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IP-Adresse Begriffserklärung und Definition

ip-adresseDie Internet Adresse, auch IP-Adresse genannt, ist für die Kommunikation im Internet und allen weiteren Netzen mit Internet Protokoll von zentraler Bedeutung. Jedes an das Netzwerk angeschlossene Gerät besitzt eine eigene IP-Adresse, mit deren Hilfe es versendete Datenpakete adressiert. Netzwerkelemente innerhalb des Netzes werten diese IP-Adressen aus und stellen Sie über viele Vermittlungsknoten hinweg zu.

IP-Version und Aufbau der IP-Adresse

Im Internet sind heutzutage zwei Internetprotokoll-Versionen mit unterschiedlichem Aufbau der IP-Adresse im Einsatz. Die größte Bedeutung hat dabei das Internet Protokoll in der Version 4, das seit der Einführung des Internets fast im kompletten Netz Anwendung findet. In jüngster Zeit gewinnt das Internet Protokoll in der Version 6 zunehmend an Bedeutung und wird längerfristig das in einigen Bereichen den heutigen Anforderungen nicht mehr gewachsene IPv4 ablösen. Beide Versionen nutzen unterschiedliche Regeln für den Aufbau der IP-Adresse.

Die IPv4-Adresse setzt sich aus vier Bytes, also 32 Bit, zusammen und wird in der so genannten „Dotted Decimal Notation“ dargestellt. Die vier Bytes werden durch Punkte voneinander getrennt und als ganze Zahlen notiert. Eine Adresse in dieser Schreibweise lautet zum Beispiel 203.4.112.8

Insgesamt können mit den vier Bytes der IPv4 Adresse theoretisch 4.294.967.296 einzelne Geräte adressiert werden. Da einzelne Adressbereiche allerdings nicht für die Adressierung von Endgeräten verwendet werden dürfen und auch durch die Netzwerkdefinitionen einige Bereiche nicht für die Adressierung zur Verfügung stehen, liegt die tatsächlich praktisch verwendbare Anzahl weit darunter. Diese zahlenmäßige Einschränkung ist auch der Grund dafür, dass bereits heute die IP-Adressen in der Version vier knapp geworden sind und mittel- bis längerfristig durch IP-Adressen des neuen IPv6 Protokolls ersetzt werden müssen.

IPv6 Adressen setzen sich aus insgesamt 16 Bytes, also 128 Bit, zusammen und bieten eine fast unbegrenzte Zahl an möglichen IP-Adressen. Theoretisch lassen sich 3,4 x 10 hoch 38 IP-Adressen erzeugen. Dies reicht um ein Billionen-faches der aktuellen Weltbevölkerung mit über einer Billiarde Adressen pro Person zu versorgen. IPv6 löst damit das Problem der Adressknappheit endgültig, da im Prinzip eine beliebige Anzahl an Geräten mit eigenen Adressen ausgestattet werden können. Die Schreibweise bei iPv6 Adressen unterscheidet sich von der IPv4 Schreibweise, da die „Dotted Decimal Notation“ sehr unübersichtlich wäre. Deshalb werden die Adressen hexadezimal notiert, jeweils in zweier Oktetts zusammengefasst und mit einem Doppelpunkt getrennt.

Eine Adresse in dieser Schreibweise lautet zum Beispiel 2001:0db8:86a4:0000:0000:2a2e:0451:3487. Zur weiteren Vereinfachung der Schreibweise, dürfen Adressbereiche mit Nullen weggelassen und durch „::“ gekennzeichnet werden. Aus der Adresse des obigen Beispiels wird dann 2001:0db8:86a4::2a2e:0451:3487.

Die Maskierung der IP-Adresse und die Unterscheidung zwischen privaten bzw. öffentlichen Adressbereichen
Zu einer IP-Adresse gehört zur vollständigen Definition von Netz- und Hostanteil immer auch die so genannte Netzmaske bzw. die Präfixlänge. Diese bestimmt, welcher Teil der IP-Adresse das eigentliche Netzwerk und welcher Teil den Host in diesem Netzwerk darstellt. Rechner in einem identischen Subnetzwerk unterscheiden sich nur im jeweiligen Hostanteil und besitzen einen gleichen Netzwerkanteil der IP-Adresse. Beispiel für eine IP-Adresse mit Netzwerkmaske im IPv4 Umfeld wäre:

192.168.1.15 255.255.255.0

Die Netzwerkmaske in diesem Beispiel bestimmt die ersten drei Bytes 192.168.1 als Netzwerkanteil und die Adresse 15 als Hostanteil. Insgesamt wären in diesem Netz 255 verschiedene Einzeladressen möglich. Die Präfixlänge ist 24 und errechnet sich aus 3 x 8 Bytes.

Bei den IP-Adressen wird auch zwischen so genannten privaten und öffentlichen Adressen unterschieden. Bestimmte Adressbereiche wie zum Beispiel die Netze aus dem Bereich 10.0.0.0 255.0.0.0. sind für den privaten Gebrauch und werden im öffentlichen Internet nicht geroutet. Für private Netze können die definierten Adressbereiche beliebig verwendet werden und müssen nicht weltweit eindeutig sein. Folglich besteht bei privaten Adressen auch keine Pflicht zur Registrierung. Möchte man allerdings im öffentlichen Internet kommunizieren, benötigt man auch eine öffentliche und damit offizielle IP-Adresse. Diese muss weltweit einzigartig sein, damit die Zustellung im Internet möglich ist. Offizielle IP-Adressen sind bei der IANA (Internet Assigned Number Authority) oder den regional zuständigen RIRs (Regional Internet Registry) wie zum Beispiel der RIPE NCC (Réseaux IP Européens Network Coordination Centre) zu registrieren.

Sollen Geräte aus privat adressierten Netzen auch im öffentlichen Internet kommunizieren können, muss an der definierten Netzwerkgrenze dafür gesorgt werden, dass die private Adresse durch eine öffentliche Adresse ersetzt wird. Für solche Zwecke stehen besondere Techniken, wie zum Beispiel NAT (Network Adress Translation) oder PAT (Port Adress Translation) zur Verfügung.

Das Routing Anhand der IP-Adresse

Die Wegefindung im Internet bzw. in einem IP Netz wird anhand der IP-Adresse durchgeführt und nennt sich Routing. Zu diesem Zweck werten Netzwerkelemente im Internet die IP-Adressen anhand der Netzwerkmaske bzw. des Präfixes aus, bestimmen den Netzanteil und leiten das Paket anhand der Zieladresse und der eigenen Routingtabelle zum nächsten Router auf dem Weg zum Ziel weiter.

Dabei ist das Routingverhalten im Internet nach dem Hop-by-Hop Verfahren organisiert, da jeweils immer nur der nächste Zwischenpunkt zum Ziel bestimmt wird. Zur optimalen Wegeauswahl nutzen die Router so genannte Routing-Protokolle wie zum Beispiel RIP, OSPF oder BGP anhand deren sie die Topologie des Netzes kennenlernen und einzelne Wege zum Ziel bewerten und in ihre Routingtabelle aufnehmen können.

Da beim Hop-by-Hop Verfahren jedes Paket anhand seiner IP-Adresse geroutet wird und sich Wege im Netz dynamisch ändern können, ist es möglich, dass einzelne Pakete eines Datenstroms von der gleichen Quelle zum gleichen Ziel unterschiedliche Wege nehmen. Dies kann auch zur Folge haben, dass die Pakete am Zielrechner in unterschiedlicher Reihenfolge ankommen und dort wieder neu sortiert werden müssen. Während des kompletten Routings durch das Netz werden die IP-Adressen des Ziels und des Absenders nicht verändert und bleiben so, wie sie der Absender ursprünglich gesetzt hat. Ausnahmen von dieser Regel treten zum Beispiel bei Adressübersetzungen wie dem NAT auf.

Stimmen bei einem Datenpaket der Netzwerkanteil der Ziel- und Absenderadresse überein, findet kein Routing statt, da sich Ziel und Absender im gleichen Netz befinden. In diesem Fall wird das IP-Paket direkt anhand der IP-Adresse und der zugehörigen MAC-Adresse, die die Hardwareadresse der Netzwerkschnittstelle repräsentiert, zugestellt. Zur Bestimmung der MAC Adresse im gleichen Netzwerk wird das so genannte ARP (Address Resolution Protocol) Verfahren verwendet.

Manuelles und automatisches Vergeben der IP-Adresse

Ein Endgerät kann seine IP-Adresse entweder manuell oder über ein dynamisches Protokoll zugeteilt bekommen. Bei der manuellen Vergabe wird zum Beispiel bei einem PC die IP-Adresse manuell in der Netzwerkkonfiguration des Rechners eingetragen. Damit die Kommunikation auch funktioniert, benötigt der Rechner zusätzlich auch die Angaben zur Netzwerkmaske sowie ein so genanntes Default Gateway, an das er Pakete schickt, die nicht im gleichen Netz wie er selbst liegen.

Zur Vereinfachung und Automatisierung können Adressen jedoch auch automatisch zugeteilt werden. Das DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) ist zum Beispiel für diese Zwecke geeignet und wird sehr verbreitet eingesetzt. Beim DHCP fragt der Client bei einem DHCP Server an und verlangt eine IP-Adresszuteilung. Ist ein Server mit DHCP konfiguriert und auch für den Client zuständig, teilt dieser dem Client die IP-Adresse samt Zusatzinformationen wie Netzwerkmaske oder Default Gateway und ggfs. den DNS Server mit.

Gleichzeitig erfährt der Client auch, über welchen Zeitraum er diese IP-Adresse nutzen darf, ohne erneut nachfragen zu müssen. Durch diese Konfiguration vereinfachen sich Administratoren in Netzwerken die IP-Adressvergabe stark, da lediglich ein DHCP-Server mit entsprechenden IP-Adressbereichen eingerichtet werden muss. Zeitaufwendige, manuelle Eingriffe an Endgeräten selbst sind dadurch nicht mehr nötig.



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