IP-Adressen

Eine IPv4-Adresse ist 32 Bit lang, das ergibt 4 294 967 296 Adressen. Der freie Vorrat war am 3. Februar 2011 erschöpft.

Viele glauben, jedes Gerät habe lebenslang eine IP-Adresse, wie eine eingeprägte Seriennummer. Das stimmt nicht. Dasselbe Handy bekommt im heimischen WLAN eine Adresse, im Mobilfunknetz eine andere und morgen vielleicht wieder eine neue. Um zu verstehen, warum Adressen kommen und gehen, fang damit an, wozu eine Adresse da ist.

Jedes Paket trägt in seinem Header zwei Adressen: woher es kommt und wohin es will. Das sind IP-Adressen. Ein Router liest die Zieladresse und sonst nichts, um zu entscheiden, wohin ein Paket als Nächstes geht. Wie Adressen aufgebaut sind, prägt also, wie das ganze Internet funktioniert.

Warum kein Teil größer als 255 ist

Die Version, der die meisten Menschen noch begegnen, ist IPv4, festgelegt 1981 in RFC 791. Eine IPv4-Adresse hat 32 Bit. Damit man sie lesen kann, wird sie in vier Gruppen zu je 8 Bit geteilt, jede als Dezimalzahl von 0 bis 255 geschrieben, mit Punkten dazwischen, etwa 192.168.0.12. Acht Bit fassen 256 Muster, also ist 255 der höchste Wert. Insgesamt gibt es 2 hoch 32 Adressen: 4 294 967 296, knapp 4.3 Milliarden.

Der vordere Teil einer Adresse benennt das Netz

Eine Adresse hat zwei Teile. Der vordere Teil, das Präfix, benennt ein Netz, und der Rest wählt ein Gerät darin aus. Die Präfixlänge steht hinter einem Schrägstrich. In 192.168.0.0/24 sind die ersten 24 Bit fest, es bleiben also 8 Bit oder 256 Adressen für dieses Netz. Deshalb kann ein Router eine einzige Regel haben, etwa „alles, was mit 198.51.100 beginnt, geht dorthin“, statt einer Regel für jedes Gerät.

Warum die Nummer eines Laptops zu Hause mit 192.168 beginnt

RFC 1918 reserviert drei Blöcke für private Netze: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 und 192.168.0.0/16. Jeder darf sie zu Hause oder im Büro verwenden, und Router im öffentlichen Internet leiten sie nicht weiter. Deshalb hat ein Laptop zu Hause wahrscheinlich eine Adresse wie 192.168.0.12, und der Laptop der Nachbarn hat vielleicht genau dieselbe. Wenn der Laptop mit einem Server spricht, tauscht der Heimrouter die private Quelladresse gegen seine eigene öffentliche Adresse und ändert auch den Quellport, damit die Antworten zurückfinden. Das ist Netzwerkadressübersetzung (NAT). Damit kann sich ein ganzer Haushalt eine öffentliche IPv4-Adresse teilen.

Wer einem Gerät seine Adresse leiht

Woher kommt also die Adresse des Laptops? Wenn ein Gerät einem Netz beitritt, sendet es eine Anfrage an alle, und der Router antwortet mit einer freien privaten Adresse, seiner eigenen Adresse als Gateway und der Adresse eines DNS-Resolvers. Dieser Austausch heißt DHCP (RFC 2131). Die Adresse wird für begrenzte Zeit verliehen und verlängert, solange das Gerät verbunden bleibt, deshalb kann derselbe Laptop morgen eine andere Nummer bekommen. Im WLAN einer Schule passiert derselbe Austausch mit dem DHCP-Server dieses Netzes. Im Mobilfunknetz bekommt das Handy seine Adresse stattdessen vom Mobilfunknetz. Auch das andere Ende kann sich ändern, denn eine Website kann auf einen neuen Server umziehen. Das ist ein Grund, warum wir Namen wie example.com verwenden, und die DNS-Einheit zeigt, wie aus Namen Adressen werden.

Eine Adresse bedeutet auf jedem Computer dasselbe. Die Loopback-Adresse 127.0.0.1 bedeutet immer „dieses Gerät“. Ein Programm kann damit also mit einem anderen Programm auf demselben Computer sprechen, ohne dass etwas den Rechner verlässt. Und viele Geräte haben heute eine IPv4-Adresse und eine IPv6-Adresse nebeneinander und nutzen die, die das andere Ende unterstützt.

Vier Milliarden Adressen gingen aus

Vier Milliarden Adressen klangen 1981 nach reichlich. Am 3. Februar 2011 gab die Internet Assigned Numbers Authority (IANA) ihre letzten fünf IPv4-Blöcke an die fünf regionalen Registrierungsstellen, und der zentrale freie Vorrat war leer. Die langfristige Antwort ist IPv6 (RFC 8200), dessen Adressen 128 Bit lang sind. Das ergibt 2 hoch 128 Adressen, etwa 3.4 × 10³⁸. IPv6-Adressen werden als acht Gruppen aus je vier Hexadezimalziffern geschrieben, getrennt durch Doppelpunkte. Führende Nullen in einer Gruppe können wegfallen, und eine Folge reiner Nullgruppen kann durch „::“ ersetzt werden. So wird 2001:0db8:0000:0000:​0000:0000:0000:0020 zu 2001:db8::20 verkürzt.