IPv4 (Internet Protocol Version 4) ist die Standardversion des Internetprotokolls, das zum Übertragen von Daten über Netzwerke verwendet wird. Ein wesentlicher Aspekt von IPv4 ist der logische Adressraum, mit dem Knoten (Computer oder andere Geräte) identifiziert werden, die mit dem Netzwerk verbunden sind.
Logische Adressen in IPv4 sind 32-Bit-Zahlen, die in einem binären Zahlensystem ausgedrückt werden. Die Zahl 32 ist eine feste Größe für alle Adressen in IPv4. Dies bedeutet, dass jede logische IPv4-Adresse aus 32 binären Bits besteht.
Von diesen 32-Bit-Stellen werden die ersten paar (normalerweise 8, 16 oder 24) verwendet, um das Netzwerk zu identifizieren, mit dem der Knoten verbunden ist. Die verbleibenden Bits (normalerweise 24, 16 oder 8) werden verwendet, um einen bestimmten Knoten innerhalb dieses Netzwerks zu identifizieren.
Daher hat jeder Knoten in IPv4 eine logische Adresse, die aus 32 binären Bits besteht, von denen einige zur Identifizierung des Netzwerks verwendet werden, während die restlichen Bits für die Identifizierung des Knotens innerhalb dieses Netzwerks reserviert sind.
Vielzahl von lP-Adressen in Computernetzen
IP-Adressen spielen in Computernetzen eine wichtige Rolle, sodass Knoten im Netzwerk eindeutig identifiziert werden können. In IP-Netzwerken in IPv4-Versionen werden Adressen als eine Reihe von vier durch Punkte getrennten Zahlen dargestellt, z. B. 192.168.0.1. Nicht alle IP-Adressen sind jedoch gleichwertig, da ihre Vielfalt enorm sein kann.
Die IP-Adresse besteht aus zwei Teilen - einer Netzwerkadresse und einer Hostadresse. Der Netzwerkteil einer Adresse bestimmt das Netzwerk, zu dem ein Knoten gehört, während der Hostteil der Adresse den Knoten selbst innerhalb dieses Netzwerks identifiziert. Je kleiner die Anzahl der Bits im Netzwerkteil ist, desto mehr Knoten können sich im Netzwerk befinden. Je größer die Anzahl der Bits im Hostteil ist, desto mehr Knoten können sich in jedem Netzwerk befinden.
In IP-Netzwerken der IPv4-Version liegt der Netzwerkteil der Adresse normalerweise zwischen 8 und 30 Bit. Man kann sagen, dass Netzwerkadressen mit weniger Stellen größere Netzwerke darstellen und Adressen mit mehr Stellen kleinere Netzwerke darstellen. Die Anzahl der möglichen Adressen in jedem Netzwerk hängt von der Anzahl der Stellen im Hostteil ab. Je mehr Stellen vorhanden sind, desto mehr Adressen können sich in jedem Netzwerk befinden.
Die Vielzahl von IP-Adressen in IPv4-Computernetzen ermöglicht die Erstellung komplexer Netzwerkinfrastrukturen, die die Skalierbarkeit und Flexibilität der Netzwerke gewährleisten. Dadurch können Sie auch den Zugriff auf Knoten im Netzwerk sichern und verwalten. Das Erlernen der IP-Netzwerkarchitektur und der verschiedenen Arten von IP-Adressen ist für Netzwerkspezialisten und Administratoren eine wichtige Aufgabe.
Die IPv4-Version und ihre Funktionen
Jeder Knoten im IPv4-Netzwerk hat seine eigene eindeutige logische Adresse, die aus 32 binären Bits besteht. Diese Adresse wird verwendet, um Knoten im Netzwerk zu identifizieren und Datenpakete weiterzuleiten. Darüber hinaus besteht eine IPv4-Adresse aus vier durch Punkte getrennten Zahlen, die als "Quartale" oder "Oktette" bekannt sind. Jedes "Viertel" ist eine Zahl zwischen 0 und 255 und identifiziert ein Netzwerk und einen bestimmten Knoten in diesem Netzwerk.
IPv4 unterstützt viele verschiedene Arten von Adressen, z. B. öffentliche und private Adressen. Öffentliche Adressen werden verwendet, um mit Knoten im Internet zu kommunizieren, während private Adressen für lokale Netzwerke wie Heimnetzwerke oder Büronetzwerke bestimmt sind.
IPv4 hat jedoch aufgrund seiner 32-Bit-Struktur eine begrenzte Anzahl möglicher Adressen. In diesem Zusammenhang verwendet IPv4 einen Network Address Translation (NAT) -Mechanismus, mit dem eine öffentliche IP-Adresse für mehrere Geräte im lokalen Netzwerk verwendet werden kann.
Gegenwärtig entwickeln sich die Netzwerktechnologien weiter und IPv4 wird allmählich veraltet. IPv6 ist eine neue Version des Protokolls, die einen breiteren Adressbereich und andere verbesserte Funktionen bietet.
Binäres Zahlensystem in IP-Adressen
Die IPv4-Version von IP-Netzwerken verwendet die logischen Adressen, die im binären Zahlensystem dargestellt sind, um Knoten zu identifizieren. Im binären Zahlensystem bestehen Zahlen aus zwei Ziffern: 0 und 1.
Eine IP-Adresse besteht aus 32 Bits, die jeweils einen Wert von 0 oder 1 haben können. Diese 32 Bits sind in vier Gruppen von jeweils 8 Bits unterteilt, die Oktette genannt werden. Jedes Oktett repräsentiert eine Zahl zwischen 0 und 255.
Zum Beispiel ist die IP-Adresse 192.168.0.1 kann in einem binären Zahlensystem als 11000000.10101000.00000000.00000001 dargestellt werden. Jede Bitgruppe zeigt den Wert des entsprechenden Oktetts an.
Das binäre IP-Adresszahlsystem ermöglicht es, die Adressierung in Netzwerken bequem zu nutzen und zu bestimmen, zu welchem Netzwerk und zu welchem Subnetz jeder Knoten gehört.
Beachten Sie, dass bei der Verwendung eines binären Zahlensystems in IP-Adressen Sorgfalt und Sorgfalt erforderlich sind, um Fehler bei der Konfiguration von Netzwerkhardware und beim Austausch von Daten zwischen Hosts zu vermeiden.
Struktur der logischen IPv4-Adresse
Die logische Adresse in IPv4-Netzwerken ist eine 32-Bit-Zahl, die zur Identifizierung von Knoten im Netzwerk verwendet wird. Es besteht aus vier Oktetten (Bytes), von denen jedes Werte zwischen 0 und 255 annehmen kann.
Die Struktur der logischen IPv4-Adresse lautet wie folgt: X.X.X.X wobei jedes X den Wert eines Oktetts darstellt.
Das erste Oktett (X) gibt an, ob die Adresse zum Netzwerk gehört. Der Wert 0 wird für das reservierte Netzwerk und der Wert 255 für das Broadcast-Netzwerk verwendet.
Das zweite Oktett (X) bestimmt die Zugehörigkeit einer Adresse zum Subnetz. Der Wert 0 wird für die Netzwerkadressierung und der Wert 255 für die Broadcast-Adressierung im Subnetz verwendet.
Das dritte und vierte Oktett (X.X) zeigen auf einen bestimmten Knoten im Subnetz an. Sie können Werte zwischen 1 und 254 verwenden, wobei 0 und 255 für andere Zwecke reserviert sind.
Die logische IPv4-Adresse ist die Grundlage für das Routing von Daten in einem Netzwerk, da sie die Identifizierung und Adressierung jedes einzelnen Knotens, Subnetzes und Netzwerks ermöglicht.
IP-Adressen in Netzwerk und Knoten aufteilen
Die in IPv4-Netzwerken verwendeten IP-Adressen bestehen aus 32 binären Bits, die in zwei Teile unterteilt sind: netzwerk und Knoten.
Der Netzwerkteil einer Adresse bestimmt, zu welchem Netzwerk ein Knoten gehört, und der Hostteil identifiziert den Knoten innerhalb dieses Netzwerks eindeutig.
Eine Netzmaske, die eine Abfolge von Einheiten darstellt, gefolgt von Nullen, wird verwendet, um ein Netzwerk und einen Knoten voneinander zu trennen. Die Länge der Netzmaske wird als Zahl angegeben, die die Anzahl der Einheiten in dieser Maske angibt.
Wenn die Netzwerkmaske beispielsweise 24 Bit lang ist, beziehen sich die ersten 24 Bits der IP-Adresse auf den Netzwerkteil und die restlichen 8 Bits auf den Hostteil. Mit dieser Maske können Sie 256 (2^8) Knoten in jedem Netzwerk erstellen.
Durch die Verwendung einer Netzwerkmaske können Sie die Effizienz der IP-Nutzung erhöhen und die Netzwerkkonfiguration flexibler gestalten, sodass Sie das Netzwerk in kleinere Subnetze aufteilen können.
Anzahl der Bits, die das Netzwerk darstellen sollen
In IP-Netzwerken in IPv4-Versionen werden logische Hostadressen als 32-Bit-Binärzahlen dargestellt. Sie sind in zwei Teile unterteilt: den Netzwerkteil und den Hostteil.
Um zu bestimmen, wie viele Bits für die Darstellung eines Netzwerks in einer IP-Adresse reserviert sind, müssen Sie eine Netzwerkklasse definieren. In IPv4 gibt es drei Adressklassen: A, B und C. Jede Klasse hat einen eigenen Bereich von Bitwerten, um das Netzwerk darzustellen.
Die Adressklasse A hat das erste Bit 0. In solchen Adressen sind die ersten 8 Bits für die Darstellung des Netzwerks reserviert, die restlichen 24 Bits für die Darstellung der Hosts.
Die Adressklasse B hat die ersten beiden Bits gleich 10. In solchen Adressen sind die ersten 16 Bits für die Darstellung des Netzwerks reserviert, die restlichen 16 Bits für die Darstellung der Hosts.
Die Adressklasse C hat die ersten drei Bits gleich 110. In solchen Adressen sind die ersten 24 Bits für die Darstellung des Netzwerks reserviert, die restlichen 8 Bits für die Darstellung der Hosts.
Abhängig von der Adressklasse wird daher eine unterschiedliche Anzahl von Bits zugewiesen, um das Netzwerk darzustellen. Auf diese Weise können Sie die Größe des Netzwerks und die Anzahl der IP-Adressen bestimmen, die in einem bestimmten Netzwerk verwendet werden können.
| Netzwerkklasse | Anzahl der Bits, die das Netzwerk darstellen sollen | Anzahl der Bits, die Hosts darstellen sollen |
|---|---|---|
| Klasse A | 8 bit | 24 bits |
| Klasse B | 16 bit | 16 bit |
| Klasse C | 24 bits | 8 bit |
Daher sind je nach Adressklasse 8, 16 oder 24 Bit für die Darstellung des Netzwerks in IP-Netzwerken der IPv4-Version reserviert.
Anzahl der Bits für die Darstellung eines Knotens
Logische Hostadressen in IP-Netzwerken werden in IPv4-Versionen im Binärformat mit 32 Bits (oder 4 Bytes) dargestellt. Diese 32 Bits sind in zwei Teile unterteilt: den Netzwerkteil und den Knotenteil.
Der Netzwerkteil der Adresse wird verwendet, um das Netzwerk zu identifizieren, in dem sich der Knoten befindet. Die Anzahl der Bits, die dem Netzwerkteil zugewiesen sind, wird durch die Subnetzmaske bestimmt und kann für verschiedene Netzwerke unterschiedlich sein. Der Hauptzweck des Netzwerkteils einer Adresse besteht darin, sicherzustellen, dass die Adresse innerhalb eines bestimmten Netzwerks eindeutig ist.
Ein Teil des Adressknotens wird verwendet, um einen bestimmten Knoten (Computer, Router usw.) innerhalb eines Netzwerks zu identifizieren. Die Anzahl der Bits, die einem Teil eines Knotens zugewiesen sind, wird durch die verbleibenden Bits nach der Zuweisung des Netzwerkteils bestimmt und kann für verschiedene Knoten innerhalb desselben Netzwerks unterschiedlich sein.
Daher beträgt die Gesamtzahl der Bits, die für die Darstellung eines Knotens in IP-Netzwerken der IPv4-Version verwendet werden, 32 minus der Anzahl der Bits, die dem Netzwerkteil der Adresse zugewiesen sind.
Diese Methode zum Bereitstellen von Adressen für Knoten in IPv4-Netzwerken hat Einschränkungen, da die Anzahl der möglichen Bitkombinationen in einem Teil des Knotens begrenzt ist. Dies ist einer der Gründe, warum IPv6 - eine neue Version des IP–Protokolls - entwickelt wurde, um eine größere Anzahl eindeutiger Adressen bereitzustellen und den wachsenden Anforderungen von Kommunikationsnetzen gerecht zu werden.
Mathematische Berechnungen zur Bestimmung der Anzahl der Bits
Verwenden Sie die folgende Formel, um die Anzahl der binären Bits in logischen Hostadressen in IPv4-Netzwerken zu bestimmen:
Anzahl der Bits = 32 - Anzahl der Bits, die Netzwerke darstellen sollen
Ein Beispiel:
Lassen Sie Sie die Anzahl der Bits in den logischen Hostadressen in IP-Netzwerken ermitteln, in denen die Klassenadressierung verwendet wird und 8 Bits für die Darstellung von Netzwerken zugewiesen sind.
Anzahl der Bits = 32 - 8 = 24
In diesem Beispiel enthalten die logischen Hostadressen in IP-Netzwerken der IPv4-Version also 24 binäre Stellen.
Verschiedene IP-Klassen und die Anzahl der Bits
In IPv4-Netzwerken gibt es fünf IP-Adressklassen: A, B, C, D und E. Jede Klasse hat ihren Zweck und die Anzahl der Bits, die für den Netzwerk- und Hostteil der Adresse verwendet werden.
- Klasse A Adressen haben das erste Byte, das aus 8 Bits besteht, die für den Netzwerkteil reserviert sind, und die restlichen 24 Bits für den Hostteil der Adresse.
- Klasse B Adressen haben die ersten beiden Bytes, die aus 16 Bits bestehen, die für den Netzwerkteil reserviert sind, und die restlichen 16 Bits für den Hostteil.
- Klasse C Adressen haben die ersten drei Bytes, die aus 24 Bits bestehen, die für den Netzwerkteil reserviert sind, und die restlichen 8 Bits für den Hostteil.
- Die Adressen der Klasse D werden für die Multicastübertragung verwendet und haben die ersten vier Bytes, die aus 32 Bits bestehen.
- Klasse E Adressen sind für die zukünftige Verwendung reserviert und haben auch die ersten vier Bytes, die aus 32 Bits bestehen.
Daher haben verschiedene IP-Klassen unterschiedliche Bits für die Netzwerk- und Host-Teile, wodurch die Anforderungen unterschiedlicher Anzahl von Knoten im Netzwerk erfüllt werden können.
