschiedlichen Subnetmasken definiert sein kann, wurde eine elegante Lösung gefunden, die in allen Fällen funktioniert: die sogenannte Netzwerkadresse. Das ist die tiefstmögliche Adresse eines Netzwerks, nämlich dort wo der gesamte Hostteil 0 ist. Die Netzwerkadresse ist eine spezielle Adresse, die zu keinem Gerät im Netzwerk gehört - genau wie eine Ortsangabe (8000 Zürich) kein Gebäude adressiert.

Wie erleichtert das unseren Maschinen die Entscheidung, ob eine Ziel-IP-Adresse im gleichen Netzwerk liegt? Die Netzwerkadresse setzt ja den Hostteil 0. Das heisst: Alle IP-Adressen eines Netzwerks sollten die gleiche Netzwerkadresse erzeugen.

Ein Computer mit einer IP-Adresse 192.168.1.5 und einer Subnetmaske 255.255.255.0 geht also wie folgt vor:

1. Wenn die IP konfiguriert wird, formt und speichert er bereits die Netzwerkadresse seines eigenen Netzwerks: 192.168.1.0.
2. Wenn er jetzt eine Nachricht an die IP-Adresse 192.168.1.12 senden soll, testet er, ob mit seiner eigenen Subnetmaske dieselbe Netzwerkadresse resultieren würde. In diesem Fall stimmt das: 192.168.1.0, also liegt die IP im selben Netzwerk.
3. Wenn er eine Nachricht an die IP-Adresse 192.168.2.54 senden soll, testet er erneut mit seiner eigenen Subnetmaske, ob die Netzwerkadresse übereinstimmt. In diesem Fall tut sie das nicht: 192.168.2.0, also liegt die IP in einem fremden Netzwerk.

Weitere solche Beispiele:

Mit der Eigenschaft kann Ihr Computer also sehr einfach urteilen:

• Wenn sich aus beiden IP-Adressen zweimal die gleiche Netzwerkadresse bildet, urteilt er, dass sich das Ziel im gleichen Netzwerk befindet und er das Paket selbst direkt verschicken kann.
• Wenn sich die Netzwerkteile unterscheiden und somit verschiedene Netzwerkadressen bilden (rote Kreise), urteilt er, dass sich das Ziel in einem anderen Netzwerk befindet. Dann braucht er quasi die Hilfe der Post, um das Paket zu verschicken (mehr dazu in der nächsten Lektion).

Ein binäres Verständnis Subnetmasken

Letztlich muss man Subnetmasken aber binär verstehen. Hier dieselben Beispiele nochmals mit den Binärzahlen.

So gesehen besteht eine Subnetmaske aus einer Serie von 1, gefolgt von 0. Nun kann aber die Grenze zwischen Netzwerk- und Host-Teil mitten durch eines der vier Byte laufen! Diese Grenze muss klar sein - d.h. es darf nur eine Grenze zwischen 1 und 0 haben. Man kann die Subnetmaske deshalb auch kürzer angeben, indem man einfach die Anzahl 1 notiert: hier also 24.

Binär wird die Erklärung dafür, wie IP und Subnetmaske die Netzwerkadresse bilden, paradoxerweise eher einfacher. Wir multiplizieren eigentlich einfach Bit um Bit die IP mit der Subnetmaske. Das ist eine logische UND-Operation, weil nur wenn IP und Subnetmaske eine 1 haben, ergibt sich in der Netzwerkadresse auch eine 1.

Hier wird also ein logischer UND-Operator Bit für Bit angewandt. Deswegen heisst diese Operation “Bitwise AND” mit dem Zeichen ”&”. Im Beispiel sieht man: $\text{Meine IP } \& \text{ Subnet-Maske} = \text{Netzwerkadresse}$

Achten Sie sich nun auf die erste IP-Adresse 192.168.0.13. Die Netzwerkadresse unterscheidet sich zu unserer (orangen) Netzwerkadresse bloss im letzten Bit des Netzwerkteils.

Wenn wir unser Netzwerk grösser machen möchten, dass diese Adresse auch noch in unser Netzwerk gehört, müssten wir die Grenze zwischen Netzwerkteil und Hostteil in der Subnetmaske um ein Bit nach vorne verschieben.

Überlegen Sie sich, was für eine Dezimalzahl Sie bei der Subnetmaske eingeben müssten, um das zu erzeugen.

An welcher Tür klopfe ich an?

Wie bei der Post muss man neben dem Ziel-Computer noch genauer angeben, “wer” oder “was” die Daten erhalten soll. Das geschieht mit dem sogenannten “Port” - also welche “Tür”.

Wenn Sie im Internet surfen, verbinden Sie sich ständig mit Webservern, die standardmässig auf Port 443 (HTTPS) laufen (unverschlüsselt auch Port 80 (HTTP)). Das macht Ihr Browser automatisch, ohne dass Sie das merken.

Wenn Sie aber den Port selbst manuell definieren wollen, können Sie ihn mit einem Doppelpunkt nach der IP angegeben. Drei Beispiele:

• Wenn Sie https://192.168.1.4 im Browser eingeben, wird der Browser versuchen, über den Standardport 443 eine HTTPS-Verbindung mit dem Webserver aufzubauen.
• Wenn Sie http://192.168.1.4 im Browser eingeben, versucht der Browser eine unverschlüsselte HTTP-Verbindung über Port 80 aufzubauen.
• Wenn Sie http://192.168.1.4:3000 eingeben, wird der Browser eine HTTP-Verbindung über Port 3000 aufbauen.

Weitere übliche Ports finden Sie hier auf Wikipedia.