IP-Adressierung und Subnetting

Ein Oktett ist eine Gruppe aus acht Bits. Jedes Bit hat den Wert 0 oder 1. Eine IPv4-Adresse hat vier Oktette, insgesamt also 32 Bits. Beginne mit einem Oktett; dieselbe Methode funktioniert für jeden der vier Teile.

Gib jedem Bit seinen Wert

Lies die Stellen von links nach rechts:

Jede Stelle ist doppelt so viel wert wie die Stelle rechts daneben. Addiere den Wert einer Stelle nur, wenn ihr Bit 1 ist. Bei 10101100 sind die Stellen 128, 32, 8 und 4 aktiv:

Die Null an der Stelle 64 trägt nichts bei. In 01100100 wählen die 1-Bits 64, 32 und 4 aus; das ergibt 100. Das Bit ganz links hat den größten Wert; 10000000 ist 128, während 00000001 gleich 1 ist.

Dezimalzahlen binär darstellen

Um 200 umzurechnen, gehe dieselben Werte der Reihe nach durch. Frage dich an jeder Stelle, ob ihr Wert in den verbleibenden Rest passt.

1. 128 passt: Schreibe 1 und es bleiben 72.
2. 64 passt: Schreibe 1 und es bleiben 8.
3. 32 und 16 passen nicht: Schreibe an beiden Stellen 0.
4. 8 passt: Schreibe 1 und es bleibt 0.
5. An den Stellen für 4, 2 und 1 steht jeweils 0.

Das Ergebnis ist 11001000. Prüfe es, indem du die ausgewählten Werte addierst: 128 + 64 + 8 = 200. Sobald der Rest null ist, schreibe weiter Nullen, bis alle acht Stellen gefüllt sind.

Schreibe die Dezimalzahl 10 als 00001010, wenn sie ein Oktett ist. Die kürzere Binärzahl 1010 hat denselben Wert, aber mit acht Stellen kannst du eine Adresse und ihre Subnetzmaske untereinander ausrichten. Lies eine Binärzeichenfolge nicht als Dezimalzahl: Binär 00000100 bedeutet vier, nicht einhundert.

Maskenmuster erkennen

Subnetzmasken verwenden immer wieder Oktette, deren 1-Bits von links an aufeinanderfolgen. Diese Muster sind so nützlich, dass du sie lernen solltest:

Jede Zeile fügt einen weiteren Stellenwert hinzu. Zum Beispiel ist 224 gleich 128 + 64 + 32. Ein Oktett aus lauter Nullen ist 0; lauter Einsen ergeben zusammen 255.

Kombinationen zählen

Mit einem Bit gibt es zwei mögliche Muster. Mit zwei Bits gibt es vier: 00, 01, 10 und 11. Jedes zusätzliche Bit verdoppelt die Möglichkeiten, sodass $n$ Bits $2^n$ Werte ergeben. Acht Bits ergeben 256 Werte, nummeriert von 0 bis 255. Dieser Unterschied zwischen der Anzahl der Werte und dem größten Wert ist beim Zählen von Adressen wichtig.

Eine IPv4-Adresse ist eine 32-Bit-Zahl, die eine Netzwerkschnittstelle identifiziert. In ihrer bekannten Form, der Dezimalpunktschreibweise, wird jedes der vier Oktette in eine Dezimalzahl umgerechnet und durch Punkte von den anderen getrennt. Die Punkte markieren die Grenzen zwischen den Oktetten; sie sind keine Dezimalzeichen.

Vier Oktette lesen

Die Adresse 192.168.10.77 lautet:

11000000.10101000.00001010.01001101

Das erste Oktett ist 128 + 64 = 192. Das zweite ist 128 + 32 + 8 = 168. Das dritte ist 8 + 2 = 10 und das vierte 64 + 8 + 4 + 1 = 77. Jedes Oktett muss zwischen 0 und 255 liegen. Eine Adresse wie 192.168.1.256 ist ungültig, weil ihre letzte Zahl mehr als acht Bits benötigt.

Der vollständige Adressraum enthält $2^{32}$ Adressen: 4.294.967.296. Einige sind für besondere Zwecke reserviert, daher ist das nicht die Anzahl der für gewöhnliche Internet-Hosts verfügbaren Adressen.

Eine Adresse gehört zu einer Schnittstelle, dem Anschluss, über den ein Gerät einem Netzwerk beitritt. Ein Router, der drei IP-Netzwerke verbindet, benötigt an allen drei Schnittstellen eine Adressierung. Ein Laptop, der WLAN und Ethernet nutzt, kann an jeder Schnittstelle eine andere IPv4-Adresse haben. Deshalb beginnt die Fehlersuche bei der verwendeten Schnittstelle.

Die Grenze mit einer Maske bestimmen

Jede Adresse hat einen Netzanteil und einen Hostanteil. Der Netzanteil identifiziert ihr Subnetz; der Hostanteil bezeichnet eine Schnittstelle innerhalb dieses Subnetzes. Es handelt sich um Teile derselben 32 Bits, nicht um zusätzliche Zahlen, die zur Adresse hinzukommen.

Die Adresse allein zeigt die Aufteilung nicht. Mit /16 gehört 172.16.45.200 zu 172.16.0.0/16. Mit /21 gehört sie zu 172.16.40.0/21. Das längere Präfix belässt mehr Bits im Netzanteil und weniger für Hosts. Gib bei der Berechnung des Subnetzes immer das Präfix zusammen mit der Adresse an.

Die alten Klassen verstehen

Vor CIDR legten Adressklassen feste Standardgrenzen fest:

Die ersten Bits sind entsprechend 0, 10, 110, 1110 und 1111. Die ersten Oktette 0 und 127 haben besondere Verwendungszwecke, obwohl ihr führendes Bit 0 ist. Zum Beispiel liegt 150.20.0.9 im historischen Klasse-B-Bereich; 230.0.0.5 ist eine Multicast-Gruppenadresse.

Feste Klassen verschwendeten Adressraum. Ein Netzwerk, das 300 Hostadressen benötigte, hätte die 254 nutzbaren Adressen eines Klasse-C-Blocks überschritten, aber nur einen kleinen Teil der 65.534 Adressen eines Klasse-B-Blocks genutzt. Classless Inter-Domain Routing (CIDR) ersetzte 1993 die festen Grenzen. Ein Präfix kann nun eine beliebige Länge von 0 bis 32 haben. 10.1.2.0/24 ist ein gültiger klassenloser Block: Die alte Bezeichnung Klasse A zwingt ihn nicht zur Verwendung von /8.

Eine Subnetzmaske kennzeichnet, welche Bits zum Netzwerk gehören. Sie hat 32 Bits: eine lückenlose Folge von 1-Bits von links, gefolgt von 0-Bits. Eine 1 belässt das entsprechende Adressbit im Netzanteil. Eine 0 markiert eine Hoststelle.

Netzbits zählen

Die Präfixnotation gibt die Anzahl der 1-Bits der Maske nach einem Schrägstrich an. /24 bedeutet 24 Netzbits und acht Hostbits. Die Maske lautet 11111111.11111111.11111111.00000000 oder 255.255.255.0.

Für /21 zerlegst du 21 in 8 + 8 + 5. Die ersten beiden Oktette sind 255. Das nächste enthält fünf 1-Bits, 11111000, mit dem Wert 248. Das letzte Oktett ist null. Die Maske lautet 255.255.248.0.

In der anderen Richtung zählst du die 1-Bits in jedem Oktett. 255.255.255.192 enthält 8 + 8 + 8 + 2 = 26, entspricht also /26. Oft musst du nur das teilweise gefüllte Oktett umrechnen.

Die Gültigkeit einer Maske prüfen

Ein Maskenoktett kann 0, 128, 192, 224, 240, 248, 252, 254 oder 255 sein. Gültige Oktette allein reichen jedoch nicht: In der gesamten Maske müssen die 1-Bits eine lückenlose Folge bilden. Nach einem Oktett unter 255 muss jedes weitere Oktett null sein. 255.255.0.255 ist ungültig, weil die 1-Bits erneut beginnen. 255.255.255.100 ist ungültig, weil 100 binär 01100100 ist und damit das Muster innerhalb eines Oktetts unterbricht.

Adressen zählen und die Schrittweite bestimmen

Ist das Präfix $p$, beträgt die Anzahl der Hostbits $h=32-p$. Es gibt $2^h$ Adressen. In einem gewöhnlichen Broadcast-Subnetz ist das Hostmuster aus lauter Nullen für das Netzwerk und das Muster aus lauter Einsen für den Broadcast reserviert. Es bleiben $2^h-2$ nutzbare Adressen. /31 und /32 haben besondere Verwendungszwecke und werden gesondert behandelt.

Die Blockgröße oder Schrittweite ist 256 minus dem Maskenwert in dem Oktett, in dem die Maske erstmals nicht mehr 255 ist. Bei /26 ist das das vierte Oktett: 256 − 192 = 64. Netzwerke beginnen bei .0, .64, .128 und .192. Bei /21 beträgt die Schrittweite 256 − 248 = 8 im dritten Oktett; das vierte Oktett gehört weiterhin zum Hostanteil.

Eine größere Präfixzahl bedeutet weniger Adressen: /26 ist kleiner als /25. Jedes hinzugefügte Netzbit halbiert die möglichen Hostmuster.

Die Enden der Präfixskala erkennen

Ein /0 hat keine festen Netzbits und die Maske 0.0.0.0; es umfasst den gesamten IPv4-Adressraum. Ein /32 legt alle 32 Bits fest und hat die Maske 255.255.255.255; es identifiziert genau eine Adresse. Diese Endpunkte helfen dir, eine Standardroute oder ein Hostpräfix zu lesen, ohne zu versuchen, eine gewöhnliche Anzahl nutzbarer Hostadressen dafür anzugeben.

Einstellungen in verschiedenen Formen lesen

Windows zeigt bei ipconfig eine Maske in Dezimalpunktschreibweise an. Linux hängt bei ip addr das Präfix an die Adresse an. macOS zeigt bei ifconfig gegebenenfalls eine hexadezimale Maske wie 0xffffff00 an, die 255.255.255.0 entspricht. Das sind verschiedene Arten, dieselbe Grenze darzustellen.

Bei der Netzadresse ist jedes Hostbit auf 0 gesetzt. Bei der Broadcast-Adresse ist jedes Hostbit auf 1 gesetzt. In einem gewöhnlichen IPv4-Subnetz stehen die Adressen zwischen diesen Endpunkten für Schnittstellen zur Verfügung.

Die Maske Bit für Bit anwenden

Eine bitweise UND-Verknüpfung ergibt nur dann 1, wenn beide Eingabebits 1 sind. Alle anderen Paare ergeben 0. Die UND-Verknüpfung einer Adresse mit ihrer Maske erhält die Netzbits und setzt die Hostbits auf null.

Bei 192.168.10.77/26 sind die ersten 24 Bits vollständig maskiert. Rechne mit dem letzten Oktett:

Address: 01001101   (77)
Mask:    11000000   (192)
AND:     01000000   (64)

Das Netzwerk ist 192.168.10.64. Sechs Hostbits bleiben übrig. Setze sie alle auf 1: 01111111 ist 127, sodass der Broadcast 192.168.10.127 lautet. Der nutzbare Bereich reicht von 192.168.10.65 bis 192.168.10.126 und enthält $2^6-2=62$ Adressen.

Der Broadcast ist um eins kleiner als die nächste Netzadresse. Wenn du die gesamte Blockgröße zu .64 addierst, erhältst du .128, das nächste Subnetz, nicht den Broadcast dieses Subnetzes.

Die Abkürzung über die Blockgröße nutzen

Wandle bei 172.16.45.200/21 das Präfix /21 in 255.255.248.0 um. Die Grenze liegt im dritten Oktett, mit der Schrittweite 8. Die Vielfachen um 45 herum sind 40 und 48, also liegt 45 in dem Block, der bei 40 beginnt.

• Netzwerk: 172.16.40.0.
• Nächstes Netzwerk: 172.16.48.0.
• Broadcast: 172.16.47.255.
• Erste und letzte nutzbare Adresse: 172.16.40.1 und 172.16.47.254.

Das vollständige vierte Oktett gehört zum Hostanteil. Setze es daher für das Netzwerk auf 0 und für den Broadcast auf 255. Der Block hat 11 Hostbits und damit $2^{11}-2=2.046$ nutzbare Adressen.

Eine Adresse, die auf .0 oder .255 endet, kann in einem größeren Subnetz trotzdem eine Hostadresse sein. Sowohl 172.16.41.0 als auch 172.16.44.255 liegen zwischen diesen Endpunkten. Ihre vollständigen Hostanteile bestehen weder nur aus Nullen noch nur aus Einsen. Beurteile alle Hostbits, nicht nur die letzte Dezimalzahl.

Die Schrittweite beschreibt die Veränderung in einem Oktett und nicht immer die Anzahl der Adressen im gesamten Block. Im /21-Beispiel enthält jeder der acht Werte des dritten Oktetts 256 Werte des letzten Oktetts, was insgesamt 2.048 Adressen ergibt. Ziehst du die beiden reservierten Endpunkte ab, erhältst du dieselben 2.046 nutzbaren Adressen wie mit der Hostbit-Formel. Halte diese beiden Bedeutungen von „Blockgröße“ auseinander, wenn die Grenze vor dem vierten Oktett liegt.

/31 und /32 richtig behandeln

Ein /31 enthält zwei Adressen. Auf einer unterstützten Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen Routern sind nach RFC 3021 beide nutzbar; eine Reservierung für den Broadcast ist nicht nötig. Zum Beispiel lassen sich die beiden Endpunkte von 10.0.0.8/31 mit 10.0.0.8 und 10.0.0.9 adressieren.

Ein /32 identifiziert genau eine Adresse, etwa die einer logischen Loopback-Schnittstelle eines Routers. Es stellt keinen Hostadressbereich bereit. Wende die gewöhnliche Formel, bei der zwei abgezogen wird, auf keinen dieser Sonderfälle an.

Eine Berechnung der Endpunkte prüfen

Prüfe, ob das Netzwerk bei einem Vielfachen der Schrittweite beginnt, die ursprüngliche Adresse innerhalb des Blocks liegt und das nächste Netzwerk unmittelbar nach dem Broadcast beginnt. Bei gewöhnlichen Broadcast-Subnetzen ist die erste nutzbare Adresse Netzwerk + 1 und die letzte nutzbare Adresse Broadcast − 1. Verläuft das Präfix durch das dritte Oktett, hat eine Berechnung, die nur das vierte Oktett ändert, die Grenze verfehlt.

Ein Host entscheidet anhand seiner eigenen Adresse und Maske, ob ein Ziel lokal ist. Ergeben beide Adressen unter dieser Maske dieselbe Netzadresse, sendet er direkt über das lokale Netzwerk. Andernfalls sendet er an sein Standardgateway, eine Routerschnittstelle im eigenen Subnetz.

Netzwerke statt der ersten drei Zahlen vergleichen

192.168.1.100/25 gehört zu 192.168.1.0/25. Die Adresse 192.168.1.130/25 gehört zu 192.168.1.128/25. Ihre ersten drei Oktette stimmen überein, aber die /25-Grenze teilt das letzte Oktett in zwei Hälften. Sie liegen in verschiedenen Subnetzen.

Das Präfix beeinflusst auch, ob eine Adresse zugewiesen werden kann. 192.168.10.64 ist eine nutzbare Adresse in 192.168.10.0/25, dessen Hostadressbereich von .1 bis .126 reicht. In 192.168.10.64/26 ist dieselbe .64 die Netzadresse. Du benötigst sowohl die Adresse als auch die Maske, um das zu beurteilen.

Ein Gateway prüfen

Angenommen, ein PC hat 192.168.10.70/26 mit dem Gateway 192.168.10.1. Das Subnetz des PCs ist 192.168.10.64/26 mit Hostadressen von .65 bis .126. Das Gateway .1 liegt außerhalb dieses Bereichs und ist daher für diese Einstellungen kein gültiges direkt verbundenes Gateway.

Prüfe den Adressplan, bevor du etwas änderst. Gehört der PC in dieses Subnetz, verwende die Adresse der dafür zuständigen Routerschnittstelle, etwa .65, falls dies die konfigurierte Routeradresse ist. Gehört der PC woanders hin, korrigiere seine Adresse oder Maske entsprechend dem Plan. Eine plausibel erscheinende ungenutzte Adresse reicht nicht aus: Der Gateway-Eintrag muss die tatsächliche Routerschnittstelle bezeichnen.

Unterschiedliche Masken erkennen

Host A hat 192.168.1.10/24; Host B hat 192.168.1.200/25. A betrachtet B als lokal. B ordnet sich selbst 192.168.1.128/25 zu und betrachtet A als entfernt. Die Hosts sind sich uneinig, weil ihre Masken unterschiedliche Grenzen festlegen. Die Kommunikation kann fehlschlagen oder vom Routingverhalten abhängen. Schnittstellen, die zum selben Subnetz gehören sollen, müssen dessen geplantes Präfix einheitlich verwenden.

Eine doppelte IP-Adresse verursacht ein anderes Problem: Zwei Schnittstellen beanspruchen dieselbe Adresse im selben Netzwerk. Datenverkehr kann die falsche Schnittstelle erreichen oder zeitweise ausfallen. Dass private Adressen in getrennten Organisationen erneut verwendet werden dürfen, erlaubt keine doppelten Adressen innerhalb eines verbundenen Subnetzes.

Die relevanten Einstellungen lesen

Führe unter Windows ipconfig oder ipconfig /all aus. Unter Linux zeigt ip addr Adressen und Präfixe; ip route zeigt ein Gateway nach default via. Verwende unter macOS die Netzwerkeinstellungen oder ifconfig für Adresse und Maske.

Frage dich, ob die Adresse unter ihrem Präfix nutzbar ist, ob das tatsächliche Gateway im Subnetz liegt und ob das Präfix dem Plan entspricht. Prüfe bei zeitweise auftretenden Symptomen auch, ob die Adresse eindeutig ist.

Unter Cisco IOS legt ein Befehl im Schnittstellenmodus wie ip address 192.168.10.65 255.255.255.192 eine IPv4-Adresse fest. show ip interface brief listet Schnittstellenadressen und Status auf; es ersetzt nicht die Prüfung der konfigurierten Maske. Getrennte geroutete Schnittstellen benötigen normalerweise überlappungsfreie Subnetze, und IOS weist Überlappungen häufig zurück.

Öffentliche IPv4-Adressen sind weltweit eindeutige Adressen, die über das Internet geroutet werden dürfen. Die meisten Organisationen erhalten sie von einem Internetdienstanbieter. Die IANA vergibt Adressraum über fünf regionale Internetregistrierungsstellen: AFRINIC, APNIC, ARIN, LACNIC und RIPE NCC. Eine öffentliche Adresse garantiert nicht, dass ein Gerät Verbindungen annimmt; Routen und Sicherheitseinstellungen spielen weiterhin eine Rolle.

Die drei privaten Blöcke lernen

RFC 1918 reserviert Adressraum, den Organisationen intern erneut verwenden können:

Diese Adressen werden im öffentlichen Internet nicht geroutet. Zwei getrennte Organisationen dürfen beide 10.1.0.0/24 intern verwenden. Innerhalb jedes verbundenen Subnetzes benötigt jede Schnittstelle weiterhin ihre eigene Adresse.

Achte besonders auf 172. Nur die zweiten Oktette 16 bis 31 sind privat. 172.20.10.2 liegt innerhalb des Blocks, 172.15.0.1 und 172.32.0.1 liegen außerhalb. Die Maske 255.240.0.0 hält die ersten vier Bits des zweiten Oktetts fest und umfasst damit 16 mögliche Werte des zweiten Oktetts.

Private Hosts mit öffentlichen Netzwerken verbinden

Ein Grenzrouter oder eine Firewall kann eine Netzwerkadressübersetzung (NAT) durchführen. Für eine ausgehende Verbindung ersetzt das Gerät eine private Quelladresse durch eine öffentliche Adresse und hält die für die Übersetzung der Antwort benötigten Informationen vor.

Die Portadressübersetzung (PAT) ermöglicht mehreren internen Hosts, eine öffentliche Adresse gemeinsam zu nutzen. Portnummern helfen, ihre Verbindungen zu unterscheiden. Das verringert die Anzahl öffentlicher Adressen, die eine Organisation benötigt. NAT und PAT beschreiben Übersetzungsverfahren; sie sind keine zusätzlichen privaten Adressbereiche.

IPv4 hat etwa 4,3 Milliarden mögliche Adressen, wobei erheblicher Adressraum für besondere Zwecke reserviert ist. Die IANA vergab ihre letzten Blöcke aus dem allgemeinen freien Pool im Februar 2011. Private Adressierung mit Übersetzung ermöglicht die erneute Verwendung; IPv6 bietet einen deutlich größeren Adressraum.

Gemeinsam genutzten Adressraum eines Anbieters erkennen

100.64.0.0/10 reicht von 100.64.0.0 bis 100.127.255.255. RFC 6598 reserviert ihn für Netze von Anbietern, die Carrier-Grade-NAT (CGNAT) verwenden. Er ist weder öffentlicher Adressraum noch einer der drei privaten RFC-1918-Blöcke.

Zeigt die externe Schnittstelle eines Heimrouters 100.72.5.9 an, liegt diese Adresse im gemeinsam genutzten Bereich des Internetdienstanbieters. Der Anbieter kann sie erneut übersetzen, bevor der Datenverkehr das öffentliche Internet erreicht. Würde man jede nicht öffentliche Adresse als „RFC 1918“ bezeichnen, ginge dieser Unterschied verloren.

Adressraum wählen, der sich später verbinden lässt

Eine große Organisation kann den privaten Block 10.0.0.0/8 in Standort- und Abteilungsnetzwerke unterteilen. Kleine Router verwenden oft standardmäßig 192.168.0.0/24 oder 192.168.1.0/24. Vergleiche die Pläne, bevor du zwei Standorte über ein VPN verbindest. Verwenden beide dasselbe Subnetz, kann eine Adresse wie 192.168.1.20 nicht eindeutig bezeichnen, welcher Host an welchem Standort gemeint ist. Wähle für Netzwerke, die verbunden werden sollen, überlappungsfreien Adressraum.

Adressen für besondere Zwecke geben Auskunft darüber, wie ein Paket oder eine Schnittstelle verwendet wird. Prüfe den gesamten reservierten Bereich, bevor du eine unbekannte Adresse als gewöhnliche öffentliche Hostadresse behandelst.

Tests, die auf dem Host bleiben

127.0.0.0/8 ist Loopback-Adressraum. 127.0.0.1 ist die übliche Loopback-Adresse, aber auch 127.0.0.53 liegt innerhalb des Blocks. Ein Loopback-Paket bleibt auf dem Host. Ein erfolgreicher ping 127.0.0.1 prüft die lokale IP-Software; das Paket testet weder das Netzwerkkabel noch einen entfernten Router.

Auf eine Verbindung begrenzte Adressen

Der linklokale IPv4-Adressraum ist 169.254.0.0/16. Unter Windows ist er mit Automatic Private IP Addressing (APIPA) verbunden. Ein Host, der keine DHCP-Adresse beziehen kann, kann eine lokale Adresse von 169.254.1.0 bis 169.254.254.255 mit einer /16-Maske wählen. Der erste und der letzte /24-Block sind für diesen Auswahlprozess reserviert.

Eine solche Adresse ermöglicht die Kommunikation auf der lokalen Verbindung, aber keinen gerouteten Internetzugang. Zeigt ein für DHCP konfigurierter Arbeitsplatzrechner unerwartet 169.254.37.12 an, prüfe seine Verbindung, den Switch-Port oder das VLAN und den Pfad zum DHCP-Server. Die Adresse deutet auf eine fehlgeschlagene automatische Zuweisung hin; sie allein zeigt nicht, welche Komponente ausgefallen ist. Eine manuell eingegebene linklokale Adresse kann genauso aussehen.

Die Bedeutungen von Null und Broadcast unterscheiden

0.0.0.0 kann als Quelladresse bedeuten, dass der Host noch keine Adresse hat. In den Einstellungen, unter denen ein Server auf Verbindungen lauscht, bedeutet sie alle lokalen IPv4-Adressen. Mit /0 bezeichnet 0.0.0.0/0 jedes IPv4-Ziel und wird für eine Standardroute verwendet. Das Präfix ändert die Bedeutung.

255.255.255.255 ist der begrenzte Broadcast, der im lokalen Netzwerk bleibt. Der eigene Broadcast eines Subnetzes, etwa 192.168.10.127 für 192.168.10.64/26, ist ein gerichteter Broadcast. Router deaktivieren normalerweise standardmäßig die Weiterleitung gerichteter Broadcasts.

Die anderen Bereiche kennen

Eine Multicast-Adresse bezeichnet ein Gruppenziel, nicht die eigene Unicast-Adresse eines Hosts. Der kleinere Block 224.0.0.0/24 ist für Steuerungsverkehr auf der lokalen Verbindung reserviert. Beispiele sind 224.0.0.5 für OSPF-Router und 224.0.0.251 für Multicast-DNS.

Dokumentationsblöcke ermöglichen es, in Anleitungen realistische Adressberechnungen zu zeigen, ohne einen tatsächlich betriebenen öffentlichen Host zu nennen. Der Benchmark-Adressraum dient kontrollierten Leistungstests. Keine der beiden Kategorien wird zu einem gewöhnlichen Internet-Hostbereich, nur weil sie außerhalb von RFC 1918 liegt. Das Register der IANA für besondere Zwecke ist die Referenz für weniger bekannte Blöcke.

Beim Subnetting wird ein Adressblock unterteilt, indem Bits vom Hostanteil in den Netzanteil verschoben werden. Alle entstehenden Blöcke sind kleiner und haben längere Präfixe. Verwenden sie alle dasselbe Präfix, heißt das Verfahren Subnetting mit fester Präfixlänge (FLSM).

Genügend Subnetzbits wählen

Durch das Entleihen von $s$ Bits entstehen $2^s$ gleich große Subnetze. Addiere $s$ zum ursprünglichen Präfix. Angenommen, du benötigst sechs Subnetze aus 192.168.10.0/24. Zwei zusätzliche Bits ergeben vier Subnetze, das sind zu wenige. Drei ergeben acht, verwende also /27.

Ein /27 lässt fünf Hostbits übrig und ergibt damit $2^5-2=30$ nutzbare Adressen in jedem Subnetz. Seine Maske ist 255.255.255.224 und seine Schrittweite beträgt 32 im letzten Oktett.

Das erste und das letzte Subnetz sind gültig. Ziehe innerhalb eines gewöhnlichen Subnetzes zwei für Netz- und Broadcast-Adresse ab, nicht von der Anzahl der Subnetze. Die alte Regel, nach der das „Nullsubnetz“ und das Subnetz mit lauter Einsen vermieden wurden, gilt bei der modernen klassenlosen Planung nicht.

Genügend Hostbits wählen

Gibt die Anforderung eine Hostanzahl vor, wähle die kleinste Anzahl von Hostbits $h$, für die $2^h-2$ mindestens dieser Anzahl entspricht. Berechne dann das Präfix als $32-h$.

Für 500 nutzbare Adressen ergeben acht Hostbits 254, das sind zu wenige. Neun ergeben 510, verwende also /23. Für 30 nutzbare Adressen passt /27 genau; 31 erfordern /26.

Zähle jede Schnittstelle, die eine Adresse benötigt. Dreißig Computer und ein Router-Gateway benötigen 31 nutzbare Adressen, noch bevor Drucker, Server oder die Switch-Verwaltung hinzukommen. Ist das Gateway in einer angegebenen Hostanzahl bereits enthalten, zähle es nicht noch einmal hinzu.

Eine Präfixänderung kann auch dazu führen, dass die Liste eine Oktettgrenze überschreitet. Wenn du 10.30.8.0/22 in /25-Subnetze unterteilst, entleihst du drei Bits und erhältst acht Blöcke. Ihre Anfänge sind 10.30.8.0, 10.30.8.128, 10.30.9.0, 10.30.9.128 und so weiter bis 10.30.11.128. Nach dem Block mit .128 im letzten Oktett wird beim nächsten Anfang das dritte Oktett erhöht und das vierte zurückgesetzt. Jeder Block enthält weiterhin insgesamt 128 Adressen.

Beide Anforderungen prüfen

Ein Plan kann die Hostanforderung erfüllen und an der Subnetzanzahl scheitern. Fünf LANs, die jeweils 40 nutzbare Adressen benötigen, erfordern fünf /26-Blöcke. Ein /24 enthält nur vier dieser Blöcke. Die fünf Blöcke benötigen insgesamt 320 Adressen und passen daher nicht in 256. Ein /23 bietet Platz für acht /26-Blöcke.

Umgekehrt kann die Unterteilung in viele sehr kleine Blöcke die geforderte Subnetzanzahl erfüllen, aber in jedem Subnetz zu wenige Hostadressen übrig lassen. Gehe vom vorgegebenen übergeordneten Adressblock aus, berechne ein mögliches Präfix und prüfe beide Anforderungen, bevor du die Netzwerke auflistest.

FLSM hält den Plan einfach, aber alle Netzwerke erhalten dieselbe Größe. Wird einer Routerverbindung mit zwei Schnittstellen ein /27 zugewiesen, bleiben 28 nutzbare Adressen ungenutzt. Bei stark unterschiedlichem Bedarf lässt sich der übergeordnete Adressraum mit verschiedenen Präfixlängen effizienter nutzen.

Beim Subnetting mit variablen Subnetzmasken (VLSM) erhält jedes Subnetz seine eigene Präfixlänge. Ein großes LAN kann ein /25, ein kleineres LAN ein /27 und eine Routerverbindung mit zwei Schnittstellen ein /30 erhalten, alle innerhalb desselben übergeordneten Adressblocks.

Zuerst die benötigten Größen bestimmen

Plane 192.168.50.0/24 für drei LANs, die 100, 50 und 20 nutzbare Adressen benötigen, sowie zwei Routerverbindungen. In diesem Beispiel sind die Gateways bereits in den LAN-Zahlen enthalten.

• Für 100 werden sieben Hostbits benötigt: 126 nutzbare Adressen, also /25.
• Für 50 werden sechs benötigt: 62 nutzbare Adressen, also /26.
• Für 20 werden fünf benötigt: 30 nutzbare Adressen, also /27.
• Jede Verbindung verwendet /30: zwei nutzbare Adressen.

Plane erwartete Erweiterungen ein, bevor du diese Entscheidungen triffst. Eine aktuelle Anzahl von 50 passt möglicherweise in ein /26, ein Bedarf von 70 nach einer Erweiterung aber nicht.

Vom größten zum kleinsten Block zuweisen

Große Blöcke haben weniger mögliche Anfangspositionen. In einem /24 beginnt ein /25 bei .0 oder .128. Werden kleine Blöcke zuerst zugewiesen, kann der freie Platz auf beide Hälften aufgeteilt werden, sodass kein vollständiges /25 übrig bleibt.

Alle abgekürzten Adressen in der Tabelle beginnen mit 192.168.50. Die Masken lauten entsprechend 255.255.255.128, .192, .224 und .252.

Gehe nach der Platzierung eines Blocks zur nächsten freien Adresse, die für die Größe des nächsten Blocks passend ausgerichtet ist. Ein /26 muss bei einem Vielfachen von 64 im letzten Oktett beginnen. 192.168.50.100/26 ist eine Hostadresse innerhalb des .64-Blocks und kein neues Netzwerk, das bei .100 beginnt.

Den freien Platz berücksichtigen

Der Plan verwendet insgesamt 128 + 64 + 32 + 4 + 4 = 232 Adressen. Die Adressen .232 bis .255 bleiben frei: 24 Adressen, darstellbar als 192.168.50.232/29 und 192.168.50.240/28.

Ein viertes LAN, das 20 nutzbare Adressen benötigt, braucht ein vollständiges /27, also insgesamt 32 Adressen. Es passt nicht in diese 24 verbleibenden Adressen. Selbst wenn die Gesamtzahl der freien Adressen ausreicht, müssen auch ihre Ausrichtung und ihr Zusammenhalt zum benötigten Block passen. Ein /23 als Ausgangspunkt würde mehr Platz bieten, um größere Blöcke für Erweiterungen freizuhalten.

Auf einer unterstützten Punkt-zu-Punkt-Verbindung nutzt ein /31 seine beiden Adressen und benötigt halb so viel Platz wie ein /30. Wähle die Konvention für die Verbindung, bevor du den Plan abschließt; ihre Endpunkte müssen sie unterstützen.

Eine Erweiterungsreserve kann dazu führen, dass ein Schwellenwert überschritten und ein anderes Präfix benötigt wird. Ein LAN mit Bedarf für 14 nutzbare Adressen passt in /28; eine zusätzlich benötigte Schnittstelle erhöht den Bedarf aber auf 15 und macht /27 erforderlich. Die Zuweisung verdoppelt sich von insgesamt 16 auf 32 Adressen. Zähle erwartete Geräte zum Bedarf an nutzbaren Adressen hinzu, bevor du auf einen Block mit einer Zweierpotenz von Adressen aufrundest; einige Reserveadressen nach der Wahl von /28 hinzuzufügen, kann den Block nicht über seine Grenze hinaus vergrößern.

Den Plan prüfen

Halte für jedes Netzwerk Präfix, Maske in Dezimalpunktschreibweise, nutzbaren Bereich und Broadcast fest. Prüfe, ob jedes Subnetz seinen Bedarf erfüllt, an seiner eigenen Blockgrenze beginnt, innerhalb des übergeordneten Blocks bleibt und keine andere Zuweisung überlappt.

Ein nutzbarer Plan benötigt getrennte, korrekt ausgerichtete Blöcke. Die Routenaggregation, auch Zusammenfassung oder Supernetting genannt, bezeichnet anschließend geeignete Gruppen von Blöcken mit einem kürzeren Präfix. Sowohl die Prüfung auf Überlappungen als auch die Zusammenfassung hängen von den Adressgrenzen ab.

Ausrichtung und Überlappung prüfen

Bei einer Netzadresse müssen alle Hostbits null sein. Für /26 beträgt die Schrittweite im letzten Oktett 64. 192.168.1.32/26 ist daher kein Netzwerk, das bei .32 beginnt; die Adresse liegt innerhalb von 192.168.1.0/26.

Zwei korrekt ausgerichtete CIDR-Blöcke bleiben entweder getrennt oder einer enthält den anderen. 10.0.0.0/23 umfasst 10.0.0.0 bis 10.0.1.255. Ein vorgeschlagenes 10.0.1.0/24 liegt vollständig darin. Die Blöcke überlappen sich, obwohl sich ihre geschriebenen Netzadressen unterscheiden.

Um dies effizient zu prüfen, wende das kürzere Präfix auf beide Netzadressen an. Stimmen die Ergebnisse überein, liegt der spezifischere Block innerhalb des weniger spezifischen. Du kannst auch die vollständigen Bereiche von der ersten bis zur letzten Adresse vergleichen. Getrennte Zuweisungen in einem Adressplan dürfen keine gemeinsamen Adressen beanspruchen.

Eine exakte Zusammenfassung bestimmen

Betrachte vier Netzwerke: 172.16.0.0/24, 172.16.1.0/24, 172.16.2.0/24 und 172.16.3.0/24. Sie hängen zusammen und enthalten insgesamt 1.024 Adressen.

Die ersten beiden Oktette haben 16 gemeinsame Bits. Im dritten Oktett ist 0 gleich 00000000 und 3 gleich 00000011; die ersten sechs Bits stimmen überein. Wenn du 22 Bits beibehältst, erhältst du 172.16.0.0/22; es umfasst genau 172.16.0.0 bis 172.16.3.255.

Für eine exakte Zusammenfassung in einem einzelnen Block muss der erfasste Bereich zusammenhängend sein, eine Zweierpotenz von Adressen enthalten und an der passenden Grenze beginnen. Bei gleich großen Ausgangsblöcken muss auch ihre Anzahl eine Zweierpotenz sein. Unterschiedlich große Blöcke lassen sich ebenfalls zusammenfassen: 192.168.10.0/25, 192.168.10.128/26 und 192.168.10.192/26 füllen ein vollständiges /24.

Einen umfassenden von einem exakten Block unterscheiden

Vier /24-Blöcke von 172.16.1.0/24 bis 172.16.4.0/24 enthalten ebenfalls 1.024 Adressen, beginnen aber für ein /22 an der falschen Grenze. Der kleinste einzelne Block, der sie enthält, ist 172.16.0.0/21. Er enthält zusätzliche /24-Blöcke außerhalb der gewünschten Gruppe.

Verwende die erste Adresse des ersten Blocks und die letzte Adresse des letzten Blocks, um ein umfassendes Präfix zu prüfen. Wenn du nur die Netzadressen betrachtest, kannst du die Größe des letzten Blocks übersehen. Zum Beispiel lassen sich 10.20.0.0/24 und 10.20.1.0/23 nicht als zwei gültige benachbarte Zuweisungen behandeln: Die zweite Angabe ist falsch ausgerichtet und liegt tatsächlich innerhalb von 10.20.0.0/23.

Ein Adressplan, der jedem Standort einen zusammenhängenden, ausgerichteten übergeordneten Block zuweist, lässt sich leichter zusammenfassen und erweitern. Zum Beispiel ermöglichen die getrennten Standortblöcke 10.1.0.0/16 und 10.2.0.0/16, dass die kleineren Subnetze jedes Standorts ein klares gemeinsames Präfix behalten.

IPv6 verwendet 128-Bit-Adressen gegenüber den 32 Bits von IPv4. Sein Adressraum enthält etwa $\mathrm{3,4}\times {10}^{38}$ Adressen. Der größere Adressraum ermöglicht weltweit eindeutige Adressierung in einem Umfang, den IPv4 nicht bieten kann.

Hexadezimale Gruppen lesen

Die Hexadezimaldarstellung verwendet 0–9 und a–f; a bedeutet 10 und f bedeutet 15. Jede Ziffer stellt vier Bits dar, ein Nibble. Hexadezimal 4b stellt 0100 1011 dar, also dezimal 75. Vier Hexadezimalziffern bilden eine 16-Bit-Gruppe, die oft Hextett genannt wird.

Eine vollständige IPv6-Adresse hat acht durch Doppelpunkte getrennte Gruppen:

2001:0db8:0000:0000:0008:0800:200c:417a

Acht Gruppen zu je 16 Bits ergeben zusammen alle 128 Bits. Bei Hexadezimalbuchstaben wird nicht zwischen Groß- und Kleinschreibung unterschieden, die empfohlene Textform verwendet jedoch Kleinbuchstaben.

Kürzen, ohne Werte zu ändern

Entferne zuerst führende Nullen innerhalb jeder Gruppe. Aus 0db8 wird db8, aus 0008 wird 8 und aus 0000 wird 0. Behalte Nullen im Inneren und am Ende bei: Aus 0800 wird 800, nicht 8.

Ersetze anschließend eine zusammenhängende Folge von Gruppen, die nur aus Nullen bestehen, durch ::. Verwende dies nur einmal. Zwei doppelte Doppelpunkte würden die Aufteilung der fehlenden Gruppen mehrdeutig machen. Das vollständige Beispiel wird zu 2001:db8::8:800:200c:417a.

RFC 5952 empfiehlt, die längste Folge zu komprimieren. Sind Folgen gleich lang, komprimiere die erste. Lasse eine einzelne Nullgruppe als 0 stehen:

Die letzte Adresse hat nur eine Nullgruppe, daher bleibt sie in der empfohlenen Form sichtbar. Ob eine IPv6-Schreibweise gültig ist und ob sie empfohlen wird, sind unterschiedliche Fragen: Manche gültigen Formen sind länger oder verwenden Großbuchstaben.

Eine verkürzte Adresse erweitern

Bei 2001:db8:acad:12::100 sind fünf Gruppen sichtbar. Acht minus fünf ergibt drei Nullgruppen, die durch :: dargestellt werden. Füge sie ein und fülle dann jede Gruppe auf vier Ziffern auf:

2001:0db8:acad:0012:0000:0000:0000:0100

Diese Erweiterung zeigt auch, warum sich 2001:db8::1 und 2001:db8::1:0 unterscheiden. Ihre letzten 16 Bits sind verschieden; das Entfernen einer nachgestellten Nullgruppe ändert die Adresse.

In einer URL trennen eckige Klammern eine direkt angegebene IPv6-Adresse von einem Port: http://[2001:db8::10]:8080/. Die Klammern sind hier Teil der URL-Syntax, während die Doppelpunkte darin die Adresse kennzeichnen.

Ansätze für das Nebeneinander erkennen

IPv4 und IPv6 verwenden unterschiedliche Paketformate und kommunizieren nicht direkt miteinander. Dual Stack betreibt beide Protokolle, sodass jede Verbindung das passende verwenden kann. Tunneling transportiert Pakete eines Protokolls innerhalb von Paketen des anderen durch ein dazwischenliegendes Netzwerk. NAT64, häufig zusammen mit DNS64 eingesetzt, übersetzt zwischen Clients, die nur IPv6 nutzen, und Servern, die nur IPv4 nutzen. Das sind unterschiedliche Aufgaben: Wenn einem Dual-Stack-Host eine IPv6-Adresse hinzugefügt wird, übersetzt das kein IPv4-Paket.

Ein IPv6-Präfix behält die angegebene Anzahl von Bits von links an bei. 2001:db8:acad:12::25/64 hat ein 64-Bit-Netzwerkpräfix und eine 64-Bit-Schnittstellen-ID. IPv6 verwendet Präfixe mit Schrägstrich, keine Subnetzmasken in Dezimalpunktschreibweise.

Für LANs ein /64 beibehalten

Das Standard-LAN-Subnetz ist /64. Es unterstützt die 64-Bit-Schnittstellen-IDs, die SLAAC und das modifizierte EUI-64-Verfahren verwenden. Ein /64 enthält $2^{64}$ Adressen, etwa $\mathrm{1,8}\times {10}^{19}$. Daher werden bei der LAN-Planung Blöcke nicht verkleinert, um zu einigen Dutzend Hosts zu passen.

Bei einem /64 behältst du die ersten vier vollständigen Gruppen und setzt die anderen vier auf null. Die Adresse 2001:db8:acad:12:a::1/64 gehört zu 2001:db8:acad:12::/64. Dieses Präfix bleibt eine vollständige IPv6-Adresse: Würde :: weggelassen, wären nur vier Gruppen geschrieben und es gäbe keine Notation für die fehlenden Gruppen.

Standort, Subnetz und Schnittstelle trennen

Ein typischer Standortplan enthält ein globales Routingpräfix, eine Subnetz-ID und die Schnittstellen-ID. Erhält der Standort ein /48, sind seine ersten drei Gruppen festgelegt. Die vierte Gruppe liefert 16 Subnetzbits vor der /64-Grenze zur Schnittstellen-ID.

Die Subnetzanzahl beträgt $2^{64-48}=65.536$. Zähle in der vierten Gruppe von 0 bis ffff:

• 2001:db8:acad::/64.
• 2001:db8:acad:1::/64.
• 2001:db8:acad:2::/64.
• Weiter bis 2001:db8:acad:ffff::/64.

Ein /56 lässt acht Subnetzbits übrig und ergibt damit $2^{64-56}=256$ LAN-Subnetze. Bei 2001:db8:acad:4b00::/56 bleiben die ersten beiden Hexadezimalziffern der vierten Gruppe, 4b, fest. Die /64-Subnetzgruppe kann von 4b00 bis 4bff reichen.

Grenzen innerhalb von Gruppen lesen

Jede Hexadezimalziffer enthält vier Bits. Durch vier teilbare Präfixlängen liegen auf Nibble-Grenzen, die leicht zu erkennen sind. Bei /56 behältst du 14 Hexadezimalziffern. Auf 2001:db8:acad:4b7f::25 angewendet, ergibt das 2001:db8:acad:4b00::/56: Die letzten beiden Ziffern der vierten Gruppe werden zu null.

Subnetz-IDs sind hexadezimal. Eine als 10 geschriebene ID steht für dezimal 16, nicht für zehn. Ein Plan kann VLAN 10 mit dem Subnetztext 10 bezeichnen, aber das ist eine Wahl der Bezeichnung und keine Dezimalrechnung.

Die Regel zur Subnetzanzahl funktioniert auch abseits von Nibble-Grenzen. Ein /55 für einen Standort lässt neun Bits vor /64 übrig und enthält daher 512 LANs. Bei 2001:db8:acad:4a00::/55 reicht die LAN-Gruppe von 4a00 bis 4bff: Ein Bit der zweiten Hexadezimalziffer dieser Gruppe kann variieren. Ein bei 4a00 beginnendes /56 endet dagegen bei 4aff. Zähle die Bits, wenn ein Präfix durch eine Hexadezimalziffer verläuft; würdest du nur ganze Ziffern beibehalten, ginge dieses zusätzliche Subnetzbit verloren.

Verbindungen zwischen Routern können /64 oder /127 verwenden; Letzteres enthält nach RFC 6164 genau zwei Adressen. Diese Wahl für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen ändert nichts am standardmäßigen /64-Aufbau für LANs.

Eine Schnittstelle konfigurieren und überprüfen

Im Schnittstellenkonfigurationsmodus von Cisco IOS weist ipv6 address 2001:db8:acad:1::1/64 eine Adresse zu. Wenn du eui-64 an einen Befehl mit /64-Präfix anhängst, wird der Router angewiesen, die ID aus seiner MAC-Adresse zu bilden. show ipv6 interface brief listet Adressen auf, einschließlich linklokaler Adressen. Windows ipconfig und Linux ip -6 addr zeigen ebenfalls IPv6-Einstellungen. Prüfe neben der Adresse auch das Präfix: Eine korrekt aussehende Host-ID kann ein falsches Subnetzpräfix nicht korrigieren.

Eine Unicast-Adresse identifiziert eine Schnittstelle. Eine IPv6-Schnittstelle hat normalerweise eine linklokale Adresse und kann außerdem globale oder Unique Local Addresses haben. Mehrere Adressen an einer Schnittstelle sind üblich. Prüfe daher die Rolle jeder Adresse, bevor du entscheidest, welche du verwendest.

Globale Unicast-Adressen

Der derzeit vergebene globale Unicast-Adressraum ist 2000::/3 und beginnt mit der Hexadezimalziffer 2 oder 3. Diese Adressen sind für weltweit eindeutige, im Internet routbare Unicast-Kommunikation vorgesehen. Der Bereich enthält auch Reservierungen für besondere Zwecke: 2001:db8::/32 und 3fff::/20 sind zum Beispiel Dokumentationsadressraum. Eine führende 2 oder 3 ist ein erster Hinweis zur Einordnung, aber keine Erlaubnis, eine beliebige Adresse aus diesem Bereich zuzuweisen.

Wie bei öffentlichem IPv4 garantiert der globale Gültigkeitsbereich nicht, dass ein Dienst erreichbar ist. Das Netzwerk muss das Präfix routen und Sicherheitsrichtlinien können Datenverkehr blockieren.

Linklokale Adressen

Das reservierte linklokale Präfix ist fe80::/10. In seinem Adressformat folgen bis zur /64-Grenze Nullbits und danach eine 64-Bit-Schnittstellen-ID, sodass gewöhnliche Adressen als fe80::... erscheinen.

Linklokale Adressen dienen der Kommunikation auf einer Verbindung. Router leiten Pakete mit linklokaler Quell- oder Zieladresse nie auf eine andere Verbindung weiter. IPv6 Neighbor Discovery und Router Advertisements nutzen diese lokale Reichweite; das Standardgateway eines Hosts ist oft die linklokale Adresse eines Routers.

Da fe80::1 auf mehreren getrennten Verbindungen vorkommen kann, benötigt ein Host möglicherweise einen Zonenindex, um die Schnittstelle auszuwählen. fe80::1%eth0 bezeichnet die Linux-Schnittstelle mit dem Namen eth0. Windows zeigt möglicherweise eine Schnittstellennummer wie %12 an. Die Zone ist eine lokale Information und kein weiterer Teil der 128 Adressbits.

Unique Local Addresses

Unique Local Addresses (ULAs) belegen fc00::/7. Lokal zugewiesene ULAs beginnen mit fd aus fd00::/8. Ein Standortpräfix kombiniert diesen Anfang mit einer zufällig gewählten 40-Bit-Global-ID und ergibt ein /48. Danach folgen eine 16-Bit-Subnetz-ID und eine 64-Bit-Schnittstellen-ID.

Zum Beispiel bietet fd3c:9a21:7b04::/48 eine standortlokale Adressierung, ohne vom globalen Präfix eines Internetdienstanbieters abzuhängen. Die zufällige Global-ID macht eine versehentliche Überlappung unabhängig geplanter Standorte unwahrscheinlich. ULAs werden nicht im öffentlichen Internet geroutet, funktionieren aber innerhalb einer gerouteten Organisation, ohne NAT zu benötigen.

Ein Host kann eine ULA für einen internen Dienst und eine globale Adresse für einen Internetdienst verwenden. Seine Quelladressenauswahl wählt eine passende Adresse für die Verbindung. Die ältere Site-Local-Kategorie fec0::/10 wurde als veraltet eingestuft und durch den ULA-Ansatz ersetzt.

Eine ULA und eine linklokale Adresse erfüllen daher unterschiedliche Anforderungen: Eine Organisation kann eine ULA zwischen ihren internen Subnetzen routen, während eine linklokale Adresse auf ihrer ursprünglichen Verbindung bleibt.

IPv6 hat keine Broadcast-Adressen. Es verwendet Multicast-Gruppen für viele Aufgaben, bei denen Daten an mehrere interessierte Schnittstellen zugestellt werden müssen. Andere besondere Adressen bezeichnen lokale Tests, nicht konfigurierte Quellen oder die Kompatibilität mit IPv4.

Multicast-Gruppen und Gültigkeitsbereiche lesen

Multicast-Adressen beginnen mit ff, dem Bereich ff00::/8. Die nächsten vier Bits sind Flags und die folgenden vier legen den Gültigkeitsbereich fest, also den Bereich, in dem die Gruppe gültig ist. Gültigkeitsbereich 1 ist schnittstellenlokal, 2 linklokal, 5 standortlokal, 8 organisationslokal und e global. Eine Multicast-Adresse ist ein Ziel, niemals die Quelle eines Pakets.

Eine Solicited-Node-Multicast-Adresse kombiniert ff02::1:ff00:0/104 mit den letzten 24 Bits einer Unicast-Adresse. Erweitere bei 2001:db8:acad:1::7:3a die Endung zu 0007:003a. Die letzten 24 Bits sind 07:003a, was ff02::1:ff07:3a ergibt. Neighbor Discovery kann eine Anfrage an diese kleinere Gruppe statt an alle Knoten senden. Verschiedene Unicast-Adressen können dieselben letzten 24 Bits haben, sodass die Gruppe nicht unbedingt nur eine Schnittstelle identifiziert.

Anycast von Multicast unterscheiden

Bei Anycast wird dieselbe Unicast-Adresse auf mehreren Schnittstellen konfiguriert. Das Routing stellt ein Paket anhand von Routingmetriken und Richtlinien einem ausgewählten Ziel zu. Das muss nicht der geografisch nächste Server oder der mit der geringsten gemessenen Verzögerung sein. Öffentliche DNS-Dienste verwenden diesen Ansatz sowohl bei IPv4 als auch bei IPv6.

Multicast stellt Daten an Gruppenmitglieder zu; Anycast wählt ein Ziel aus. Eine Anycast-Adresse hat kein besonderes sichtbares Präfix: Konfiguration und Routing machen sie zu Anycast.

Besondere Einzeladressen erkennen

::1/128 ist Loopback, die einzige IPv6-Adresse für Datenverkehr, der auf dem Host bleibt. ::/128, normalerweise als :: geschrieben, ist die unspezifizierte Adresse und wird als Quelle verwendet, bevor eine Adresse verfügbar ist. Mit /0 beschreibt ::/0 dagegen alle IPv6-Ziele und bezeichnet eine Standardroute.

Dokumentationspräfixe sind 2001:db8::/32 und 3fff::/20. Sie ermöglichen Beispiele, ohne tatsächlich betriebene globale Hosts zu nennen.

In IPv6-Text eingebettetes IPv4 erkennen

IPv4-abgebildete Adressen verwenden ::ffff:0:0/96 auf Dual-Stack-Hosts. ::ffff:192.0.2.10 entspricht ::ffff:c000:20a; die letzten 32 Bits enthalten den IPv4-Wert.

Du kannst den eingebetteten Wert Byte für Byte prüfen. Dezimal 192 wird zu hexadezimal c0, 0 zu 00, 2 zu 02 und 10 zu 0a. Werden die Bytes als c000:020a gruppiert, bleiben alle 32 Bits erhalten; beim Kürzen wird nur die führende Null von 020a entfernt. Deshalb können eine Endung in Dezimalpunktschreibweise und eine hexadezimale Endung denselben abgebildeten Wert bezeichnen.

Das bekannte NAT64-Präfix ist 64:ff9b::/96, also ist 64:ff9b::192.0.2.10 gleich 64:ff9b::c000:20a. Obwohl beide Formen IPv4-Bits einbetten, dienen sie unterschiedlichen Zwecken. Eine abgebildete Adresse stellt einen IPv4-Endpunkt innerhalb der IPv6-Programmierschnittstelle eines Hosts dar; das NAT64-Präfix bezeichnet Adressen, die ein Übersetzer verwendet.

In einem /64-Subnetz umfasst die Schnittstellen-ID die letzten 64 Bits der Adresse. Sie kann manuell festgelegt, von DHCPv6 zugewiesen oder vom Host über SLAAC erstellt werden. Vom Host erstellte IDs können zufällig sein oder dem modifizierten EUI-64-Verfahren folgen.

Eine MAC-Adresse in eine ID umwandeln

Eine MAC-Adresse hat 48 Bits. Das modifizierte EUI-64-Verfahren erweitert sie auf 64 Bits und ändert ein Bit. Verwende die MAC-Adresse 00:1a:2b:3c:4d:5e:

1. Teile sie in zwei 24-Bit-Hälften: 001a2b und 3c4d5e.
2. Füge fffe dazwischen ein: 001a2bfffe3c4d5e.
3. Gruppiere in vier Hextetts um: 001a:2bff:fe3c:4d5e.
4. Kehre das U/L-Bit im ersten Byte um. Es hat den Wert 2 und ist das siebte Bit von links. Binär 00000000 wird zu 00000010, also wird 00 zu 02.

Die ID lautet 021a:2bff:fe3c:4d5e. Kombiniert mit 2001:db8:acad:1::/64 ergibt sie 2001:db8:acad:1:21a:2bff:fe3c:4d5e. Die führende Null von 021a entfällt in der empfohlenen IPv6-Textform. Eine linklokale Adresse mit dieser ID ist fe80::21a:2bff:fe3c:4d5e.

Das Bit in beide Richtungen umkehren

„Umkehren“ bedeutet, 0 in 1 oder 1 in 0 zu ändern. Es bedeutet nicht immer, 2 zu addieren. Ein erstes Byte mit dem Wert 02 wird zu 00. Bei der MAC-Adresse 3c:22:fb:12:34:56 ist das erste Byte 3c gleich 00111100. Das Umkehren seines Bits mit dem Wert 2 ergibt 00111110, also 3e. Die fertige ID ist 3e22:fbff:fe12:3456.

Füge fffe zwischen den ursprünglichen Hälften ein, bevor du in Hextetts gruppierst. Es erscheint über die mittlere Hextettgrenze hinweg im Muster xxxx:xxff:fexx:xxxx. Wenn du es am Ende anhängst, entsteht eine andere ID.

Eine ID sorgfältig lesen

Das Muster ff:fe in der Mitte deutet auf das modifizierte EUI-64-Verfahren hin, aber eine manuell gewählte oder zufällige ID kann dieselben Bits enthalten. Gewinne eine MAC-Adresse nur zurück, wenn du weißt, dass dieses Verfahren verwendet wurde: Entferne das eingefügte fffe und kehre dann das Bit mit dem Wert 2 erneut um. Durch Wiederholung wird der Vorgang rückgängig gemacht.

Nimm für eine Rückrechnung an, dass 0a64:22ff:fe12:ab34 bekanntermaßen nach dem modifizierten EUI-64-Verfahren gebildet wurde. Entferne fffe aus der Mitte, um 0a:64:22:12:ab:34 zurückzugewinnen. Kehre das Bit mit dem Wert 2 im ersten Byte um: Aus 0a wird 08. Die ursprüngliche MAC-Adresse lautet 08:64:22:12:ab:34. Das bloße Entfernen des eingefügten Teils würde das falsche erste Byte ergeben; mache beide Schritte der Bildung rückgängig.

Eine aus der MAC-Adresse abgeleitete ID kann es Beobachtern ermöglichen, die Aktivitäten eines Geräts über Netzwerke hinweg miteinander zu verknüpfen. Moderne Desktop- und Mobilbetriebssysteme verwenden häufig stabile netzspezifische IDs und temporäre IDs für ausgehende Verbindungen und verringern so diese Möglichkeit. Eine zufällig aussehende ID ist normal; SLAAC benötigt keinen aus einer MAC-Adresse abgeleiteten Wert.

Vor der Verwendung die Eindeutigkeit prüfen

Ein Host führt für eine neue Unicast-Adresse die Erkennung doppelter Adressen (DAD) durch. Er sendet eine Neighbor Solicitation von der unspezifizierten Quelle :: an die Solicited-Node-Multicast-Gruppe der Adresse. Wird ein Konflikt erkannt, kann der Host diese Adresse nicht verwenden. Andernfalls kann die Adresse nach Abschluss der Prüfung vom vorläufigen in den nutzbaren Zustand übergehen. Eine 64-Bit-Schnittstellen-ID und ein korrektes Präfix legen die Form der Adresse fest; DAD prüft, ob sie auf der Verbindung bereits verwendet wird.