IP-Adressierung

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Sämtliche Datenkommunikation erfolgt im Internet über IP-Adressen. Die IP-Adresse repräsentiert im Internet die unterste Adressierungsstufe, auf der zum Beispiel das Domain Name System (DNS) oder andere Adressierungsschemata aufbauen.

Grundzüge der IP-Adressierung

Die zugrunde liegende Adressierung im Internet beruht auf der so genannten IP-Adressierung. Bei dieser Technik ist jede Ressource im Internet mit einer eindeutigen Nummer, der so genannten IP-Adresse erreichbar. Jede Übertragung im Internet erfolgt zwischen Geräten mit IP-Adressen. Das zur Zeit noch verwendete Protokoll ist das so genannte IPv4 ("Internet Protocol Version 4"). Dieses Protokoll, dass im September 1981 im Internet eingeführt wurde, ist der Ersatz für das NTP-Protokoll, das im Internet seit Beginn an im Einsatz war.

Genau genommen gehört IP zur Protokollfamilie TCP/IP (siehe hierzu auch TCP/IP - Haussprache des Internet)und stellt hier die untere Übertragungsschicht dar (siehe hierzu auch Das DoD-Schichtenmodell). Ich beschränke mich an dieser Stelle jedoch nur auf das IP, da hier die eigentliche Übertragung zwischen zwei Rechnern erfolgt; TCP ist eine darüber liegende Kontrollinstanz.

Eine IP-Adresse besteht im IPv4-Schema aus genau 32 Bit, was theoretisch einen Zahlenraum von über vier Milliarden IP-Adressen (genau sind es 4.294.967.296) bildet. Solche Zahlenkolonnen sind jedoch von uns Menschen nur sehr schwer zu benutzen. Auch eine rein dezimale Schreibweise wäre immer noch zu kompliziert, weshalb sich im Internet die punktiert-dezimale Schreibweise durchgesetzt hat:

Schreibweisen von IP-Adressen

Die 32-stellige Bitfolge wird hierbei in vier jeweils achtstellige Blöcke aufgeteilt (den so genannten Quads) und diese dann in das dezimale Äquivalent umgewandelt. Jedes Quad repräsentiert (da als 1 Byte definiert) somit eine Zahl zwischen 0 und 255. Die einzelnen Quads sind durch Punkte voneinander getrennt.

Logisch gesehen ist eine IP-Adresse in zwei Teile aufgeteilt, der Netzwerk- und der Host-Präfix. Diese beiden Teile, die unterschiedlich lang sein können, werden dazu genutzt, um IP-Adressen dezentral hierarchisch verwalten zu können; erst diese Aufspaltung macht das Verwalten des IP-Adressraums, wie wir es heute können, möglich.

Dieses komplexe Thema ist einem eigenen Thema gewidmet: IP-Subnetting

Dezentrale Verwaltung

Eine negative Erfahrung, die mit dem TCP/IP-Vorgänger gemacht wurde, war die Unflexibilität im Routing (siehe zu diesem Thema auch Übertragung im Netz - Routing). NTP-Adressen konnten nur von einer zentralen Stelle aus vergeben werden und die Routing-Information jeder vergebenen Adresse musste in jedem angeschlossenen Gerät des Netzwerkes manuell eingetragen werden. Daraus ergab sich eine ziemlich umständliche Verwaltungsarbeit, da jede Änderung im Netzwerk einen riesigen Konfigurationsaufwand bedeutete.

Deshalb wurde bei der Entwicklung des Internet-Protokolls eine hierarchische Verwaltung implementiert, die es ermöglichte, ganze Blöcke von IP-Adressen an eine Verwaltungseinheit zu vergeben, die dann ihrerseits aus diesem Block kleinere Blöcke an untergebende Verwaltungseinheiten vergeben kann.

Aus diesem Grund vergab das InterNIC Anfang der 90er Jahre, das bis dato den IP-Adressraum alleinig verwaltete, die Verwaltung für bestimmte Kontinente an eigenständige Institutionen und wies darüber hinaus damaligen Großunternehmungen eigene IP-Adressräume zu. So konnten diese Institutionen und Großunternehmungen ihre zugewiesenen IP-Adressräume autark vom InterNIC verwalten.

Um IP-Adressräume dezentral verwalten zu können, wurde eine logische Aufteilung des IP-Adressraums notwendig, um bei jeder IP-Adresse feststellen zu können, in welchem Zuständigkeitsbereich sie lag. Diese logische Aufteilung wurde mit den so genannten Netzwerkklassen realisiert, mit denen auf diese Weise verschieden große Netzwerk gebildet wurden.

Die Vergabe von IP-Adressen erfolgt hierarchisch und blockweise. Die oberste Instanz stellt die IANA dar, die über den gesamten IP-Adressraum waltet. Sie verwaltet zum einen die IP-Adressblöcke von Besitzern kompletter Class-A-Netzwerke, die in der Frühzeit der IP-Adressen an große Unternehmen vergeben wurden, zum anderen vergibt sie IP-Adressblöcke an regionale Vergabestellen für IP-Adressen, den so genannten Regional Internet Registries (RIR), die für die IP-Adressvergabe in bestimmten Kontinenten und Regionen zuständig sind.

Geografische Regionenverteilung der RIR

Bereich Regional Internet Registry
Nordamerika, Antarktis ARIN
Europa, Naher Osten RIPE
Südamerika LACNIC
Mittlerer und Ferner Osten, Pazifik APNIC
Afrika AfriNIC

Bei den Regional Internet Registries können nun entsprechend qualifizierte Internet-Provider in den entsprechenden Regionen eigene IP-Adressblöcke beantragen, sofern sie die technischen und administrativen Bedingungen erfüllen und einen Bedarf nachweisen können. Diese Provider bezeichnet man als Local Internet Registry (LIR). (In einigen Ländern existieren zusätzlich eigene, nationale Registries, die eine zwischengeschaltete Vergabestelle für Provider im Lande darstellen.)

Local Internet Registries sind berechtigt, den ihnen zugeteilten Adressbereich weitgehend autonom zu verwalten, dennoch ist die Vergabe von IP-Adressen von diesen Autoritäten an andere Provider und Kunden an umfangreiche Bedingungen geknüpft: Die Beantragung von notwendigen IP-Adressen muss genau geplant und begründet werden und der Provider muss Sorge dafür tragen, dass über die interne Weitergabe von IP-Adressen genau Buch geführt wird. Gerade diese beiden Bedingungen erzeugen bei Providern enormen Verwaltungsaufwand, auch wenn die eigentliche Vergabe von IP-Adressen von den Autoritäten traditionell kostenlos ist.

Dennoch ist diese Dokumentation der IP-Adressvergabe wichtig, damit jederzeit festgestellt werden kann, welchem Provider beziehungsweise Nutzer ein bestimmter Adressblock zugeordnet ist und damit der zukünftige Bedarf abgeschätzt werden kann. Diese dokumentierten Einträge können auch jederzeit bei den Regional Internet Registries in den dortigen Whois-Datenbanken recherchiert werden.

Kann man bei IP-Adressen den geografischen Standort herauslesen?

Grundsätzlich: Nein. Die Vergabe von IP-Adressen und Adressblöcken wird quantitativ geregelt und ist völlig unabhängig von geografischen Standortmerkmalen. Dass in Europa beispielsweise sehr viele IP-Adressen mit den Zahlen "80", "192", "193", "194" auftauchen, liegt schlicht und einfach daran, dass das RIPE von der IANA unter anderem genau diese Netze zur Verwaltung übertragen bekommen hat. Insofern könnte man höchstens mit einer größeren Sicherheit behaupten, dass IP-Adressen, die beispielsweise mit "80" beginnen, vornehmlich in Europa verwendet werden.

Die Vergabe einer bestimmten Anzahl von IP-Adressen an Kunden muss jedoch von der LIR, von dessen Adressbestand die IP-Adressen stammen, bei der zuständigen RIR dokumentiert werden. Vergibt beispielsweise ein europäischer Provider ein Netz von 8 IP-Adressen an einen Kunden, so muss er diesen Adressbereich mit der genauen Angabe des Kunden und des Ansprechpartners beim RIPE dokumentieren. Diese Dokumentation ist dann entsprechend per Whois beim RIPE für jedermann abrufbar.

Werden IP-Adressen in absehbarer Zeit ausgehen?

Immer wieder geistern Meldungen durch die Medien, dass in Kürze der IP-Adressraum im Internet ausgehen würde und damit das Internet an einen Punkt angelangen könnte, an dem es "voll" wäre. In gewisser Hinsicht entspricht diese Feststellung der Wahrheit - wenn man sich anschaut, wann diese Feststellung gemacht wurde und in welchem Zusammenhang.

Ernste Befürchtungen, dass der IP-Adressraum schon sehr kurzfristig ausgehen könnte, wurden Anfang der neunziger Jahre des 20. Jahrhunderts laut. Der Internet-Boom setzte gerade ein und es entstand in kürzester Zeit weltweit ein riesiger Bedarf an IP-Adressen für Internet-Zugänge und Webserver. Hochrechnungen über den schnellenden Bedarf ergaben einen Verbrauch aller bis dato freien IP-Adressen bis zum Jahr 1995.

Die beiden Hauptverursacher des steigenden Bedarfs an IP-Adressen, Internet-Zugänge und Webserver, wurden in kürzester Zeit durch neu Techniken entschärft: Für Internet-Zugänge wurde die Network Address Translation eingeführt und dem World Wide Web wurde eine überarbeitete Version des HTTP-Protokolls mit der Versionsnummer 1.1 verpasst, die so genannte virtuelle Webserver ermöglichte, also die Möglichkeit, auf einer IP-Adresse mehrere Webserver gleichzeitig betreiben zu können.

Der Bedarf an IP-Adressen ist zwar weiterhin steigend, jedoch bei weitem nicht mehr so drastisch wie in den neunziger Jahren. Zudem unterliegt heutzutage die Vergabe von IP-Adressen durch die Regional Internet Registries recht strengen Vergaberichtlinien.

Die begrenzte Ressource "IP-Adresse" ist deshalb im bestehenden IPv4-Schema auch mittelfristig noch in ausreichender Zahl vorhanden.

Weiterführende Literatur

Buchempfehlungen zum Thema Adressierung im Internet

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Weiterführende Links

http://www.3com.com/other/pdfs/infra/corpinfo/en_US/501302.pdf (PDF) englischsprachige Seite
Sehr gute Einführung zur IP-Adressierung von Chuck Semeria

http://zeus.fh-brandenburg.de/~ihno/lehre/internet/
Übersetzung des Dokuments von Ihno Krumreich

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