Das Internet Protokoll (IP)

Das Internet Protokoll (IP, engl. Internet Protocol) ist der grundlegendste gemeinsame Nenner für alle Internetzugänge und im Prinzip für das ganze Internet, da es unabhängig von den genutzten Übertragungsmedien praktisch in allen netzwerkfähigen Geräten verwendet und verstanden wird. Jedes Endgerät und fast jedes Netzwerkgerät hat es implementiert, gleich ob Sie über DSL, Kabel, Glasfaser oder Mobilfunk in das Internet gehen oder ob das Gerät selbst per Ethernet, WLAN oder PowerLine angebunden ist.

Mit die wichtigste Aufgabe des Internet Protokolles ist die Adressierung. Es bildet die Grundlage das Geräte eine Adresse besitzen, welche weltweit verstanden wird. Das IP Protokoll ist somit einer der Eckpfeiler des weltweiten Internet, denn nur durch ein weltweites Adressierungssystem können Sie von Ihrem Rechner aus Informationen aus jedem Winkel der Erde abrufen. Die Adressstruktur, bzw. das Internet Protokoll ist dabei immer gleich, egal welche Übertragungsmedien oder Netzwerktypen auf der Übertragungsstrecke liegen. Spezielle Netzwerkgeräte, die sogenannten Router, bilden dabei die Vermittlungsstellen, welche auf die IP Adressen der einzelnen Datenpakete schauen und dann entscheiden wohin ein Datenpaket weitervermittelt wird. Auch Ihr Internet-Router ist letztendlich solch ein Gerät, wenn auch in einfacher Ausprägung. Datenpakete aus Ihrem Heimnetzwerk vermittelt der Internet-Router als 1. Schritt in das Netz Ihres Internetanbieters. Für Datenpakete vom Internet kommend übernimmt der Internet-Router in einem Heimnetzwerk typischerweise die finale Zustellung an das Endgerät in Ihrem Heimnetzwerk.

Es gibt 2 Versionen des Internet Protokolles welche für ein Heimnetzwerk relevant sind, bzw. relevant werden. Die aktuelle Version ist Version 4 oder abgekürzt IPv4. Diese Version wird nach und nach von der Version 6 abgelöst (IPv6). Der Übergangsprozess ist schon im Gange und falls Sie einen Internetzugang über Kabel haben sind Sie damit schon evtl. in Berührung gekommen (siehe DS-Lite). Wie lange dieser Übergangsprozess dauert ist sehr schwer vorherzusagen. Nimmt man die Vergangenheit als Hinweis, dann wird dieser sehr lange dauern und IPv4 uns noch für viele Jahre begleiten.

Heutzutage (Jahr 2016) ist die Internet Protokoll Version 4 (IPv4) noch dominierend. Im folgenden wird auch hauptsächlich nur auf diese Version eingegangen. Eine Erweiterung für IPv6 ist in Planung. Die Adressen von IPv4 haben eine Länge von 32 Bit und werden üblicherweise im Format x.x.x.x benutzt (z.B. 192.168.1.1). Das sind in der Theorie mehr als 4 Milliarden Adressen. Um die Verwaltung, Zuweisung und Zustellung bei soviel Adressen handhabbar zu machen, wird der gesamte Adressraum in Adressbereiche unterteilt. Diese Adressbereiche können dann hierarchisch in wiederum kleinere Adressbereiche unterteilt werden, bis hin zu einem Adressbereich über welchen Ihr Internetanbieter verfügt und aus welchem Ihrem Heimnetz eine öffentliche IP Adresse zugewiesen wird.

Der größte Teil des gesamten IP Adressraumes wird genutzt um Geräte und Netzwerke weltweit adressierbar zu machen. Das sind die sogenannten öffentlichen IP Adressen. Des Weiteren gibt es 3 Adressbereiche die für Heimnetzwerke von besonderem Interesse sind. Das sind die sogenannten privaten Adressbereiche, bzw. privaten IP Adressen. Diese können von jedermann eingesetzt werden, um Geräte in einem eigenen Netzwerk zu adressieren. Die Adressen sind aber “Privat” und können nicht für eine weltweite Adressierung verwendet werden. Die Adressbereiche sind:

• 10.0.0.0/8
• 172.16.0.0/12
• 192.168.0.0/16

Die Zahl hinter dem Schrägstrich ist die Anzahl der führenden Bits welche dem privaten Adressbereich vorangestellt sind und diesen eineindeutig identifizieren. Ein Term welcher Ihnen begegnet wenn von Teiladressbereichen gesprochen wird ist das sogenannte “Subnet”. Eine alternative Schreibweise ist es die für den Teiladressbereich relevanten Bits auf 0 zu setzen und die führenden Bits auf 1. Das Resultat wird dann in der klassischen 12 stelligen Schreibweise dargestellt (z.B. 255.255.0.0 als Alternative zu /16) und bildet die sogenannte “Subnetmask”.

Gerade der letzte Adressbereich (192.168.0.0/16) mag dem einen oder anderen bekannt vorkommen. Dieser wird gerne von Internet-Routern und anderen Netzwerkgeräten benutzt, um daraus eine Adresse als Voreinstellung zu nehmen, damit man sich für eine Neueinrichtung zu den Geräten verbinden kann. Auch ist es weit verbreitet alle Geräte in einem Heimnetzwerk mit Adressen aus dem 192.168.0.0/16 Adresspool zu versorgen.

Ihr Heimnetzwerk als solches ist meistens über eine weltweit eineindeutige IPv4 Adresse erreichbar. Diese wird ihnen temporär und dynamisch von Ihrem Internetanbieter zugewiesen. Das bedeutet Ihre IP Adresse ist für eine gewisse Zeit eineindeutig und genügt den Zwecken Ihre Datenpakete zu vermitteln und zuzustellen. Von Zeit zu Zeit wechselt allerdings diese Adresse sprich Sie können Ihr Netzwerk nicht immer über die gleiche IPv4 Adresse ansprechen. Das wird dann zu einem Problem wenn Sie extern vom Internet aus auf Ihr Heimnetzwerk zugreifen möchten. Dazu später mehr wenn ganz kurz auf DNS/DDNS eingegangen wird.

Eine andere Herausforderung ist, das Sie üblicherweise genau eine IPv4 Adresse zugewiesen bekommen. Damit kann Ihr Netzwerk adressiert werden, aber nicht die einzelnen Geräte in Ihrem Netzwerk. Diese wiederum bekommen dann Adressen aus einem Adressbereich, welcher weltweit nicht eineindeutig ist. Um alle Geräte in Ihrem Netzwerk trotzdem erreichbar zu machen wird sich eines Tricks bedient. Und zwar werden weitere Informationen höherer Protokolle benutzt, welche normalerweise einzelne Datenströme eines Gerätes identifizieren, um eine sogenannte IPv4 Adressübersetzung durchzuführen, oder im englischen Network Address Translation (NAT).

Es gibt eine ganze Reihe von Unterstützungsprotokollen und Funktionen die dafür sorgen das die Adressierung im Zusammenhang mit einer IP Adresse gut funktioniert. Folgend die für ein Heimnetzwerk wichtigsten, wobei NAT schon im vorigen Absatz Erwähnung gefunden hat.

• DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Schon wenn Sie eine handvoll Geräte in einem Netzwerk haben, wird es mühselig IP Adressen von Hand zuzuweisen und zu konfigurieren. Das DHCP Protokoll sorgt dafür das Geräte zentral (meistens der Internet-Router) eine Adresse anfragen können und dann zugewiesen bekommen.

• ARP (Adress Resolution Protocol): In einem Ethernet, WLAN oder PowerLine Netzwerk sind für die finale Zustellung nicht nur die IP Adressen von Interesse sondern hauptsächlich die MAC Adressen. Damit ein Gerät weiß welche MAC Adresse es benutzen muss, um ein Gerät mit einer bestimmten IP Adresse zu erreichen, gibt es die Adressauflösung mittels ARP.

• DNS (Domain Name System): Es ist schwierig sich 12 stellige durch Punkte getrennte Zahlenkombinationen zu merken, um z.B. Websites im Internet zu erreichen. Der Umgang mit Namen liegt uns Menschen näher. Das sogenannte Dynamic Name System (DNS) übernimmt die Aufgabe im z.B. Webbrowser eingegebene Namen wie “DasHeimnetzwerk.de” in eine IP Adresse zu übersetzen. Den Maschinen wiederum tun es sich mit Zahlen leichter und es Bedarf der IP Adresse um letztendlich die Datenpakete vermitteln zu können.

• DDNS (Dynamic Domain Name System): Wie schon erwähnt können Sie Ihr eigenes Heimnetzwerk nicht immer unter der gleichen IP Adresse erreichen. Aber über die Nutzung von DDNS können Sie es immer unter dem gleichen Namen erreichen. Hierfür meldet z.B. Ihr Internet-Router Ihre aktuelle Adresse einem DDNS Server. Dieser ist dann in der Lage Ihnen jederzeit Auskunft zu geben, falls Sie von einem externen Ort auf Ihr Heimnetzwerk zugreifen möchten.

Die obig gelisteten Protokolle werden eigentlich von allen Internet-Routern unterstützt. Da ein DDNS Server im Internet erreichbar sein muss, liegt es an den Herstellern der Internet-Router solch einen Service anzubieten. Manche machen dies (wie z.b. AVM über den myFritz Service), manche nicht. Es gibt aber auch unabhängige DDNS Server, welche kostenlos nutzbar sind.