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Subnetzwerke

Die Struktur der Subnetze spiegelt sich wider an der Tatsache, daß IP Adressen aich in einen Netzwerk und einen Host Teil trennen lassen. Standardmäßig ist das Zielnetz aus dem Netzwerkteil der IP Adresse ableitbar. Daher sollten Hosts mit der gleichen IP Netzwerk-Adresse auch im gleichen Netz gefunden werden. Es ist zweckmäßig und sinnvoll, ein ähnliches Schema auch innerhalb der Netze zuzulassen. Ein einzelnes Netz kann aus hunderten von kleineren Netzen aufgebaut sein, die kleinsten Einheiten sind beispielsweise Ethernet-LANs mit zehn bis zwanzig Hostrechner. Um diesen Netztopologie effektiv adressieren zu können, erlaubt IP die Unterteilung einer Netzwerkadresse in verschiedene Subnetze. Die Struktur einer IP Adresse kann lokal modifiziert werden, indem Host-Adressen-Bits als zusätzliche Netzwerk-Adressen-Bits interpretiert werden. Ein Subnetz übernimmt die Verantwortung für das Ausliefern der Datenpakete an einen bestimmmten IP Adreßbereich von dem Netzwerk, wo das Subnetz zugehöhrt. Wie mit den Klassen A, B oder C, wird das Subnetz durch den Netzwerkteil einer IP Adresse identifiziert. Der Netzwerkteil wird jedoch um eine Reihe von Bits aus dem Host Teil der IP Adresse erweitert. Die Anzahl der Bits, die als Subnetz-Nummer interpretiert werden, werden durch die Subnetz-Maske (auch Subnet-mask) oder Netzmaske definiert. Darunter versteht man eine 32-Bit Zahl, die die Bit-Maske für den Netzwerkteil der IP Adresse spezifiziert. Generell gilt:
Eine Subnet-mask unterscheidet die Netzwerk-ID von der Host-ID und gibt an, ob der Zielhost im gleichen lokalen Netz liegt oder ob dieser ein remote Host ist.
Beispiel5.18: Ein ping auf den Web-Server der BA Mannheim offenbart dessen IP Adresse zu 141.72.3.16. Damit erkennen wir, daß die BA Mannheim stolzer Besitzer einer Klasse B mit der Netzwerkadresse 141.72.0.0 ist. Die Netzmaske, die einem solchen Netz zugeordnet ist lautet 255.255.0.0. Man kann sich nun vorstellen, daß intern das BA-Campus-Netzwerk aus einer Reihe kleinerer Netzwerke besteht, beispielsweise die LANs der verschiedenen Fachbereiche. Daher wird der zur Verfügung stehende Bereich an IP Adressen in 254 Subnetze untergliedert, in 141.72.1.0 bis 171.72.254.0. Aus dieser Menge wird beispielsweise dem Fachbereich Wirtschaftsinformatik die Nummer 171.72.12.0 zugeordnet. Der BA-Campus-Backbone stellt ein eigenständiges Netzwerk dar und erhält die IP Adresse 141.72.1.0. Diese Subnetze haben eine gemeinsame IP Netzwerknummer, während das dritte Oktett dazu dient, die Subnetze zu unterscheiden. Diese Subnetze arbeiten daher mit einer Subnetzmask 255.255.255.0. Die Abbildung 5.14 demonstriert, wie die Adresse des BA Webservers
141.72.3.16
unterschiedlich interpretiert werden kann, einmal, wenn die Adresse als Klasse B Netzwerk gelesen wird (oben), einmal, wenn Subnetting angewendet wird.

Abbildung 5.14: Subnetting eines Klasse B Netzwerks
\begin{figure}
\centering
\unitlength 1mm
\linethickness {0.4pt}
\begin{pic...
....00,19.00){\makebox(0,0)[lc]{{\bf 255.255.255.0}}}
\end{picture}
\end{figure}

Es ist wichtig sich darüber im Klaren zu sein, daß das Subnetting - also das Aufteilen des zur Verfügung stehenden IP-Adreßraums in Subnetze - eine interne Unterteilung des Netzwerkes ist. Die Subnetze werden vom Besitzer des Netzes generiert, d.h. der Netzwerkadministrator entscheidet darüber, wie der Adreßraum aufgeteilt wird. Bei der Konfiguration eines Rechners in einem Netz für die Benutzung der TCP/IP Protokolle muß daher auch eine Subnetz-Maske angegeben werden (siehe Abbildung 5.15.

Abbildung 5.15: Einstellungen des TCP/IP Protokolls auf einem Windows 95 Rechner. Auch hier müssen Subnetz-Masken hinterlegt werden.
\begin{figure}
\centering
\epsfig {file=../pics/subnet.eps,width=7cm}
\end{figure}

Wie realisiert nun das IP Protokoll, ob das zu versendende Datenpaket an einen Rechner im lokalen Netz bestimmt ist, oder ob die Pakete auf die Weltreise gehen müssen? Bei der Initialisierung von TCP/IP wird die IP Adresse des Hosts mit dessen Subnet-mask geANDet5.19. Bevor das Paket auf die Reise geht, wird die IP Adresse des Zielrechners ebenfalls mit der gleichen Subnet-mask geANDet. Wenn beide AND-Operationen zum gleichen Resultat führen, kann der Zielrechner nur im gleichen lokalen Netz liegen. Wenn sich die Ergebnisse unterscheiden, wird das Paket an die IP Adresse eines Routers geschickt. Also, es gelten die folgende Formeln:      Netzwerknummer = IP-Adresse AND Subnet-Mask      Hostnummer = IP-Adresse AND (NOT Subnet-Mask) Beispiel:
IP-Adresse Sendehost: 220.1.3.118
Binärdarstellung: 11 011 100.00 000 001.00 000 011.01 110 110
Subnet-mask: 255.255.255.0
Binärdarstellung: 11 111 111.11 111 111.11 111 111.00 000 000
IP-Adresse Empfängerhost: 220.1.3.122
Binärdarstellung: 11 011 100.00 000 001.00 000 011.01 111 010
ANDet man nun die Sendehost IP Adresse mit der Subnet-mask, resultiert: IP Sendehost AND Subnet:     11 011 100.00 000 001.00 000 011.00 000 000 Führt man die gleiche Operation mit der IP Adresse des Empfängers aus, folgt: IP Empfänger AND Subnet: 11 011 100.00 000 001.00 000 011.00 000 000 Daher haben Sendehost und Empfänger die gleiche Netzadresse, woran der Sender erkennt, daß der Empfänger im gleichen lokalen Netz liegt. Oftmals werden Byte-orientierte Subnetz-Masken eingesetzt wie z.B.
255.255.255.0,
da diese Masken leicht zu lesen und zu verstehen sind, wenn die Adressen in Dezimalnotation geschrieben werden. Dies hat aber den Effekt, daß man einen großen Teil der Funktionalität des subnettings gar nicht nutzt. Per Definition ist die Subnetzmaske Bit-orientiert. Daher kann das BA-Netz 141.72.0.0 in 16 Subnetze unterteilt werden, indem man die Subnetz-Maske
11 111 111.11 111 111.11 110 000.00 000 000
anwendet. In Dezimalnotation lautet dies:
255.255.240.0
Wendet man diese Subnetz-Maske an, werden die vier hohen Bits des dritten Bytes der IP Adresse als Subnetz Teil der Adresse interpretiert, die restlichen 12 Bits - vier Bits des dritten Bytes und acht Bits des vierten Bytes - als Host-Teil der Adresse interpretiert. Diese Subnetzmaske erzeugt 16 Subnetze, wobei jedes dieser Subnetz $ 2^{12}= 4.096$ Hostrechner adressieren kann.

Tabelle 5.1: Effekt einer Subnetzmaske 225.255.240.0 auf eine Klasse B IP Adresse.
Subnetz Netzadresse Erste Adresse Letzte Adresse
1 141.72.0.0 141.72.0.1 141.72.15.254
2 141.72.16.0 141.72.16.1 141.72.31.254
3 141.72.32.0 141.72.32.1 141.72.47.254
4 141.72.48.0 141.72.48.1 141.72.63.254
5 141.72.64.0 141.72.64.1 141.72.79.254
6 141.72.80.0 141.72.80.1 141.72.95.254
7 141.72.96.0 141.72.96.1 141.72.111.254
8 141.72.112.0 141.72.112.1 141.72.127.254
9 141.72.128.0 141.72.128.1 141.72.143.254
10 141.72.144.0 141.72.144.1 141.72.159.254
11 141.72.160.0 141.72.160.1 141.72.175.254
12 141.72.176.0 141.72.176.1 141.72.191.254
13 141.72.192.0 141.72.192.1 141.72.207.254
14 141.72.208.0 141.72.208.1 141.72.223.254
15 141.72.224.0 141.72.224.1 141.72.239.254
16 141.72.240.0 141.72.240.1 141.72.254.254


Die Tabelle 5.1 zeigt die Subnetze und alle Hostadressen, die dann erzeugt werden, wenn die Subnetzmaske 255.255.240.0 auf die BA-IP-Adresse 141.72.0.0 angewendet wird. Ein Netzwerkadministrator muß die Tabellen der Form 5.1 nicht jedesmal berechnen, um zu wissen, welche Subnet- und Hostadressen von einer Subnetmaske erzeugt werden. Im RFC 1878 sind alle möglichen Subnetmasken samt gültigen Adressen aufgelistet, die eine Subnetmaske erzeugt. Die Tabelle 5.1 entsteht folgendermaßen: Die gewählte Subnetmaske ist 255.255.240.0, d.h. die ersten vier Bits des dritten Bytes numerieren die Subnetze durch. Um daher die Adressbereiche der 16 Subnetze zu erhalten, müssen einfach diese vier Bits durchnumeriert werden. Das erste Subnetz hat daher die IP Adressen
141.72. 00 000 000.00 000 001 bis 141.72. 00 001 111.11 111 110
was in vollständiger Dezimalnotation dem Adressbereich
141.72.0.1 bis 141.72.15.254
entspricht. Das zweite Subnetz erhält den Adressbereich
141.72. 00 010 000.00 000 001 bis 141.72. 00 011 111.11 111 110
Das dritte Subnetz:
141.72. 00 100 000.00 000 001 bis 141.72. 00 101 111.11 111 110
usw.
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Yasar Arman
2000-05-15