Geek School Learning Windows 7 - Grundlagen der IP-Adressierung

In dieser Ausgabe der Geek School werden wir untersuchen, wie die IP-Adressierung funktioniert. Wir werden auch einige fortgeschrittene Themen behandeln, beispielsweise wie Ihr PC bestimmt, ob das Gerät, mit dem Sie kommunizieren, sich in demselben Netzwerk befindet wie Sie. Anschließend werden wir kurz zwei Namensauflösungsprotokolle betrachten: LLMNR und DNS.

Schauen Sie sich die vorherigen Artikel in dieser Geek School-Serie unter Windows 7 an:

Einführung in die How-To-Geek School
Upgrades und Migrationen
Geräte konfigurieren
Festplatten verwalten
Anwendungen verwalten
Internet Explorer verwalten

Und bleiben Sie die ganze Woche für den Rest der Serie dran.

IP-Grundlagen

Wenn Sie einen Brief per Post versenden, müssen Sie die Adresse der Person angeben, die Sie erhalten möchten. Wenn ein Computer eine Nachricht an einen anderen Computer sendet, muss er die Adresse angeben, an die die Nachricht gesendet werden soll. Diese Adressen werden IP-Adressen genannt und sehen normalerweise wie folgt aus:

192.168.0.1

Diese Adressen sind IPv4-Adressen (Internet Protocol Version 4) und wie die meisten Dinge heutzutage eine einfache Abstraktion dessen, was der Computer tatsächlich sieht. IPv4-Adressen sind 32-Bit, was bedeutet, dass sie eine Kombination aus 32 Einsen und Nullen enthalten. Der Computer würde die Adresse wie folgt finden:

11000000 10101000 00000000 00000001

Hinweis: Jedes Dezimal-Oktett hat einen Maximalwert von (2 ^ 8) - 1, also 255. Dies ist die maximale Anzahl von Kombinationen, die mit 8 Bit ausgedrückt werden kann.

Wenn Sie eine IP-Adresse in ein binäres Äquivalent konvertieren möchten, können Sie eine einfache Tabelle erstellen (siehe unten). Nehmen Sie dann einen Abschnitt der IP-Adresse (technisch als Oktett bezeichnet), beispielsweise 192, und gehen Sie von links nach rechts, um zu prüfen, ob Sie die Zahl im Kopf der Tabelle von Ihrer Dezimalzahl subtrahieren können. Es gibt zwei Regeln:

Wenn die Nummer in der Kopfzeile der Tabelle kleiner oder gleich Ihrer Nummer ist, markieren Sie die Spalte mit einer 1. Ihre neue Nummer wird dann zu der Nummer, die Sie in der Kopfzeile der Spalte subtrahiert haben. Zum Beispiel ist 128 kleiner als 192, also markiere ich die 128s-Spalte mit einer 1. Ich bin dann mit 192 - 128 übrig, was 64 ist.
Wenn die Nummer größer ist als die Nummer, die Sie haben, markieren Sie sie mit einer 0 und fahren Sie fort.

So würde es aussehen, wenn Sie unsere Beispieladresse 192.168.0.1 verwenden

128	64	32	16	8	4	2	1
1	1	0	0	0	0	0	0
1	0	1	0	1	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	1

Im obigen Beispiel nahm ich unser erstes Oktett von 192 und markierte die 128s-Spalte mit einer 1. Ich wurde dann mit 64 belassen, was der Nummer der zweiten Spalte entspricht, also habe ich sie auch mit einer 1 markiert. Ich wurde jetzt mit 0 belassen, da 64 - 64 = 0 war. Das bedeutete, dass der Rest der Zeile nur aus Nullen bestand.

In der zweiten Reihe nahm ich das zweite Oktett 168 ein. 128 ist kleiner als 168, also habe ich es mit einer 1 markiert und wurde mit 40 belassen. 64 war dann größer als 40, also habe ich es mit einer 0 markiert dritte Spalte, 32 war weniger als 40, also habe ich sie mit einer 1 markiert und wurde mit 8 belassen. 16 ist größer als 8, ich habe sie mit einer 0 markiert. Als ich zur 8s-Spalte kam, habe ich sie mit 1 markiert, was mich verlassen hat 0, so wurden die restlichen Spalten mit 0 markiert.

Das dritte Oktett war 0 und nichts kann in 0 gehen, also haben wir alle Spalten mit einer Null markiert.

Das letzte Oktett war 1 und nichts kann 1 sein, außer 1, also habe ich alle Spalten mit 0 markiert, bis wir zur 1s-Spalte kamen, wo ich sie mit einer 1 markierte.

Subnetzmasken

Anmerkung: Die Subnetzmaskierung kann sehr komplex werden. Im Rahmen dieses Artikels werden wir nur über klassenbezogene Subnetzmasken sprechen.

Eine IP-Adresse besteht aus zwei Komponenten, einer Netzwerkadresse und einer Hostadresse. Die Subnetzmaske wird von Ihrem Computer verwendet, um Ihre IP-Adresse in Netzwerk- und Hostadresse zu trennen. Eine Subnetzmaske sieht normalerweise so aus.

255.255.255.0

Was in binär so aussieht.

11111111.11111111.11111111.00000000

In einer Subnetzmaske werden die Netzwerkbits mit den 1en und die Hostbits mit den 0s bezeichnet. Aus der obigen Binärdarstellung können Sie ersehen, dass die ersten drei Oktette der IP-Adresse zur Identifizierung des Netzwerks verwendet werden, zu dem das Gerät gehört, und das letzte Oktett für die Hostadresse.

Bei gegebener IP-Adresse und Subnetzmaske können unsere Computer durch bitweise UND-Verknüpfung feststellen, ob sich das Gerät im selben Netzwerk befindet. Zum Beispiel sagen Sie:

computerOne möchte eine Nachricht an computerTwo senden.
computerOne hat eine IP von 192.168.0.1 mit einer Subnetzmaske von 255.255.255.0
computerTwo hat eine IP von 192.168.0.2 mit einer Subnetzmaske von 255.255.255.0

computerOne berechnet zuerst das bitweise UND seiner eigenen IP- und Subnetzmaske.

Hinweis: Wenn Sie bei einer bitweisen UND-Verknüpfung beide Bits gleich 1 sind, erhalten Sie eine 1, andernfalls eine 0.

11000000 10101000 00000000 00000001
11111111 11111111 11111111 00000000

11000000 10101000 00000000 00000000

Es berechnet dann das bitweise UND für computerTwo.

11000000 10101000 00000000 00000010
11111111 11111111 11111111 00000000

11000000 10101000 00000000 00000000

Wie Sie sehen, sind die Ergebnisse der bitweisen Operationen dieselben, was bedeutet, dass sich die Geräte im selben Netzwerk befinden.

Klassen

Wie Sie wahrscheinlich bereits erraten haben, gilt: Je mehr Netzwerke (1s) Sie in Ihrer Subnetzmaske haben, desto weniger Hosts (0s) können Sie haben. Die Anzahl der Hosts und Netzwerke, die Sie haben können, ist in 3 Klassen unterteilt.

	Netzwerke	Subnetzmaske	Netzwerke	Gastgeber
Klasse a	1-126.0.0.0	255.0.0.0	126	16 777 214
Klasse b	128-191.0.0.0	255.255.0.0	16 384	65 534
Klasse C	192-223.0.0.0	255.255.255.0	2 097 152	254

Reservierte Bereiche

Sie werden feststellen, dass der Bereich 127.x.x.x ausgelassen wurde. Dies liegt daran, dass der gesamte Bereich für etwas reserviert ist, das als Loopback-Adresse bezeichnet wird. Ihre Loopback-Adresse zeigt immer auf Ihren eigenen PC.

Der 169.254.0.x-Bereich war auch für APIPA reserviert, über das wir später in der Serie sprechen werden.

Private IP-Bereiche

Bis vor wenigen Jahren hatte jedes Gerät im Internet eine eindeutige IP-Adresse. Als die IP-Adressen zu Ende gingen, wurde ein Konzept namens NAT eingeführt, das eine weitere Schicht zwischen unseren Netzwerken und dem Internet hinzufügte. Die IANA entschied, dass sie eine Reihe von Adressen aus jeder IP-Klasse reservieren würden:

10.0.0.1 - 10.255.255.254 der Klasse A
172.16.0.1 - 172.31.255.254 der Klasse B
192.168.0.1 - 192.168.255.254 der Klasse C

Anstatt jedem Gerät der Welt eine IP-Adresse zuzuweisen, stellt Ihnen Ihr ISP ein Gerät mit der Bezeichnung NAT-Router zur Verfügung, dem eine einzige IP-Adresse zugewiesen ist. Sie können Ihren Geräten dann IP-Adressen aus dem am besten geeigneten privaten IP-Bereich zuweisen. Der NAT-Router verwaltet dann eine NAT-Tabelle und stellt Ihre Verbindung zum Internet her.

Hinweis: Die IP-Adresse Ihres NAT-Routers wird normalerweise dynamisch über DHCP zugewiesen. Daher ändert sich die IP-Adresse normalerweise abhängig von den Einschränkungen Ihres ISP.

Namensauflösung

Es ist für uns viel einfacher, sich an lesbare Namen wie FileServer1 zu erinnern, als an eine IP-Adresse wie 89.53.234.2. Wenn Sie versuchen, eine Verbindung zu FileServer1 zu öffnen, kann Ihr Computer eine Multicast-Nachricht senden. Dies ist eine fantastische Art zu sagen, dass an jedes Gerät im Netzwerk eine Nachricht gesendet werden muss. Fragen, wer FileServer1 ist. Diese Methode der Namensauflösung wird als LLMNR (Link-lock Multicast Name Resolution) bezeichnet. Obwohl sie eine perfekte Lösung für ein Heimnetzwerk oder ein kleines Unternehmensnetzwerk ist, lässt sie sich nicht gut skalieren. Erstens, weil das Senden an Tausende von Clients zu lange dauert und zweitens weil Broadcasts normalerweise keine Router durchqueren.

DNS (Domain Name System)

Die häufigste Methode zur Lösung des Problems der Skalierbarkeit ist die Verwendung von DNS. Das Domain Name System ist das Telefonbuch eines beliebigen Netzwerks. Es ordnet den Computernamen, die vom Benutzer lesbar sind, mithilfe einer riesigen Datenbank den zugrunde liegenden IP-Adressen zu. Wenn Sie versuchen, eine Verbindung zu FileServer1 herzustellen, fragt Ihr PC Ihren DNS-Server, den Sie angeben, wer FileServer1 ist. Der DNS-Server antwortet dann mit einer IP-Adresse, mit der Ihr PC eine Verbindung herstellen kann. Dies ist auch die Methode der Namensauflösung, die vom größten Netzwerk der Welt verwendet wird: dem Internet.

Ändern der Netzwerkeinstellungen

Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Symbol für die Netzwerkeinstellungen und wählen Sie im Kontextmenü die Option Netzwerk- und Freigabecenter öffnen.

Klicken Sie nun links auf den Hyperlink Adaptereinstellungen ändern.

Klicken Sie dann mit der rechten Maustaste auf Ihren Netzwerkadapter, und wählen Sie im Kontextmenü die Option Eigenschaften.

Wählen Sie nun Internet Protocol Version 4 aus und klicken Sie auf die Schaltfläche Eigenschaften.

Hier können Sie eine statische IP-Adresse konfigurieren, indem Sie das Optionsfeld für "Folgende IP-Adresse verwenden" auswählen. Mit den obigen Informationen können Sie eine IP-Adresse und eine Subnetzmaske eingeben. Das Standardgateway ist in jedem Fall die IP-Adresse Ihres Routers.

Im unteren Bereich des Dialogfelds können Sie die Adresse Ihres DNS-Servers festlegen. Zu Hause haben Sie wahrscheinlich keinen DNS-Server, aber Ihr Router verfügt oft über einen kleinen DNS-Cache und leitet Anfragen an Ihren Internetdienstanbieter weiter. Alternativ können Sie den öffentlichen DNS-Server von Google, 8.8.8.8, verwenden.

Hausaufgaben

Es gibt keine Hausaufgaben für heute, aber dies ist eine lange, also lesen Sie es noch einmal. Wenn Sie immer noch nach weiteren Informationen hungern möchten, können Sie sich über ein fortgeschrittenes Netzwerkthema mit dem Namen CIDR (Classless Interdomain Routing) informieren..

Wenn Sie Fragen haben, können Sie mir @taybgibb twittern oder einfach einen Kommentar hinterlassen.