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IP-Adresse

IP-Adresse

IP-Adressen erlauben eine logische Adressierung von Geräten (Hosts) in IP-Netzwerken wie beispielsweise dem Internet. Ein Host besitzt dabei mindestens eine eindeutige IP-Adresse. Eine IP-Adresse der IP-Version 4 erscheint normalerweise als Folge von vier Zahlen zwischen 0 und 255, die jeweils durch einen Punkt getrennt werden, zum Beispiel 192.168.0.34 oder 127.0.0.1.

Grundlagen

IP-Adressen (Internet Protokoll Adressen) werden in jedem IP-Paket in die Quell- und Zieladressfelder eingetragen (Headerformat siehe IPv4). Jedes IP-Paket enthält damit sowohl die Adresse des Senders als auch die des Empfängers.

Aufbau

Die seit der Einführung der Version 4 des Internet Protocols überwiegend verwendeten IPv4-Adressen bestehen aus 32 Bits, also 4 Bytes. Damit sind höchstens 2³², also etwa 4,3 Milliarden Adressen möglich. In der dotted decimal notation werden die 4 Bytes als vier durch Punkte voneinander getrennte Dezimalzahlen im Bereich von 0 bis (einschließlich) 255 geschrieben, Beispiel: 130.94.122.195.

Netzwerk- und Geräteteil

Jede 32-Bit-IP-Adresse wird in einen Netzwerk- und einen Geräteteil (Hostteil) getrennt. Diese Aufteilung erfolgt durch die Netzmaske. Die Netzmaske ist eine 32-Bit-Bitmaske (eine beliebige Folge der binären Ziffern 0 und 1), bei der alle Bits des Netzwerkteils auf 1 und alle Bits des Geräteteils auf 0 gesetzt sind. Eine Netzmaske wird in CIDR- oder Dezimal-Schreibweise notiert. So lautet die Netzmaske für einen 27 Bit Netzwerkteil /27 oder auch 255.255.255.224. Beispiel: IP-Adresse 130.94.122.195/27 Dezimal Binär Berechnung IP Adresse 130.094.122.195 10000010 01011110 01111010 11000011 ip-adresse Netzmaske 255.255.255.224 11111111 11111111 11111111 11100000 AND netzmaske Netzwerkteil 130.094.122.192 10000010 01011110 01111010 11000000 = netzwerkanteil IP Adresse 130.094.122.195 10000010 01011110 01111010 11000011 ip-adresse Netzmaske 255.255.255.224 11111111 11111111 11111111 11100000 AND NOT netzmaske Geräteteil 3 00000000 00000000 00000000 00000011 = geräteteil Bei einer Netzmaske mit 27 gesetzten Bits ergibt sich ein Netzwerkteil von 130.94.122.192. Es verbleiben 5 Bits und damit 2⁵=32 Adressen für den Geräteteil. Der Netzwerkteil (NET-ID ) muss für alle Geräte innerhalb einer Broadcast-Domain gleich sein. Der Geräteteil (HOST-ID) wird für jedes Gerät und jede Schnittstelle (Netzwerkkarte) individuell und eindeutig vergeben. Die erste Geräteadresse (Netzwerk-Adresse, hier 130.094.122.192) sollte nicht vergeben werden, da sie früher von einigen Geräten als Broadcast-Adresse verwendet wurde und bis heute nicht sichergestellt ist, dass alle Geräte mit der Netzwerk-Adresse korrekt umgehen. Die höchste Geräteadresse (hier: 130.094.122.223) wird für Nachrichten an alle Geräte (Broadcasts) verwendet. Somit ist die Anzahl der nutzbaren Adressen pro Netzwerk um zwei geringer als die theoretisch mögliche maximale Anzahl von Adressen – im Beispiel also 30. Weit verbreitet ist die Verwendung von 24-Bit-Netzwerkteil und 8-Bit-Hostteil. Obiges Beispiel mit /24 hätte dann den Netzwerkteil 130.94.122.0. Jedes Gerät (bzw. Schnittstelle) verwendet eine Adresse der Form 130.94.122.x, wobei Geräteadressen von 1 bis 254 möglich sind. Die Adresse 130.94.122.255 wird für Broadcasts verwendet.

IP-Adressen, Netzwerkteil und Routing

Will ein Gerät ein IP-Paket versenden, werden die Netzwerkteile der Quell-IP-Adresse und Ziel-IP-Adresse verglichen. Stimmen sie überein, wird das Paket direkt an den Empfänger gesendet. Im Falle von Ethernet-Netzwerken dient das ARP-Protokoll zum Auffinden der Hardwareadresse. Stimmen die Netzwerkteile dagegen nicht überein, so wird über eine Routingtabelle die IP-Adresse für das nächste Gerät gesucht und das Paket auf dem lokalen Netzwerk dann an dieses Gerät gesendet. Es hat über mehrere Schnittstellen Zugriff auf andere Netzwerke und routet das Paket ins nächste Netzwerk (Router). Dazu konsultiert der Router seinerseits seine eigene Routingtabelle und sendet das Paket gegebenenfalls an den nächsten Router oder an das Ziel. Bis zum Endgerät kann das Paket viele Netzwerke und Router durchlaufen. Das Durchlaufen eines Routers wird auch Hop (Sprung) genannt.

Routing eines HTTP Pakets über drei Netzwerke Routing einer HTTP/TCP Verbindung über drei Netzwerke

Ein Router hat dabei für jede seiner Schnittstellen eine eigene IP-Adresse und Netzmaske, die zum jeweiligen Netzwerk gehört. Jedes IP-Paket wird einzeln geroutet. Die Quell- und Zieladresse im IP-Header werden vom Sender gesetzt und bleiben während des gesamten Weges unverändert.

Spezielle IP-Adressen

Das Netz 127.0.0.0/8 bezieht sich auf den lokalen Computer (loopback address). Aus diesem Netzbereich ist oftmals die Adresse 127.0.0.1 mit dem Hostnamen localhost ansprechbar. Adressen aus diesem Bereich dienen zur Kommunikation eines Client mit einem Server-Prozess auf demselben Computer. Mittels ssh localhost oder ftp 127.0.0.1 können die Server (sshd, ftpd) auf einem lokalen Rechner angesprochen werden, etwa zum Testen / Ausprobieren. Die spezielle Adresse 255.255.255.255 kann neben der höchsten Geräteadresse im Netz ebenfalls als Broadcastadresse verwendet werden. Dadurch ist das Versenden von Broadcasts ohne Kenntnis weiterer Netzwerkparameter möglich. Dies ist für Protokolle wie BOOTP und DHCP wichtig. Der Adressbereich 224.0.0.0/4 (Adressen 224.0.0.0 bis 239.255.255.255) ist für Multicast-Adressen reserviert. Damit gibt es drei IP-Adress-Typen:
- Unicast – Senden an einen bestimmten Empfänger im Internet (normale Adressierung)
- Broadcast – Senden an alle Geräte im selben Netzwerk (Subnetz)
- Multicast – Senden an einige Geräte im selben Netzwerk (oder Geräte im MBone-Netzwerk) RFC 3330 gibt Auskunft über die derzeit definierten speziellen IP-Adressen.

DNS – Übersetzung von Rechnernamen in IP-Adressen

Über das weltweit verfügbare Domain Name System DNS können Namen in IP-Adressen (und vice versa) verwandelt werden. Der Name www.denic.de ergibt zum Beispiel 81.91.161.19 (Stand: 4. November 2005).

IPv6 – neue Version mit größerem Adressraum

Die aktuelle IP Version (IPv4) stellt über 4 Milliarden eindeutige Adressen bereit. Da einige Bereiche des gesamten IP Adressraums für besondere Anwendungen reserviert sind (zum Beispiel private Netze), stehen weniger Adressen zur Verfügung, als theoretisch möglich sind. Weiterhin ist ein großer Bereich aller IP-Adressen für Nordamerika reserviert. Auch die anfängliche Praxis der Vergabe von IPv4-Adressen nach Netzklassen (Class-A-, Class-B-, Class-C-Netze) führte zu einem verschwenderischen Umgang mit dem Adressraum. Es konnten nur ganze Blöcke von 256 bzw. 65.536 bzw. 16,7 Millionen Adressen zugewiesen werden. Erst die Einführung des Classless Interdomain Routing ermöglichte eine genauere Vergabe von Adressraum und konnte dieser Verschwendung von IPv4-Adressen Einhalt gebieten. In Zukunft werden immer mehr Geräte (zum Beispiel Telefone, Organizer, Haushaltsgeräte) vernetzt, so dass der Bedarf an eindeutigen IP-Adressen ständig zunimmt. Für eine Erweiterung des möglichen Adressraumes wurde IPv6 entwickelt. Es verwendet 128-Bit-Adressen, so dass auch in weiterer Zukunft keine Adressraumprobleme bei der Verwendung von IPv6 auftreten können (mit 128-Bit-Adressen lässt sich theoretisch jedes Atom der Erde adressieren). Mit IPv6 sind 2¹²⁸ = 256¹⁶ (= 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 = 3,4 · 10³⁸) IP-Adressen möglich, was ausreicht, um für jeden Quadratmeter der Erdoberfläche mindestens 665.570.793.348.866.943.898.599 (6,65 · 10²³) IP-Adressen bereitzustellen. Da die Dezimaldarstellung xxx:xxx:xxx:xxx:xxx:xxx:xxx:xxx:xxx:xxx:xxx:xxx:xxx:xxx:xxx:xxx jeglichen Rahmen sprengt, stellt man sie hexadezimal dar: xx.xx.xx.xx.xx.xx.xx.xx.xx.xx.xx.xx.xx.xx.xx.xx. Um diese Darstellung weiter zu vereinfachen (jeder Punkt trennt ein Byte der Adresse ab) werden jeweils 2 Byte der Adresse zusammengefasst und in Gruppen durch Doppelpunkt getrennt dargestellt. Des weiteren kann man innerhalb einer Gruppe auf führende Nullen verzichten (von IPv4 her bekannt). Man darf auch eine mehrere Gruppen umfassende Kette von Nullen durch 2 Doppelpunkte ersetzen.

Vergabe von IP-Adressen und Netzbereichen

IANA – Internet Assigned Numbers Authority

Die Vergabe von IP-Netzen im Internet wird von der IANA geregelt. In den Anfangstagen des Internet wurden IP-Adressen bzw. Netze in großen Blöcken direkt von der IANA an Organisationen, Firmen oder Universitäten vergeben. Beispielsweise wurde der Bereich 13.0.0.0/8 und damit 16777216 Adressen der Xerox Corporation zugeteilt. Heute vergibt die IANA Blöcke an regionale Vergabestellen.

RIR – Regional Internet Registry

Seit Februar 2005 gibt es fünf Regional Internet Registry (RIR) genannten regionalen Vergabestellen:
- AfriNIC (African Network Information Centre) – zuständig für Afrika
- APNIC (Asia Pacific Network Information Centre) – zuständig für die Region Asien/Pazifik
- ARIN (American Registry for Internet Numbers) – Nord Amerika
- LACNIC (Regional Latin-American and Caribbean IP Address Registry) – Lateinamerika und Karibik
- RIPE NCC (Réseaux IP Européens Network Coordination Centre) – Europa, Mittlerer Osten, Zentralasien. Für Deutschland, Österreich und die Schweiz ist also das RIPE zuständig. Die Regional Internet Registries vergeben die ihnen von der IANA zugeteilten Netze an lokale Vergabestellen.

LIR – Local Internet Registry

Die Local Internet Registries (LIR) genannten lokalen Vergabestellen vergeben die ihnen von den RIRs zugeteilen Adressen weiter an ihre Kunden. Die Aufgabe der LIR erfüllen in der Regel Internet Service Provider. Kunden der LIR können entweder Endkunden oder weitere (Sub-)Provider sein. Die Adressen können dem Kunden entweder permanent zugewiesen werden (fix IP, feste IP ) oder beim Aufbau der Internetverbindung dynamisch zugeteilt werden (dynamic IP, dynamische IP ). Fest zugewiesene Adressen werden v.a. bei Standleitungen verwendet oder wenn Server auf der IP-Adresse betrieben werden sollen. Welchem Endkunde oder welcher Local Internet Registry eine IP-Adresse bzw. ein Netz zugewiesen wurde, lässt sich über die Whois-Datenbanken der RIRs ermitteln.

Private Netze

In privaten, lokalen Netzwerken kann man selbst IP-Adressen vergeben. Dafür sollte man Adressen aus den in RFC 1918 genannten privaten Netzen verwenden (zum Beispiel 192.168.1.1, 192.168.1.2 …). Diese Adressen werden von der IANA nicht weiter vergeben und im Internet nicht geroutet. Um trotzdem eine Internet-Verbindung zu ermöglichen, wird mit Network Address Translation gearbeitet.

Netzklassen

Ursprünglich wurden die IP-Adressen in Netzklassen von A bis C mit verschiedenen Netzmasken eingeteilt. Klassen D und E sind für spezielle Aufgaben vorgesehen. Aufgrund der immer größer werdenden Routing-Tabellen, wurde 1993 CIDR (Classless Interdomain Routing) eingeführt. Damit spielt es keine Rolle mehr, welcher Netzklasse eine IP-Adresse angehört.

Gerätekonfiguration

Manuelle Konfiguration

Für Administratoren gibt es Programme, um die IP-Adresse anzuzeigen und zu konfigurieren. Unixoide Betriebssysteme verwenden hierfür das Kommando ifconfig, DOS oder Windows verwenden, je nach Version, ipconfig oder winipcfg. Beispiel: Der Netzwerkschnittstelle eth0 wird die IP-Adresse 192.168.0.254 in einem /27-Subnetz zugewiesen. ifconfig eth0 192.168.0.254 netmask 255.255.255.224

Automatische Konfiguration über Server

Über Protokolle wie BOOTP oder DHCP können IP-Adressen beim Hochfahren des Rechners über einen entsprechenden Server zugewiesen werden. Auf dem Server wird dazu vom Administrator ein Bereich von IP-Adressen definiert, aus dem sich weitere Rechner beim Hochfahren eine Adresse entnehmen können. Diese Adresse wird an den Rechner geleast. Rechner, die feste Adressen benötigen, können im Ethernet-Netzwerk über ihre MAC-Adresse identifiziert werden und eine dauerhafte Adresse erhalten. Vorteil hierbei ist die zentrale Verwaltung der Adressen. Ist nach der Installation des Betriebssystems die automatische Konfiguration vorgesehen, müssen keine weiteren Einstellungen für den Netzwerkzugriff mehr vorgenommen werden. Mobile Geräte wie Laptops können sich Adressen teilen, wenn nicht alle Geräte gleichzeitig ans Netz angeschlossen werden. Daneben können sie ohne Änderung der Konfiguration bei Bedarf in verschiedene Netzwerke (zum Beispiel Firma, Kundennetzwerk, Heimnetz) integriert werden.

Dynamische Adressierung

Wenn einem Host bei jeder neuen Verbindung mit einem Netzwerk eine neue IP-Adresse zugewiesen wird, spricht man von Dynamischer Adressierung. Im LAN-Bereich ist die dynamische Adressierung per DHCP sehr verbreitet. Im Internetzugangsbereich wird Dynamische Adressierung vor allem von Internet Service Providern eingesetzt, die Internet-Zugänge über Wählleitungen anbieten. Sie nutzen die dynamische Adressierung via PPP oder PPPoE. Vorteil der dynamischen Adressierung ist, dass im Durchschnitt deutlich weniger als eine IP-Adresse pro Kunde benötigt wird, da nie alle Kunden gleichzeitig online sind. Ein Verhältnis zwischen 1:10 und 1:20 ist üblich. Das RIPE NCC verlangt von seinen LIRs einen Nachweis über die Verwendung der ihnen zugewiesenen IP-Adressen. Eine feste Zuordnung von Adressen wird nur in begründeten Fällen akzeptiert, zum Beispiel für den Betrieb von Servern oder für Abrechnungszwecke.

Statische Adressierung

Statische Adressierung wird prinzipiell überall dort verwendet, wo eine dynamische Adressierung technisch nicht möglich oder nicht sinnvoll ist. So erhalten in LANs zum Beispiel Gateways, Server oder Netzwerk-Drucker in der Regel feste IP-Adressen. Im Internet-Zugangsbereich wird statische Adressierung vor allem für Router an Standleitungen verwendet. Statische Adressen werden meist manuell konfiguriert, können aber auch über automatische Adressierung (siehe oben) zugewiesen werden.

IP Aliasing – Mehrere Adressen auf einer Netzwerkkarte

Meist wird jeder Netzwerk-Schnittstelle (zum Beispiel Netzwerkkarte) eines Hosts genau eine IP-Adresse zugewiesen. In einigen Fällen (siehe unten) ist es allerdings notwendig, einer Netzwerk-Schnittstelle mehrere IP-Adressen zuzuweisen. Dies wird auch als IP-Aliasing bezeichnet. IP-Aliase werden unter anderem verwendet, um mehrere gleiche Services parallel auf einem Host zu betreiben, um einen Host aus verschiedenen Subnetzen erreichbar zu machen oder um einen Service logisch vom Host zu trennen, sodass er – mit seinem IP-Alias und transparent für die Clients – auf eine andere Hardware verschoben werden kann. Beispiel (FreeBSD): Die Netzwerkschnittstelle fxp0 bekommt die IP 192.168.2.254 mit einem /26-Subnetz als Alias ifconfig fxp0 alias 192.168.2.254 netmask 255.255.255.192

Unterschiedliche Netzwerke auf einem physikalischen Netzwerk

Auf einem physikalischen Netzwerk (zum Beispiel Ethernet-Netzwerk) können unterschiedliche logische Netzwerke (mit unterschiedlichem Netzwerk-Adressteil) aufgesetzt und gleichzeitig verwendet werden. Dies wird unter anderem eingesetzt, wenn später das Netzwerk wirklich aufgeteilt werden soll oder wenn früher getrennte Netzwerke zusammengefasst wurden.

Siehe auch

- Routing
- Internet Protocol
- IPv4
- IPv6
- ARP
- Anonymität im Internet
- Dualsystem
- Dezimalsystem

Weblinks

- RFC 3330 Special-Use IP Addresses
- [http://www.iana.org/ www.iana.org] IANA – Internet Assigned Numbers Authority
- [http://www.ripe.net/ www.ripe.net] RIPE – Réseaux IP Européens (Gibt unter anderem den registrierten Eigentümer einer IP aus.)
- [http://www.selfip.de/ www.selfip.de] Onlineservice zum Anzeigen der eigenen IP-Adresse
- [http://jodies.de/ipcalc?host=&mask1=&mask2= jodies.de] Webinterface zur Berechnung von Netzmasken, Netzgrenzen usw. Kategorie:Netzwerkprotokoll als:IP-Adresse ja:IPアドレス simple:IP address

Host

Als Host (englisch "Gastgeber") bezeichnet man
- in der Medizin einen Wirt
- einen Moderator einer Radio- oder Fernsehsendung
- in der IT einen Computer selbst oder dessen Namen (Hostname), meist innerhalb eines Computernetzwerkes.
Spezielle Hosts sind
- Anbieter kostenpflichtiger Fachdatenbanken, siehe Host (Datenbankanbieter)
- Rechner die Internetdienste anbieten, z.B. Webserver, Mailserver, siehe Host (Informationstechnik)
- einen Computer, an den Terminals angeschlossen sind, siehe Host-Terminal-Prinzip
- den Rechner, die in einer Direktverbindung (z.B. serielle Verbindung) zu einem anderen Rechner den Kommunikationspartner darstellt
- Rechner, die virtuellen Servern als "Gastgeber" dienen als:Host

Internet Protocol

Das Internet Protocol (IP) (auch Internetprotokoll) ist ein in Computernetzen weit verbreitetes Netzwerkprotokoll. Es ist eine (bzw. die) Implementierung der Internet-Schicht des TCP/IP-Modells bzw. der Vermittlungs-Schicht des OSI-Modells. IP bildet die erste vom Übertragungsmedium unabhängige Schicht der Internet-Protokoll-Familie. Das bedeutet, dass mittels IP-Adresse und Subnetzmaske (subnet mask) Computer innerhalb eines Netzwerkes in logische Einheiten, so genannte Subnetze, gruppiert werden können. Auf dieser Basis ist es möglich, Computer in größeren Netzwerken zu adressieren und Verbindungen zu ihnen aufzubauen, da logische Adressierung die Grundlage für Routing (Wegewahl und Weiterleitung von Netzwerk-Paketen) ist. Das Internet Protocol stellt die Grundlage des Internets dar. Siehe auch: IPv4, IPv6, TCP/IP-Referenzmodell, OSI-Modell, IP-Adresse, IP-Header, Mobile IP, Referenzmodell, Address Resolution Protocol, IPTV, IP-Telefonie

Weblinks

- RFC 791 – Internet Protocol
- RFC 1883 – Internet Protocol, Version 6 Kategorie:Netzwerkprotokoll ja:Internet Protocol ko:IP

Rechnernetz

Ein Rechnernetz ist ein Zusammenschluss von verschiedenen technischen, primär selbstständigen elektronischen Systemen (insbesondere Computern, aber auch Sensoren, Aktoren, Funktechnologischen Komponenten usw.), der die Kommunikation der einzelnen Systeme untereinander ermöglicht. Die Kommunikation erfolgt über verschiedene Protokolle, die mittels des ISO/OSI-Modells strukturiert werden können. Obwohl in der Praxis kein Rechnernetz das ISO/OSI-Modell vollständig abbildet, ist es von entscheidender Bedeutung für das Verständnis von Rechnernetzen, da hierbei aus kleinen grundlegenden Strukturen durch Verknüpfung, größere und komplexere Strukturen gebildet werden. Dabei greifen höhere (komplexere) Protokollschichten auf die Funktionalitäten von einfacheren darunterliegenden Protokollschichten zu. Ein wichtiges Prinzip dabei ist, dass man den meisten Protokollschichten jeweils (Nutz-)Daten (Payload) zum Transport übergeben kann. Die Protokollschicht fügt zu diesen Nutzdaten (deren Inhalt sie weitgehend ignoriert) vorne und teilweise hinten weitere Daten an, die für die Abwicklung des Transportes durch die Protokollschicht wichtig sind. Jedoch gibt es auch hiervon Ausnahmen, da einige Protokolle nicht dazu gedacht sind fremde Nutzdaten zu transportieren, sondern ausschließlich als eigenständige Informationssysteme für bestimmte Aufgaben fungieren. Die allgemein bekannteste Netzstruktur ist das Internet und die bekanntesten Protokolle sind das TCP und das IP Protokoll, jedoch spielen auch im Internet eine Reihe weiterer Protokolle wichtige Rollen und das Internet selbst ist kein homogenes Netz sondern ist aus einer Vielzahl teils recht unterschiedlich konzipierter Teilnetze aufgebaut, die nur die oberen Protokollschichten gemeinsam haben und die Nutzdatenübertragung auf den unteren Protokollschichten teilweise sehr unterschiedlich handhaben. Rechnernetze können unter anderem anhand der folgenden Kriterien klassifiziert werden.
- Organisatorische Abdeckung
- Übertragungsweg / Übertragungstechnologie

Topologien

IP Dies ist eine relativ leicht zu verstehende Eigenschaft die für das Grundverständnis wichtig ist. Unter der Topologie versteht man die Art wie die verschiedenen beteiligten Komponenten (also zumeist Rechner) im Netz durch physische oder logische Leitungswege verbunden sind. Theoretisch könnte man jeden Rechner mit jedem anderen beteiligten Rechner direkt verbinden. Dies ist in der Praxis aber nicht praktikabel. Deshalb bildet man Netze in denen es Verbindungen und Knoten gibt über die man ggf. über mehrere Zwischenpunkte von jedem Bereich des Netzes zu jedem anderen Bereich des Netzes kommen kann. Es gibt eine Reihe von Grundstereotypen, die so in dieser klaren Form jedoch selten in der Praxis auftreten. Bei der Stern-Topologie gibt es einen zentralen Verteilpunkt, der ggf. alles kontrollieren kann, aber ohne den nichts funktioniert. Bei der Baum-Topologie benutzt man einen ähnlichen Ansatz den man jedoch hierarchisch staffelt. In der Ring-Topologie hat jeder Rechner eine Position in einem Ring und ist nur mit seinen Nachbar verbunden. Das vermaschte Netz ist eine praktische Form in der jeder Rechner mit mehreren Nachbarn verbunden ist und redundante Wege existieren, sodass selbst beim Ausfall einer Leitung das Netz noch über eine andere Leitung verbunden bleibt. In einem Bus greifen alle beteiligten Rechner auf ein gemeinsam und von allen genutztes Medium zu, wodurch es zu Kollisionen darauf kommen kann. Die Zell-Topologie spielt bei Funknetzen mit ihren speziellen Zugriffseigenschaften eine besondere Rolle. In der Praxis treten fast immer Mischformen dieser Stereotype auf und es gibt noch eine Reihe von Bezeichnungen für bestimmte Spezialformen. Nähere Details hierzu siehe unter dem Stichwort Topologie Netze.

Organisatorische Abdeckung

Dieses Kriterium wird oft benutzt da es weniger kompliziert erscheint als andere Eigenschaften von Netzen. In der Praxis hat diese Unterscheidung aber nur begrenzte Bedeutung.
- lokale Netze
- Personal Area Network (PAN)
- Wireless Personal Area Network (WPAN) als Begriff
- Local Area Network (LAN)
- Wireless LAN (WLAN) als Begriff
- nicht-lokale Netze
- Metropolitan Area Network (MAN)
- Wide Area Network (WAN)
- Global Area Network (GAN)
- Virtual Private Network (VPN)

Übertragungsweg

Drahtgebundene Netze

Ethernet

Die verbreitetste Technik bei drahtgebundenen Netzen ist das Ethernet, das einem vor allem in lokalen Firmennetzen und Heimnetzen begegnet. Es ist leitungsgebunden und wird heute in den Ausprägungen 10-Base-T, 100-Base-Tx und 1000-Base-Tx benutzt. Dabei bezeichnet die Zahl jeweils die theoretische maximale Übertragungsgeschwindigkeit von 10, 100 oder 1000 Mbit pro Sekunde und T sagt aus dass es sich um ein gedrilltes Kupferkabel handelt (Twisted Pair). Je nach Geschwindigkeit ist ein Kabel der entsprechenden Qualität nötig die CAT[Nummer] genannt wird. Für 100 Mbit ist dies z.B. CAT5, bei 1000 Mbit CAT5e, CAT5+ oder CAT6 zu verwenden. Früher war die Ethernetvariante 10Base2 mit koaxialen Kabeln verbreitet, die aber seit dem Jahr 2000 weitgehend ausgestorben ist. Dennoch rührt von dieser Zeit der Name Ethernet, der suggeriert, dass man über einen Art "Äther" funkt. Hintergrund war, dass sich viele Rechner einen gemeinsamen Ethernet-Strang teilten und es so auch zu Störungen bei gleichzeitiger Nutzung kommen konnte (sogenannte Kollisionen). Das "Zugriffsverfahren" nennt sich dabei CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection), wobei jeder Rechner erst lauscht ob die Leitung (Carrier) frei ist und wenn ja, dann einfach sendet. Hat er Pech gibt es dennoch eine Kollision, weil noch ein Rechner dasselbe tut. Diese Kollision wird erkannt (Collsion Detection) und beide probieren es zu einem zufälligen Zeitpunkt später erneut. Zudem musste jeder Rechner der den Ethernetstrang benutzte wissen wann er gemeint war. Dazu wurde die sogenannte MAC (Media Access Control) Schicht eingeführt, die den gleichzeitigen Zugriff auf dem gemeinsam genutzten Medium regelte. Dabei bekam jeder beteiligte Rechner eine eigene eindeutige MAC Adresse und es gab Verfahren wie sich alle Rechner beim Auftreten einer Kollision zu Verhalten hatten. In der Praxis hat das Ethernet/MAC Protokoll den Vorteil dass es bei geringem Datenverkehr sehr schnell und einfach funktioniert, da jeder sofort losfunken kann. Jedoch treten bei höherem Datenverkehr mehr und mehr Kollisionen im gemeinsam genutzen Netzabschnitt auf, die den Datenverkehr irgendwann ganz zusammen brechen lassen können. In der Praxis funktionierten solche Ethernet Netze deshalb nur mit geringem Datenverkehr gut. Bei hohem Datenverkehr konnten große Verzögerungen entstehen und theoretisch konnte es einem Rechner passieren, dass er zufällig überhaupt niemals kollisionsfrei etwas senden konnte. Mit dem Aufkommen der Base-T-Varianten und Switchen wurden diese MAC-Verfahren zwar eigentlich wieder unwichtig, da nun wieder jeder Rechner einen eigenen exklusiven Netzbereich hatte, der durch Switche kontrolliert wurde, jedoch blieb die MAC-Schicht erhalten. Dennoch gibt es heute mit Switchen keine Kollisionsprobleme mehr, wodurch die Leitungen effizienter genutzt werden können, jedoch kann es immer noch zu Staus und Überlastungen an den Switchen kommen.

Token Ring

Einen anderen Weg der Zugriffskontrolle ging das Token Ring-Netz, das heute (2005) vor allem für Netze mit speziellen Qualitätsanforderungen benutzt wird. Der Vorteil von Token Ring-Netzen ist, dass jeder Rechner nach spätestens einer bestimmten Zeit sicherlich etwas senden kann. Dazu wird ein sogenanntes Token (zu deutsch Pfandmünze) in Form eines kleinen Informationspaketes herumgereicht. Wer das Token hat darf eine Weile Nutzdaten senden, hört dann wieder auf und gibt das Token weiter. Die Reihenfolge in der es weitergegeben wird ist genau festgelegt und ringförmig, wodurch man das Token immer wieder bekommt. Token Ring-Netze sind oft so aufgebaut, dass jeder Rechner jeweils mit seinen zwei Nachbarn im Ring direkt verbunden ist und diesen entweder das Token weiterreicht oder eine Information übergibt die sich entweder behalten oder weitergeben, je nachdem für wen sie bestimmt ist. Es gibt auch eine Variante die sich Token Ring over Ethernet nennt. Dabei hängen alle Rechner in einem gemeinsam genutzten Ethernet zusammen, aber geben sich dort jeweils ein Token reihum weiter (Token-Passing), wodurch Kollisionen vermieden werden und die Leitung besser genutzt wird. Das komplizierte an diesem virtuellen Ring ist, dass ersteinmal geklärt werden muss welche Rechner existieren und welche Reihenfolge die im virtuellen Ring einnehmen. Zudem muss man erkennen wenn neue Rechner hinzukommen oder bestehende im Ring verschwinden. Wirklich wichtig sind die Eigenschaften von Token Ring-Netzen in sicherheitskritischen Netzen, in denen es wichtig ist, präzise zu wissen wie lange es maximal dauert, bis eine Nachricht gesendet werden kann. Dies lässt sich leicht anhand der Anzahl der Rechner, also an der Länge des Rings ermitteln. Solche Netze werden zum Beispiel in der Automobiltechnik und Finanzbranche für kritische Systeme eingesetzt. Einige weitere Netztypen sind:
- ARCNET
- FDDI – Glasfaserkabel
- ATM Weiteres Zugriffsverfahren:
- CSMA/CA

Drahtlose Netze

Verbreitete Techniken bei drahtlosen Netzen sind

Infrastruktur-Netze

- Mobilfunknetze wie GSM oder UMTS
- WLANs im Infrastruktur-Modus, das heißt mit Schnittstelle zu einem drahtgebundenen Netz mittels Wireless Access Points. Am weitesten verbreitet sind WLANs vom Typ 802.11

spontane Adhoc-Netze (siehe MANET)

- WLANs vom Typ 802.11 im Ad-hoc-Modus. In diesem Modus kommunizieren die Geräte des Netzes ohne zusätzliche Infrastruktur.
- die mit sehr geringer Reichweite Geräte in unmittelbarer Umgebung verbinden, sog. Wireless Personal Area Networks (WPAN)
- der Standard Bluetooth (siehe auch Toothing)
- Netzstrukturen für Sensornetze, aktuelles Forschungsgebiet

Sprachliche Betrachtung von Netz und Netzwerk

Das englische net wird traditionell in der Fischerei verwendet. Außerhalb dieses Bereichs spricht man hingegen von network. Im Deutschen steht Netzwerk traditionell nur für das Maschenwerk eines Fischernetzes. Außerhalb der Fischerei wird nur Netz (Stromnetz, nicht -werk; Telefonnetz) verwendet. Dieser Argumentation folgend ist Computernetzwerk eine falsche Übersetzung aus dem Englischen und Rechnernetz bzw. Computernetz der korrekte Begriff (siehe auch
- Bastian Sick: [http://www.spiegel.de/kultur/zwiebelfisch/0,1518,315833,00.html ZWIEBELFISCH-ABC:Netz/Netzwerk]. In: Spiegel-Online).

Literatur

- Andrew S. Tanenbaum: Computernetzwerke. Pearson Studium 2003 ISBN 3827370469
- Douglas Comer: Computernetzwerke und Internets. Pearson Studium 2001 ISBN 382737023X
- Frank R. Walther: Networkers Guide. Pearson / Markt+Technik 2000/2003 ISBN 3-8272-6502-9

Siehe auch

- OSI-Modell
- LAN
- WAN
- TCP/IP
- Internetworking
- Netzwerksicherheit
- VPN (Virtuelles Privates Netzwerk)
- Feldbus (Netzwerke für die Automatisierungstechnik)
- LAN-Analyse
- Peer-to-Peer
- Client, Server
- Corporate Network
- Fiber To The Desk

Weblinks

- [http://www.itse-guide.de/kategorie/7 Artikel zum Thema Netzwerk]
- [http://www.multi-online.com Netzwerk von A-Z]
- [http://www.robsite.de/tutorials.php?tut=netzwerk Infos/Tutorials]
- [http://www.netzwerk-community.de Netzwerk-Community - Knowledgebase, Forum,... zur Netzwerktechnik] Kategorie:Computernetzwerk ja:コンピュータ・ネットワーク simple:Computer network th:เครือข่ายคอมพิวเตอร์ zh-min-nan:Tiān-náu bāng-lō·

IPv4

IPv4 (Internet Protocol Version 4), früher einfach IP, ist die vierte Version des Internet Protocols (IP). Es war die erste Version des Internet Protocols welche weltweit verbreitet und eingesetzt wurde und bildet eine wichtige technische Grundlage des Internets. Es wurde in RFC 791 im Jahr 1981 von Jon Postel definiert.

Adressformat

IPv4 benutzt 32-Bit-Adressen, daher sind maximal 4.294.967.296 eindeutige Adressen möglich. IPv4-Adressen werden üblicherweise dezimal in 4 Blöcken geschrieben: zum Beispiel 207.142.131.235. Je Block werden 8 Bit zusammengefasst; somit ergibt sich für jeden Block ein Wertebereich von 0 bis 255. Bei der Weiterentwicklung IPv6 werden 128-Bit-Adressen verwendet. Es ist aber heute (2005) noch nicht sehr verbreitet. Eine IP-Adresse wird in einen Netzwerkteil und einen Host-(Adressen-)teil geteilt. Rechner sind im selben IP-Netz, wenn der Netzwerkteil ihrer Adresse gleich ist – das ist eine Voraussetzung, dass diese Rechner direkt miteinander kommunizieren können. Im selben Netz darf keine Host-Adresse doppelt vergeben sein. Für die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Netzen wird ein Router benötigt. Den Adressteil vergibt der zuständige Administrator für jedes teilnehmende Gerät verschieden. In Netzen mit vielen Teilnehmern wird die Vergabe des Adressteils oft von einem so genannten DHCP-Server übernommen. Die Netzadresse vergibt der Besitzer oder Planer des Netzwerkes. Im Internet ist das IANA für die Vergabe der Netzadressen zuständig. Ein typisches Netzwerk trennt die 32-Bit in einen 24-Bit Netzwerk und einen 8-Bit Adressteil (Klasse-C-Adressen). Die genaue Aufteilung zwischen Netzteil und Adressteil wird in Form der Subnetmask angegeben (im Klasse-C-Fall 255.255.255.0). Früher gab es drei fest vorgeschriebene Einteilungen für Netzwerkklassen mit einer festen Bitzahl. Klasse A: 001–127.0.0.0, Klasse B: 128–191.255.0.0 oder Klasse C: 192–223.255.255.0, allerdings erwies sich diese Einteilung als zu unflexibel, so dass man dazu übergegangen ist, diese Einteilung bitvariabel im Classless Inter-Domain Routing-Verfahren durchzuführen. Heutzutage kann man genaugenommen nicht mehr zum Beispiel von Klasse C-Netzwerken sprechen, allerdings ist es im allgemeinen Sprachgebrauch erhalten geblieben. Die maximale Anzahl der zu vergebenen Host-Adressen in einem Netz ist : 2^{Anzahl Bits der Hostadresse} − 2 Zwei Host-Adressen fallen immer weg – die erste Adresse (zum Beispiel 192.168.0.0) bezeichnet das Netz selber, die letzte Adresse (zum Beispiel 192.168.0.255) ist für den Broadcast reserviert. (Alle Teilnehmer werden angesprochen.)

Besondere Netzwerkadressen

Einige Klassen von Netzwerkadressen sind für spezielle Zwecke reserviert.

Lokale Netzwerkadressen

Lokale Netzwerke können in folgenden Netzbereichen realisiert werden:
- Klasse A: 10.0.0.0 (10.0.0.0/8 prefix)
- Klasse B: 172.16.0.0 – 172.31.0.0 (172.16.0.0/16 prefix)
- Klasse B: 169.254.0.0 – 169.254.0.0 (169.254.0.0/16 prefix) mittels Zeroconf oder APIPA
- Klasse C: 192.168.0.0 – 192.168.255.0 (192.168.0.0/24 prefix) Die Besonderheit an den Netzen 10/8, 172.16–31/16, 169.254/16 und 192.168.0–255/24 ist, dass sie im Internet ungültig sind und nicht transportiert werden. Somit eignen sich diese Adressen ausdrücklich für lokale Netze, die mittels NAT (Network Address Translation) ins Internet transportiert werden können.

Beispiele

Beispiel: (Klasse-C-Netz) Beispiel: (Classless)

Paketlänge

Ein IP-Paket besteht aus einem Header und den eigentlichen Daten. Der Datenteil enthält in der Regel ein weiteres Protokoll, meist TCP, UDP oder ICMP. Die maximale Länge der Daten beträgt 65515 Bytes (2¹⁶-1-minimale Headerlänge). Normalerweise beschränkt der Sender die Paketlänge auf diejenige des zugrundeliegenden Mediums. Bei Ethernet beträgt die so genannte MTU (Maximum Transfer Unit) 1518 Bytes, wobei 18 Bytes von Ethernet selbst belegt werden. Für IP (Header und Daten) stehen also nur 1500 Bytes zur Verfügung. Deshalb ist die Länge von IP-Paketen oft auf 1500 Bytes festgesetzt. Andere Netzwerke können die Paketlänge weiter beschränken. In diesem Fall bietet IP die Option, IP-Pakete zu fragmentieren. Jedes Paket erhält vom Sender eine Kennung (die Fragment-ID). Ein Router kann ein langes Paket aufteilen, weil das Zielnetzwerk Pakete dieser Länge nicht überträgt. Der Empfänger kann die Fragmente anhand der Kennung und der Senderadresse identifizieren und wieder zusammenfügen.

Routing

IPv4 unterscheidet nicht zwischen Endgeräten (Hosts) und Vermittlungsgeräten (Router). Jeder Computer und jedes Gerät kann gleichzeitig Endpunkt und Router sein. Ein Router verbindet dabei verschiedene Netzwerke. Die Gesamtheit aller über Router verbundenen Netzwerke bildet das Internet. IPv4 ist für LANs und WANs gleichermaßen geeignet. Ein Paket kann verschiedene Netzwerke vom Sender zum Empfänger durchlaufen, die Netzwerke sind durch Router verbunden. Anhand von Routingtabellen, die jeder Router individuell pflegt, wird der Netzwerkteil einem Zielnetzwerk zugeordnet. Die Einträge in die Routingtabelle können dabei statisch oder über Routingprotokolle dynamisch erfolgen. Die Routingprotokolle dürfen dabei sogar auf IP aufsetzen. Bei Überlastung eines Netzwerks oder einem anderen Fehler darf ein Router Pakete auch verwerfen. Pakete desselben Senders können bei Ausfall eines Netzwerks auch alternativ geroutet werden. Jedes Paket wird dabei einzeln geroutet, was zu einer erhöhten Ausfallsicherheit führt. Beim Routing über IP können daher
- einzelne Pakete verlorengehen
- Pakete doppelt beim Empfänger ankommen
- Pakete verschiedene Wege nehmen
- Pakete fragmentiert beim Empfänger ankommen. Wird TCP auf IP aufgesetzt (d. h. die Daten jedes IP-Pakets enthalten ein TCP-Paket, aufgeteilt in TCP-Header und Daten), so wird neben dem Aufheben der Längenbeschränkung auch der Paketverlust durch Wiederholung korrigiert. Doppelte Pakete werden erkannt und verworfen. Die Kombination TCP mit IP stellt dabei eine zuverlässige bidirektionale Verbindung eines Datenstroms dar.

ICMP

IP ist eng verknüpft mit dem ICMP-Protokoll, das zur Fehlersuche und Steuerung eingesetzt wird. ICMP setzt auf IP auf, d. h. ein ICMP-Paket wird im Datenteil eines IP-Pakets abgelegt. Eine IP-Implementierung enthält stets auch eine ICMP Implementierung. Wichtig ist z. B. die ICMP Source-Quench Mitteilung, die den Sender über das Verwerfen von Paketen durch einen Router informiert. Da jedes IP-Paket die Quell-Adresse enthält, können Informationen an den Sender zurück übermittelt werden. Dieser kann nach einem Source-Quench die Paketsendefrequenz verringern und so die Notwendigkeit eines weiteren Verwerfens minimieren oder vermeiden. ICMP kann zusammen mit dem Don't Fragment-Bit des IP-Pakets auch eingesetzt werden, um die minimale MTU eines Übertragungsweges zu ermitteln (so genannte PMTU Path Maximum Transfer Unit). Dies ist die MTU desjenigen Netzwerkes mit der kleinsten MTU aller passierten Netzwerke. Dadurch kann auf Fragmentierung verzichtet werden, wenn der Sender nur Pakete mit der maximalen Größe der PMTU erzeugt.

IPv4 auf Ethernet

IPv4 kann auf vielen verschiedenen Medien aufsetzen, z. B. auf serielle Schnittstellen (PPP oder SLIP), Satellitenverbindungen usw. Im LAN-Bereich wird heute fast immer Ethernet eingesetzt. Ethernet verwaltet eigene 48-Bit Adressen. Wenn IP über Ethernet gesendet wird, wird ein 14-Byte großer Ethernet-Header vor dem IP-Header gesendet. Nach den Daten folgt eine 32-Bit CRC-Prüfsumme. Neben der maximalen Paketlänge von 1518 Bytes kann Ethernet keine kleineren Pakete als 64 Bytes übertragen, so dass zu kurze IP-Pakete (Datenlänge kleiner als 26 Bytes) mit Nullbytes erweitert werden (so genanntes Padding). Die Länge im IP-Header gibt dann Auskunft über die tatsächliche Paketgröße. Im Ethernet hat jede Netzwerkkarte ihre eigene herstellerbezogene 48-Bit Adresse, zusätzlich gibt es eine Ethernet-Broadcastadresse. Ein Sender muss die Ethernetadresse der Zielnetzwerkkarte kennen, bevor ein IP-Paket gesendet werden kann. Dazu wird das ARP-Protokoll (Address Resolution Protocol) verwendet. Jeder Rechner verwaltet einen ARP-Cache, in dem er ihm bekannte Zuordnungen von Ethernet-Kartenadressen speichert. Unbekannte Adressen erfährt er über das ARP-Protokoll mittels einer Anfrage (ARP-Request) über einen Ethernet-Broadcast, die der zugehörige Empfänger beantwortet (ARP-Reply).

Header-Format

Der IPv4-Header ist normalerweise 20 Bytes lang. Bei Übertragung auf Ethernetkabeln folgt er dem Ethernet-Typfeld, das für IP-Pakete auf 0800₁₆ festgelegt ist. Auf anderen Übertragungsmedien kann der Header auch der erste Eintrag sein. IPv4 bietet verschiedene, größtenteils ungenutzte Optionen, die den Header bis auf 60 Bytes (in 4-Byte-Schritten) verlängern können. Eine spezielle Bedeutung kommt in modernen Implementation dem Feld Type of Service zu. Ursprünglich diente dieses Feld bei der Vermittlung eines Datenpaketes als Entscheidungshilfe für die beteiligten Router bei der Wahl der Übertragungsparameter. In modernen Implementationen wird dieses Feld im Zusammenhang mit der Vermeidung von Überlastungen verwendet.

Höhere Protokolle

IPv4 ist ein geroutetes Protokoll (Schicht 3 im TCP/IP-Referenzmodell). Auf IPv4 werden weitere Protokolle aufgesetzt, d. h. in den Datenteil des IP-Pakets werden die Header, Daten und evtl. Trailer der oberen Protokolle eingefügt (Protokollstapel). Neben dem erwähnten ICMP wird TCP verwendet, das TCP/IP zusammen mit IP den Namen gegeben hat. TCP ist ein verbindungsorientiertes Protokoll, das einen byteorientierten, bidirektionalen, zuverlässigen Datenstrom zur Verfügung stellt. Es wird im WAN-Bereich praktisch für alle Arten von Daten- und Informationsübertragungen eingesetzt. Zu TCP/IP gehört auch UDP, ein paketorientiertes Protokoll. Es ist ein einfaches Protokoll, das die Paketeigenschaften von IP im wesentlichen beibehält (verbindungslos, unzuverlässig, Verdoppelung etc.). TCP und UDP fügen IP eine Prüfsumme über die Daten (die Prüfsumme im IP-Header prüft nur die Headerdaten) und als Quell- und Zielport jeweils eine 16-Bit Zahl hinzu. Diese Ports bilden zusammen mit der jeweiligen Quell- und Zieladresse im IP-Paket so genannte Endpunkte. Prozesse kommunizieren über diese Endpunkte. TCP baut eine Verbindung nicht zwischen IP-Adressen, sondern zwischen zwei Endpunkten auf. Die weiteren Protokolle setzen alle entweder auf TCP oder auf UDP auf. Ein wichtiges Protokoll ist das Domain Name System DNS, das eine Umsetzung von Rechnernamen zu IP-Adressen erlaubt. Es überträgt Informationen normalerweise über UDP, der Abgleich zwischen zwei DNS-Servern kann aber auch das TCP-Protokoll verwenden.

Vergangenheit und Zukunft

DNS Das IPv4-Protokoll hat lange nahezu unverändert überlebt. Ab 1983 wurde die IP-Protokoll-Familie als einzige Protokollfamilie für das ARPAnet übernommen, das dann später zum Internet wurde. Damals waren nur einige hundert Rechner an das Netz angeschlossen. 1989 wurde die Grenze von 100.000 Rechnern überschritten, und im gleichen Jahr der Backbone auf 1.5 MBit/s aufgerüstet. Anfang der 1990er Jahre wurde vermutet, dass die IP-Adressen am Ende des Jahrzehnts knapp würden, da die IANA relativ große Adressbereiche an Firmen und Institutionen zuteilte. Dies führte zuerst zur Entwicklung eines Entwurfes für einen Standard (IPv5), der dann aber zu Gunsten von IPv6 verworfen wurde. IPv5 sollte dabei einen 64Bit Adressbereich unterstützen. Die gestiegenen Sicherheitsanforderungen und die Verwendung von Firewalls mit Network Address Translation NAT führte jedoch zu einer Entschärfung der Adressproblematik, da heute ganze Firmen mit mehreren tausend Rechnern nur noch eine einzige IP-Adresse pro Standort benötigen. Einige Eigenschaften, wie Fragmentierung, werden nicht mehr benötigt, da sie für die heutigen schnellen Netze zu aufwändig sind. Path Maximum Transfer Unit Discovery löst dieses Problem. IPv4 scheint auch in nächster Zukunft noch das allgemein verwendete Protokoll im Internet zu bleiben. Schließlich hat IP auch die konkurrierenden LAN-Protokolle wie DECnet verdrängt. Netware, AppleTalk und NetBIOS wurden als neue Versionen hervorgebracht, die auf IP aufsetzen. Siehe auch: IP-Header

Weblinks

- RFC 791 – Internet Protocol Kategorie:Netzwerkprotokoll ko:IPv4

Internet Protocol

Weblinks

- RFC 791 – Internet Protocol
- RFC 1883 – Internet Protocol, Version 6 Kategorie:Netzwerkprotokoll ja:Internet Protocol ko:IP

Byte

Ein Byte // ist eine Bezeichnung in der Digitaltechnik und Informatik für: # eine adressierbare Speichereinheit, die groß genug ist, um ein beliebiges Zeichen der englischen Sprache aus dem Basis-Zeichensatz aufzunehmen. (bei ASCII: 1 Zeichen = 8 Bit = 1 Byte; bei UTF-32: 1 Zeichen = 32 Bit = 4 Oktette = 1 Byte, jedoch wird auch hierbei meist von 4 Byte gesprochen) # umgangssprachlich die Bezeichnung eines Tupels von 8 Bit, deren formale ISO-konforme Bezeichnung Oktett ist. (1 Byte = 8 Bit) # einen Datentyp in einigen Programmiersprachen für eine 8 Bit breite Einheit (1 Byte = 8 Bit) # eine Maßeinheit für 8 Bit bei Größenangaben (1 Byte = 2³ Bit = 8 Bit) (nach: IEC 60027-2, Second Edition, 2000-11). # eine Datenmenge von zwei Nibbles, die 256 verschiedene Werte annehmen kann und durch zwei hexadezimale Ziffern (00 bis FF) darstellbar ist (1 Nibble = 4 Bit = 1/2 Byte; 2 Nibbles = 8 Bit = 1 Byte) Bei den meisten heutigen Rechnern fallen alle diese Definitionen in eins zusammen. Der Begriff Byte wird aufgrund der großen Verbreitung von Systemen, die auf acht Bit (beziehungsweise Zweierpotenzvielfache davon) basieren, für die Bezeichnung einer acht Bit breiten Größe verwendet, die in formaler Sprache (entsprechend ISO-Normen) aber korrekt Oktett (engl. octet) heißt. Als Maßeinheit bei Größenangaben wird in der deutschen Sprache der Begriff Byte (im Sinne von 8 Bit) verwendet. Bei der Übertragung kann ein Byte parallel (alle Bits gleichzeitig) oder seriell (alle Bits nacheinander) übertragen werden. Zur Sicherung der Richtigkeit werden oft Prüfbits angefügt. Bei der Übertragung größerer Mengen sind weitere Übertragungsprotokolle möglich. So werden bei 32-Bit-Rechnern oft 32 Bit (vier Byte) gemeinsam in einem Schritt übertragen, auch wenn nur ein 8-Bit-Tupel übertragen werden muss. Das ermöglicht eine Vereinfachung der zur Berechnung erforderlichen Algorithmen und einen kleineren Befehlssatz des Computers. Um Datenmengen zum Beispiel von Festplatten anzugeben, wird der Einheit Byte (die dort für ein Oktett steht) ein Präfix wie z. B. k (für Kilo, 1000) oder Ki (für Kilo-binary, 1024) vorangestellt. Bezeichnungen wie kOktett und MOktett sind im Deutschen ungebräuchlich, finden sich aber z. B. im Französischen.

Geschichte des Begriffs Byte

Das Wort Byte ist künstlich und stammt von englisch bit (deutsch: bisschen) und bite (deutsch: Happen; Quelle: The New Shorter Oxford English Dictionary). Verwendet wurde es, um eine Speichermenge oder Datenmenge zu kennzeichnen, die ausreicht, um ein Zeichen darzustellen. Der Begriff wurde 1956 von Werner Buchholz geprägt in einer frühen Designphase eines IBM-Computers[http://medic.bgu.ac.il/comp/course/defs/byte.html]. Im Original beschrieb er eine Breite von 6 Bit und stellte die kleinste direkt adressierbare Speichereinheit eines Computers dar. Bereits 1956 erfolgte der Übergang zu 8 Bit. Die Schreibweise Bite wurde zu Byte geändert, um versehentliche Verwechslungen mit Bit zu vermeiden. Byte wird auch als Abkürzung für Binary term und Bit als Abkürzung für Binary digit erklärt – dabei handelt es sich aber um Backronyme. Eine weitere Erklärung des Begriffes liegt in der Kurzform "by eight", frei übersetzt "achtfach". Zur Unterscheidung der ursprünglichen Bedeutung als kleinste adressierbare Einheit und der Bedeutung als 8-Bit-Tupel wird in der Fachliteratur (abhängig vom Fachgebiet) korrekterweise auch der Begriff Oktett für letzteres benutzt, um eine klarere Trennung zu erzielen.

Weblinks

- [http://physics.nist.gov/cuu/Units/binary.html Nist: Kilobyte und Kibibyte]
- [http://medic.bgu.ac.il/comp/course/defs/byte.html Byte - Historische Entwicklung des Begriffs, (engl.)]
- [http://www.purl.org/stefan_ram/pub/code_kbyte_de Der Begriff Kilobyte und ähnliche Begriffe]

Siehe auch

- Speicherkapazität - Übersicht über die Speicherkapazitätseinheiten
- Binärpräfixe

Weitere Bedeutung

Byte ist auch der Titel einer US-amerikanischen Computerzeitschrift. Kategorie:Hardware Kategorie:Compilerbau Kategorie:Informationseinheit ja:バイト (情報) ko:바이트 ms:Bait simple:Byte th:ไบต์

Dezimalzahl

Das Dezimalsystem oder Zehnersystem (lat. decimus = der Zehnte) ist ein Stellenwertsystem zur Darstellung von Zahlen. Es verwendet die Grundzahl (oder Basis) 10. Das Dezimalsystem ist heute mit dem Dualsystem das weltweit verbreiteteste Zahlensystem, und stammt ursprünglich aus Indien. Der persische Mathematiker Muhammad ibn Musa al-Chwarizmi verwendete es im 8. Jahrhundert in seinem Arithmetikbuch, durch das es im 10. Jahrhundert nach Europa gelangte. Mit seiner Durchsetzung im 12. Jahrhundert kam auch der Begriff Arabische Zahlen auf. In arabischen Ländern werden sie bis heute indische Zahlen genannt. Ohne Null aber bereits mit der Dezimalzahlen-Idee (also Zehner, Hunderter, Tausender usw. rechnete man bereits im Alten Ägypten (siehe Hieroglyphen) und später bei den Römern (siehe Römische Zahlen). Die Chinesischen Zahlen sind ein Mischsystem aus den Ziffern eins bis neun (eine Null wurde später hinzugefügt) und Zeichen für die Zehnerschritte.

Definition und Darstellung

Ziffern

Im Dezimalsystem verwendet man die 10 Ziffern :0 (Null), 1 (Eins), 2 (Zwei), 3 (Drei), 4 (Vier), 5 (Fünf), 6 (Sechs), 7 (Sieben), 8 (Acht), 9 (Neun). Diese Ziffern werden jedoch in verschiedenen Teilen der Welt anders geschrieben. Siehe dazu die Artikel Arabische Zahlen und Indische Zahlen. Die alten indischen Ziffern werden auch heute noch in der Devanāgarī-Schrift verwendet.

Definition

Eine Dezimalzahl wird durch die Ziffern z_i dargestellt. Die Ziffern werden ohne Trennzeichen hintereinander geschrieben, ihr Stellenwert entspricht der zur Stelle passenden Zehnerpotenz. Es wird also die höchstwertige Stelle mit dem Wert z_m ganz links und die niederwertigeren Stellen mit den Werten z_m-1 bis z₀ in absteigender Reihenfolge rechts davon aufgeschrieben. Zur Darstellung von rationalen oder reellen Zahlen folgen dann nach einem trennenden Komma die Stellen z_-1 bis z_-n, die den gebrochenen Anteil der Zahl darstellen. Ziffern vor dem Komma werden mit positiven Exponenten, nach dem Komma mit negativem Exponenten multipliziert. Im englischen Sprachraum wird statt des Kommas meist ein Punkt verwendet. :

z_m z_ \ldots z_0\operatornamez_ z_ \ldots z_
\qquad \left(m,n\in\mathbb \quad z_i\in\\right)

Der Wert Z der Dezimalzahl ergibt sich durch Addition bzw. Subtraktion dieser Ziffern, welche vorher jeweils mit ihrem Stellenwert 10ⁱ multipliziert werden: :

Z = \pm \sum_^m z_i \cdot 10^i

. Diese Darstellung nennt man auch Dezimalbruchentwicklung.

Beispiel

: 723,48 = 7·10² + 2·10¹ + 3·10⁰ + 4·10^-1 + 8·10^-2

Dezimalbruchentwicklung

Mit Hilfe der Dezimalbruchentwicklung kann man jede reelle Zahl durch eine Summe von Brüchen als Zehnerpotenzen darstellen. Diese Darstellung ist eine einfache Reihenentwicklung. Insbesondere bei allen irrationalen Zahlen bricht diese Reihe nicht ab; dann liegt eine unendliche Dezimalbruchentwicklung vor. Zur Umformung periodischer Dezimalbruchentwicklungen (siehe weiter unten) verwendet man die Beziehungen: :

0\overline = \frac; \quad
0\overline = \frac; \quad
0\overline = \frac; \quad \ldots

. Beispiele:

055555\ldots = 0\overline = \frac

033333\ldots = 0\overline = \frac = \frac

0424242\ldots = 0\overline = \frac = \frac

0081081081\ldots = 0\overline = \frac = \frac

Die Periode wird jeweils in den Zähler übernommen. Im Nenner stehen soviele Neunen, wie die Periode Stellen hat. Gegebenenfalls sollte der entstandene Bruch noch gekürzt werden. Etwas komplizierter ist die Rechnung, wenn die Periode nicht unmittelbar auf das Komma folgt: Beispiele:

083333\ldots = 08\overline = 8\overline : 10 = 8\frac : 10
= 8\frac : 10 = \frac : 10 = \frac = \frac

048363636\ldots = 048\overline = 48\overline : 100
= 48\frac : 100 = 48\frac : 100 = \frac : 100 = \frac
= \frac

Formel

Für unendliche Dezimalbrüche mit einer Null vor dem Komma lässt sich folgende Formel aufstellen: :

p = \frac

Dabei sind p die periodische Zahl, x die Zahl vor Beginn der Periode (als Ganzzahl), m die Anzahl der Ziffern vor Beginn der Periode, y die Ziffernfolge der Periode (als Ganzzahl) und n die Länge der Periode. Die Anwendung dieser Formel soll anhand des letzten Beispiels demonstriert werden:

p = 048363636\ldots = 048\overline

x = 48; \quad m = 2; \quad y = 36; \quad n = 2

p = \frac
= \frac = \frac = \frac

Periode

In der Mathematik bezeichnet man als Periode eines Dezimalbruchs eine Ziffer oder Ziffernfolge, die sich nach dem Komma immer wieder wiederholt. Alle rationalen Zahlen haben eine periodische Dezimalbruchentwicklung. Beispiele: Sofortperiodische: 1/3 = 0,33333... 1/7 = 0,142857142857... 1/9 = 0,11111... Nichtsofortperiodische: 2/55 = 0,036363636... 1/30 = 0,03333... 1/6 = 0,16666... Auch endliche Dezimalbrüche wie 0,12 können als periodische Dezimalbrüche aufgefasst werden: 0,12 = 0,12000... Perioden treten im Dezimalsystem genau dann auf, wenn sich der Nenner des zugrunde liegenden Bruches nicht ausschließlich durch die Primfaktoren 2 und 5 erzeugen lässt -- 2 und 5 sind die Primfaktoren der Zahl 10, der Basis des Dezimalsystems. Ist der Nenner eine Primzahl (außer 2 und 5), so hat die Periode höchstens eine Länge, die um eins niedriger ist als der Wert des Nenners (in den Beispielen fett dargestellt).

Periodische Dezimalbrüche als Grenzwerte

Der Limes- oder Grenzwert-Begriff der Analysis erlaubt eine exakte Definition von periodischen Dezimalbrüchen. So gilt beispielsweise: :

0\overline = 07 + 007 + 0007 + \ldots

0\overline

ist der Limes der folgenden (unendlichen) geometrischen Reihe :

07 + 07 \cdot \frac + 07 \cdot \left(\frac\right)^2 
+ 07 \cdot \left(\frac\right)^3 + \ldots

Notation mit Periodenstrich

Für periodische Dezimalbruchentwicklungen ist eine Schreibweise üblich, bei der der sich periodisch wiederholende Teil der Nachkommastellen durch einen Überstrich markiert wird. Beispiele sind
-

1/6 = 0,1\bar

,
-

1/7 = 0,\overline

Nicht periodische Nachkommaziffern-Folge

Wie im Artikel Stellenwertsystem erläutert, besitzen irrationale Zahlen (auch) im Dezimalsystem eine unendliche nichtperiodische Nachkommaziffern-Folge. Irrationale Zahlen können also nicht durch eine endliche Ziffernfolge dargestellt werden. Man kann sich zwar mit endlichen (oder periodischen) Dezimalbrüchen beliebig annähern, jedoch ist eine endliche Darstellung niemals exakt. Es ist also nur mithilfe zusätzlicher Symbole möglich, irrationale Zahlen durch endliche Darstellungen anzugeben. Beispiele solcher Symbole sind Wurzelzeichen, wie für √2, Buchstaben wie π oder e, sowie mathematische Ausdrücke wie unendliche Reihen oder Grenzwerte Jedoch ist auch so nicht jede reelle Zahl darstellbar, weil es überabzählbar viele reelle Zahlen, aber nur abzählbar viele endliche Darstellungen mit einem endlichen Zeichenvorrat gibt.

Besondere Eigenschaft der Dezimalbruchentwicklung

Eine besondere Eigenschaft bei der Dezimalbruchentwicklung ist, dass eine rationale Zahl zwei unterschiedliche Dezimalbruchentwicklungen besitzen kann. Wie oben beschrieben, kann man den Wert von 0,999999... zu 9/9 berechnen. Damit erhält man die zunächst überraschende Aussage :

099999\ldots = 0\overline = 1

. Diese Tatsache ist anschaulich schwer verständlich, mathematisch jedoch richtig. Sie hängt eng mit der Definition eines Dezimalbruchs als Limes (Grenzwert) einer unendlichen Reihe zusammen. Man kann sagen, dass die Zahl mit jeder weiteren 9 näher an 1 heranrückt. Da es jedoch unendlich viele Neunen sind, kommen die Partialsummen beliebig nahe an 1 heran; also ist der Grenzwert 1! Ebenso wird 0,7999999... zu 0,8 usw.

Umrechnung in andere Stellenwertsysteme

Methoden zur Umrechnung von und in das Dezimalsystem werden in den Artikeln zu anderen Stellenwertsystemen und unter Zahlbasiswechsel und Stellenwertsystem beschrieben.

Siehe auch

- Zahlensystem, römische Zahlen
- Dualsystem, Oktalsystem, Duodezimalsystem, Hexadezimalsystem, Vigesimalsystem, Sexagesimalsystem, Schreibweise von Zahlen, Basiswechsel
- Dezimalwährung, Metrisches System
- Gleitkommazahl (floating point number)

Weblinks

- [http://www.arndt-bruenner.de/mathe/scripts/Zahlensysteme.htm Umrechnung von Zahlensystemen (Oktal-/Dezimal-/Binär-/Hexadezimalsystem)] Kategorie:Zahlensystem ja:十進記数法 ko:십진법

CIDR

Classless Inter-Domain Routing (CIDR) beschreibt ein Verfahren zur effizienteren Nutzung des bestehenden 32-Bit-IP-Adress-Raumes. Es wurde 1993 eingeführt, um die Größe von Routing-Tabellen zu reduzieren und um die verfügbaren Adressbereiche besser auszunutzen. Mit CIDR entfällt die feste Zuordnung einer IP-Adresse zu einer Netzklasse und die eventuelle Unterteilung (Subnetting) in weitere Netze oder die Zusammenfassung (Supernetting) mehrerer Netze einer Klasse. Es existiert nur noch eine Netzmaske, welche die IP-Adresse in den Netzwerk- und Hostteil aufteilt. Bei CIDR führte man als neue Notation so genannte Suffixe ein. Das Suffix gibt die Anzahl der 1-Bits in der Netzmaske an. Diese Schreibform ist viel kürzer als die dotted decimal notation und auch eindeutig. Beispiel: 192.168.0.0/24 entspricht im alten klassenbasierten Verfahren der Adresse 192.168.0.0 mit der Netzmaske 255.255.255.0: in binärer Schreibweise ergibt sich bei der Netzmaske 11111111.11111111.11111111.00000000, womit die Anzahl der 1-Bits 3
- 8 = 24 beträgt, wie im Suffix angegeben. CIDR bietet außerdem Route aggregation. Dabei können verschiedene Netze unter einer einzigen Adresse angesprochen werden. Die Routing-Protokolle BGP, RIP v2 (RIP II) (RIP / RIP I nicht!) und OSPF haben CIDR implementiert. Einige IRC-Daemons unterstützen CIDR-style bans und G-lines, beispielsweise wenn das IRC-Netzwerk von mehreren IRC-Clients geflooded wird, die alle eine IP-Adresse in der Form 80.65.157.5, 80.65.62.3, 80.65.5.7 haben. Dann ist es möglich, 80.65.0.0/16 zu G-linen bzw. zu bannen, womit 80.65.0.0 bis 80.65.255.255 komplett gebannt wäre.

Weblinks

- RFC 1518 – An Architecture for IP Address Allocation with CIDR
- RFC 1519 – Classless Inter-Domain Routing Kategorie:Computernetzwerk Kategorie:Netzwerkprotokoll

Konjunktion (Logik)

Eine Konjunktion bezeichnet in der Logik die Verknüpfung von Aussage a mit Aussage b, so dass die Konjunktion genau dann wahr ist, wenn sowohl a als auch b wahr sind. Das heißt:
- Ist a wahr und ist b wahr, so ist die Konjunktion wahr, sonst ist sie falsch.
- Ist die Konjunktion wahr, so ist a wahr und b wahr.
- Ist die Konjunktion falsch, so ist
- a falsch und b falsch oder
- a falsch und b wahr oder
- a wahr und b falsch Schreibweise dafür: :

Sprechweise dafür: :a und b Wahrheitstabelle: Eine Konjunktion selbst ist ein Boolescher Ausdruck. In der Digitaltechnik werden konjunktiv verknüpfte Variablen auch Produktterm genannt. Es gilt die De Morgansche Regel: :

\neg  = \neg \vee \neg

\neg  = \neg \wedge \neg

Auf Teilmengen der natürlichen Zahlen kann man die Konjunktion als Maximum definieren. Für die Zahlen ist die Konjunktion mit der Maximumsfunktion identisch.

Siehe auch

- Und-Gatter
- Aussagenlogik
- Äquivalenz (XNOR-Gatter)
- Subjunktion (Implikation)
- Negation (Komplement-Gatter)
- Kontravalenz (XOR-Gatter)
- Disjunktion (Oder-Gatter) Kategorie:Logik ja:論理積

Broadcast Domain

Eine Broadcast-Domäne ist ein logischer Verbund von Computern in einem lokalen Netzwerk, der sich dadurch auszeichnet, dass ein Broadcast alle Domänenteilnehmer erreicht. Ein lokales Netzwerk auf der zweiten Schicht des OSI-Modells (Sicherungsschicht) besteht durch seine Hubs, Switches und/oder Bridges aus einer Broadcast-Domäne. Erst durch die Unterteilung in VLANs oder durch den Einsatz von Routern, die auf Schicht 3 arbeiten, wird die Broadcast-Domäne aufgeteilt. Eine Broadcast-Domäne besteht aus einer oder mehreren Kollisionsdomänen. Kategorie:Computernetzwerk

Broadcast

Ein Broadcast in einem Computernetzwerk stellt einen Rundruf dar, wobei Datenpakete von einem Punkt aus gleichzeitig an alle Teilnehmer eines Netzes übertragen werden. Ein Broadcast wird vorwiegend verwendet, falls die Adresse des Empfängers der Nachricht noch unbekannt ist. Ein Beispiel dafür sind die Protokolle ARP und DHCP. Ebenso dient ein Broadcast der gleichzeitigen Übermittlung von Informationen an alle Teilnehmer eines Netzes, um im Gegensatz zu Unicast nicht die selbe Information mehrfach zu übertragen. Für diesen Fall hat sich inzwischen das Multicast-Verfahren durchgesetzt. Jeder Empfänger eines Broadcasts muss die Nachricht entgegennehmen und entscheiden, ob er die Nachricht verarbeiten muss. Falls der Empfänger sich als nicht zuständig erkennt, verwirft er stillschweigend die Nachricht. Broadcasts gibt es auf verschiedenen Ebenen des OSI-Referenzmodells. Allen gemein ist, dass Broadcasts einer höheren Ebene auf die Ebene des verwendeten physischen Netzwerkes angepasst werden müssen. So muss z.B. ein IP-Broadcast in einem Ethernet-Netzwerk als Ethernet-Broadcast an die MAC-Adresse FF:FF:FF:FF:FF:FF versendet werden. Es werden verschiedene Formen von IP-Broadcasts unterschieden: ;Limited Broadcast: Als Ziel wird die IP-Adresse 255.255.255.255 angegeben. Dieses Ziel liegt immer im eigenen Netz und wird direkt in einen Ethernet-Broadcast umgesetzt. Ein limited Broadcast wird von einem Router nicht weitergeleitet. ;Directed Broadcast: Das Ziel sind die Teilnehmer eines bestimmten Netzes. Die Adresse wird durch die Kombination aus Zielnetz und dem Setzen aller Hostbits auf 1 angegeben. Folglich lautet die Adresse für einen directed Broadcast in das Netz 192.168.0.0 mit der Netzmaske 255.255.255.0 (192.168.0.0/24): 192.168.0.255. Ein directed Broadcast wird von einem Router weitergeleitet, falls Quell- und Zielnetz unterschiedlich sind und wird erst im Zielnetz in einen Broadcast umgesetzt. Falls Quell- und Zielnetz identisch sind, entspricht dies einem limited Broadcast. Oft wird dieser Spezialfall auch als local Broadcast bezeichnet. Aufgrund von Sicherheitsproblemen mit DoS-Angriffen wurde das voreingestellte Verhalten von Routern in RFC 2644 für directed broadcasts geändert. Router sollten directed broadcasts nicht weiterleiten. Netzwerkfähige Computerspiele verwenden beispielsweise Broadcasts im lokalen Netzwerk (nicht im Internet, hier wird normalerweise ein zentraler Server verwendet), um eine Liste aller offenen Spiele zu finden, an denen der Nutzer teilnehmen kann. Bei Verwendung des SMB-Protokolls von Windows wird ebenfalls per Broadcast versucht, Drucker- und Netzwerkfreigaben im lokalen Netzwerk zu finden. IPv6 unterstützt keine Broadcast mehr, es werden stattdessen Multicasts verwendet. siehe auch: Anycast, Multicast, Unicast

Weblinks

- RFC 826 – Ethernet Address Resolution Protocol (englisch)
- RFC 2644 – Changing the Default for Directed Broadcasts in Routers (englisch) Kategorie:Computernetzwerk

Ethernet

Ethernet ist eine rahmenbasierte Computer-Vernetzungstechnologie für lokale Netze (LANs). Sie definiert Kabeltypen und Signalisierung für die Bitübertragungsschicht sowie Paketformate und Protokolle für die Medienzugriffskontrolle (Media Access Control, MAC)/Sicherungsschicht des OSI-Modells. Ethernet ist weitestgehend in der IEEE-Norm 802.3 standardisiert. Es wurde ab den 1990ern zur meistverwendeten LAN-Technologie und hat alle anderen LAN-Standards wie Token Ring, FDDI und ARCNET verdrängt. Ethernet kann die Basis für Netzwerkprotokolle, wie z.B. TCP/IP, AppleTalk oder DECnet bilden.

Ethernet mit TCP/IP-Protokollstapel Ethernet mit AppleTalk-Protokollstapel

Geschichte

Ethernet wurde ursprünglich am Xerox Palo Alto Research Center (PARC) entwickelt. Eine weitverbreitete Geschichte besagt, dass Ethernet 1973 erfunden wurde, als Robert Metcalfe ein Memo über das Potenzial von Ethernet an seine Vorgesetzten schrieb. Er leitete das Protokoll von dem auf der Universität von Hawaii entwickelten funkbasierten Alohanet ab. Daher auch der Name Ether (engl. für "Äther", der nach früheren Annahmen das Medium zur Ausbreitung von (Funk-)Wellen ist) Net. Metcalfe selbst sagt, dass Ethernet über mehrere Jahre entwickelt wurde und sich daher kein Zeitpunkt festmachen lässt. 1976 veröffentlichten Metcalfe und sein Assistent David Boggs ein Papier mit dem Titel Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks. Metcalfe verließ Xerox 1979, um die Benutzung von Personal Computern und LANs zu fördern und gründete die Firma 3Com. Er überzeugte erfolgreich DEC, Intel und Xerox mit ihm zusammenzuarbeiten, um Ethernet zum Standard zu machen. Damals konkurrierende Techniken waren die proprietären Systeme Token Ring und ARCNET, die beide bald in einer wahren Flut von Ethernet-Produkten untergingen. 3Com wurde dabei ein großes Unternehmen.

Bitübertragungsschicht

Ethernet basiert auf der Idee, dass die Teilnehmer eines LANs Nachrichten durch eine Art Funk-System versenden, allerdings nur innerhalb eines gemeinsamen Leitungsnetzes, das manchmal als Äther bezeichnet wurde (der Äther war in der Vorstellung des 19. Jahrhunderts der Stoff, durch den sich das Licht hindurch bewegte). Jeder Teilnehmer hat einen global eindeutigen 48-bit-Schlüssel, der als seine MAC-Adresse bezeichnet wird. Dies soll sicherstellen, dass alle Systeme in einem Ethernet unterschiedliche Adressen haben. Ethernet überträgt die Daten auf dem Übertragungsmedium dabei im sogenannten Basisbandverfahren, d.h. in digitalem Zeitmultiplex.

Der CSMA/CD-Algorithmus

Ein Algorithmus mit dem Namen "Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection" (CSMA/CD) regelt den Zugriff der Systeme auf das gemeinsame Medium. Man kann sich das gemeinsame Medium als ein Kabel, in einer Art Bus Topologie vorstellen. Er ist eine Weiterentwicklung des ALOHAnet-Protokolls, das in den 1960er-Jahren auf Hawaii zum Einsatz kam. In der Praxis funktioniert dieser Algorithmus bildlich wie eine Party, auf der alle Gäste ein gemeinsames Medium (die Luft) benutzen, um miteinander zu sprechen. Bevor sie sprechen, warten sie höflich darauf, dass der andere Gast zu reden aufgehört hat. Wenn zwei Gäste zur gleichen Zeit zu sprechen beginnen, stoppen beide und warten für eine kurze, zufällige Zeitspanne, in der Hoffnung, dass beide nicht wieder zur gleichen Zeit weitersprechen, und vermeiden so eine weitere Kollision. Damit die Kollision festgestellt und eine Sendewiederholung initiiert werden kann, müssen die Pakete abhängig von der Leitungslänge eine bestimmte Mindestlänge haben. Diese ergibt sich aus der physikalischen Übertragungsgeschwindigkeit (ca. 2/3 Lichtgeschwindigkeit) und der Übertragungsrate. Bei einer Übertragungsrate von 10 Mbit/s und einer maximalen Entfernung von 2,5 km zwischen zwei Stationen ist eine Mindestlänge von 64 Byte vorgeschrieben. Kleinere Pakete müssen entsprechend aufgefüllt werden.

Broadcast und Sicherheit

Da die gesamte Kommunikation auf der selben Leitung passiert, wird jede Information, die von einem Computer gesendet wurde, von allen empfangen. Diese Tatsache kann von Protokollen auf höheren Schichten genutzt werden, um Broadcast- (dt. Rundruf)-Nachrichten an alle angeschlossenen Systeme zu senden. Bei TCP/IP beispielsweise verwendet das ARP-Protokoll einen derartigen Mechanismus für die Auflösung der Schicht-2-Adressen. Andererseits werden Unicast-Nachrichten (also für genau einen Empfänger) ebenso von allen angeschlossenen Computern empfangen. Die meisten Ethernet-verbundenen Geräte müssen ständig Informationen ausfiltern, die nicht für sie bestimmt sind. Dies ist eine Sicherheitslücke von Ethernet, da ein Teilnehmer mit bösen Absichten den gesamten Datenverkehr auf der Leitung mitschneiden kann, wenn er möchte. In modernen, größeren Installationen werden fast ausschließlich Switches eingesetzt. Der Sicherheitsmangel wird durch die Einrichtung einer geswitchten Umgebung (wobei Switches anstatt Hubs als Zentralstücke benutzt werden) verringert, jedoch nicht behoben. Ein möglicher Angriff auf ein geswitchtes Ethernet ist das ARP-Spoofing oder MAC-Flooding. Sicherheit des Betriebs im Sinne der störungsfreien Verfügbarkeit von Daten und Diensten beruht auf der sog. LAN-Analyse.

Verbesserungen

Ethernet als gemeinsames Medium funktioniert gut, solange das Verkehrsaufkommen niedrig ist. Da die Chance für Kollisionen proportional mit der Anzahl der Transmitter und der zu sendenden Datenmenge ansteigt, tritt oberhalb von 50% Auslastung vermehrt ein als Congestion bekanntes Phänomen auf, wobei regelrechte Staus entstehen und eine vernünftige Arbeit mit dem Netzwerk nicht mehr möglich ist. Um dies zu lösen und die verfügbare Bandbreite zu maximieren, wurde das Switched Ethernet entwickelt. Im Switched Ethernet werden Repeater durch Bridges, und Hubs durch Switching Hubs (Switch) ersetzt. Dadurch wird die Kommunikation im Full-Duplex-Modus möglich, d.h. Daten können gleichzeitig gesendet und empfangen werden. Außerdem wird die Collision Domain in mehrere kleinere Collision Domains (meist eine pro Peer) zerteilt, was die Anzahl an Kollisionen reduziert bzw. Kollisionen gänzlich vermeidet.

Formate der Ethernet-Datenübertragungsblöcke und das Typfeld

Historische Formate

Es gibt vier Typen von Ethernet-Datenblöcken (engl. ethernet frames):
- Ethernet Version I (nicht mehr benutzt)
- Der Ethernet Version 2 oder Ethernet-II-Datenblock (engl. ethernet II frame), der sog. DIX-Frame (benannt nach DEC, Intel, und Xerox). Dies ist der heute meistverwendete Typ, da er oft direkt vom Internet Protocol benutzt wird.
- IEEE 802.x LLC (Logical Link Control) Frame
- IEEE 802.x LLC/SNAP Frame Die unterschiedlichen Datenblock-Typen haben unterschiedliche Formate und Paketgrößen, können aber auf dem selben physikalischen Medium parallel verwendet werden. Der ursprüngliche Xerox Version 1 Ethernet-Datenblock hatte ein 16-bit-Feld, in dem die Länge des Datenblocks hinterlegt war, obwohl die maximale Paketlänge auf 1.500 Bytes begrenzt war. Dieses Längen-Feld wurde in Xerox' Ethernet-II-Datenblock als Label weiterverwendet, mit der Konvention, dass Werte zwischen 0 und 1.500 auf das originale Ethernet-Format hindeuteten, und höhere Werte den EtherType und die Verwendung des neuen Datenblock-Formats anzeigten. Dies wird inzwischen in IEEE 802-Protokollen durch den SNAP Header unterstützt. Der EtherType zeigt über eine Protokollnummer das im Datenteil des Datenblocks verwendete Protokoll an. IEEE 802.x definierte das 16-bit-Feld nach den MAC-Adressen wieder als Längen-Feld. Da Ethernet-I-Datenblöcke nicht mehr benutzt werden, erlaubt dies festzustellen, ob es sich um einen Ethernet-II-Datenblock oder einen IEEE 802.x-Datenblock handelt und damit die Koexistenz beider Standards auf dem selben physikalischen Medium. Alle 802.x-Datenblöcke haben ein LLC-Feld. Durch Untersuchung des LLC-Feldes kann festgestellt werden, ob noch ein SNAP-Feld folgt.

Ethernet II

Die 802.x-Varianten haben heute eher akademische Bedeutung und sind nicht weit verbreitet. Der übliche Typ ist heute der Ethernet-II-Datenblock (engl. ethernet II frame), wie er von den meisten Internet Protocol-basierten Netzen benutzt wird. Es gibt zwar Techniken, um IP-Verkehr in 802.3-Frames zu kapseln, sie werden aber kaum verwendet. Internet Protocol

Der Aufbau

Der Ethernet-II-Datenblock besteht aus 7 Feldern: Die Präambel Die Präambel ist ein 7 Byte langes Feld, das der Synchronisation der Netzwerkgeräte dient. Sie besteht aus einer alternierenden Bitfolge (abwechselnd Einsen und Nullen). So können sich die beteiligten Geräte im Netzwerk auf eine eingehende Datenübertragung vorbereiten und sich auf den Takt des Signals synchronisieren. Anschliessend folgt das ein Byte große SFD. Dieses Feld ist ähnlich der Präambel, jedoch sind beiden letzten Bits auf 1.

Ziel- und Quell- MAC-Adresse
Die Zieladresse identifiziert den Zielrechner, der die Daten empfangen soll. Diese Adresse kann auch eine Multicast- / Broadcast-Adresse sein. Die Quelladresse identifiziert den Sender.

Die MAC-Adresse hat eine Länge von sechs Byte.

Das Type Feld
Gibt Auskunft über das verwendete Protokoll der nächsthöheren Schicht innerhalb der Nutzdaten.

Typfeld (EtherType) der wichtigsten Protokolle
Das Typfeld war ursprünglich ein Längenfeld. Da ein Frame aber nicht länger als 1500 Bytes sein darf, stellen die Werte über 1500 die Protokolltypen dar.
Die Nutzdaten
Die Nutzdaten können pro Datenblock zwischen 0 und 1500 Byte lang sein. Sie sind die eigentlichen Informationen, die übertragen werden sollen. Ist das Nutzdatenfeld kleiner als 46 Byte, muss ein PAD-Feld angehängt werden, um die Korrektheit des Ethernet-II-Datenblocks sicherzustellen.

Das PAD-Feld
Wird verwendet, wenn die Nutzdaten < 46 Byte sind, um den Ethernet-II-Rahmen auf die korrekte Minimalgröße von eben 64 Byte zu bringen. Diese erstreckt sich von den beiden MAC-Adressen bis zur FCS.

FCS (Frame Check Sequence)
Das FCS Feld stellt eine 32-Bit-CRC-Prüfsumme dar. Wenn ein Paket beim Sender erstellt wird, wird eine CRC-Berechnung über die gesamte Bitfolge außer der Präambel durchgeführt und die Prüfsumme an den Datenblock angehängt. Der Empfänger führt nach dem Empfang die selbe Berechnung aus und vergleicht sein Ergebnis mit dem Inhalt des FCS-Feldes. Stimmen die Werte nicht überein, geht der Empfänger von einer fehlerhaften Übertragung aus und der Datenblock wird verworfen. Zur Berechnung der CRC-32 werden die ersten 32 Bits der Mac-Adresse invertiert (zur Erkennung von fehlenden Nullen in den ersten Bits) und das Ergebnis ebenfalls invertiert (Vermeidung des Nullproblems).

Umwandlung in einen Datenstrom

Die Bytes ab der MAC-Adresse bis zum Ende der Nutzdaten werden mit dem niederwertigsten Bit zuerst übertragen. Die CRC wird dagegen mit dem höchstwertigsten Bit zuerst übertragen. Ein oder mehrere Bits werden danach durch einen Leitungscode kodiert, hauptsächlich zur Taktrückgewinnung und Verringerung des Gleichspannungsanteils. Beim alten 10 MBit Ethernet wurde eine einfache Manchesterkodierung zur Taktrückgewinnung und Gleichanteilunterdrückung verwendet, später 4B5B-Code (Taktrückgewinnung) in Kombination mit MLT-3-Code (Gleichspannungsanteil) etwa bei 100-MBit-Ethernet über Twisted-Pair-Kabel.

Ethernet-Medientypen

Die verschiedenen Ethernet-Varianten unterscheiden sich in Geschwindigkeit, den verwendeten Kabeltypen und der Leitungscodierung. Der Protokollstack arbeitet deshalb bei den meisten der folgenden Typen identisch. Die folgenden Abschnitte geben einen kurzen Überblick über alle offiziellen Ethernet-Medientypen. Zusätzlich zu diesen offiziellen Standards haben viele Hersteller proprietäre Medientypen entwickelt, häufig, um mit Glasfaserkabeln höhere Reichweiten zu erzielen.

Einige frühe Varianten von Ethernet

- Xerox Ethernet(Alto Aloha System) - Der Name stammt daher dass das Konzept auf XEROX PARC's ALTO Computern getestet wird. Die ursprüngliche Ethernet-Implementation, die während ihrer Entwicklung zwei Versionen hatte. Das Datenblock-Format der Version 2 wird noch immer überwiegend benutzt.
- 10Broad36 - Obsolet. Ein früher Standard, der Ethernet über größere Entfernungen unterstützte. Es benutzte Breitband-Modulationstechniken ähnlich denen von Kabelmodems und arbeitete mit Koaxialkabel.
- 1Base5 - Ein früher Versuch, eine günstige LAN-Lösung zu standardisieren. Arbeitete bei 1 Mbit/s und war ein kommerzieller Fehlschlag.
- StarLAN 1 - Die erste Ethernet-Implementation über Twisted-Pair-Kabel, entwickelt von AT&T.

10 Mbit/s Ethernet mit Koaxialkabel

AT&T
- 10Base2, IEEE 802.3a, (bekannt als Thin Wire Ethernet, Thinnet oder Cheapernet) - Koaxialkabel (RG58) mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm verbindet die Teilnehmer miteinander, jeder benutzt ein BNC-T-Stück zur Anbindung seiner Netzwerkkarte. An den beiden Leitungsenden sitzen Abschlusswiderstände. Ein Segment darf maximal 185 Meter lang sein, darf keine Abzweigungen besitzen und der Abstand vom T-Stück bis zur Netwerkkarte nur wenige Zentimeter betragen. Für viele Jahre war dies der dominierende Ethernet-Standard für 10 Mbit/s.
- 10Base5, IEEE 802.3, (auch Thicknet oder Yellow Cable) - ein früher IEEE-Standard, der ein 10 mm dickes Koaxialkabel (RG8) mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm verwendete. Zum Anschluss von Geräten muss mittels einer Bohrschablone ein Loch in das Kabel gebohrt werden, durch das ein Kontakt einer Spezialklemme (Vampirklemme) des Transceivers eingeführt und festgeklammert wird. An diesen Transreceiver wird mittels der AUI-Schnittstelle über ein Verbindungskabel die Netzwerkkarte des Computers angeschlossen. Dieser Standard bietet 10 Mbit/s Datenrate bei Übertragung im Base-Band und 500 m Reichweite. Die Leitung hat keine Abzweigungen, und an den Enden sitzen 50 Ohm Abschlusswiderstände. Dieser Typ ist eigentlich obsolet, aber aufgrund seiner weiten Verbreitung in den frühen Tagen noch immer in einigen Systemen in Benutzung.

10 Mbit/s Ethernet mit Twisted-Pair-Kabel

Wellenwiderstand
- StarLAN 10 - Die erste Ethernet-Implementation über Twisted-Pair-Kabel mit 10 Mbit/s, ebenfalls von AT&T. Wurde später zu 10Base-T weiterentwickelt.
- 10Base-T, IEEE 802.3i, - läuft über vier Adern (zwei verdrillte Paare) eines CAT-3 oder CAT-5-Kabels. Ein Hub oder Switch sitzt in der Mitte und hat für jeden Teilnehmer einen Port. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist 10MBit/s und die maximale Länge eines Segments 100 Meter. Diese Konfiguration wird auch für 100Base-T benutzt. Physikalisch sind die Steckverbindungen als RJ-45 ausgeführt. Steckerbelegung: Pin1 - Transmit+; Pin2 - Transmit-; Pin3 - Receive+; Pin6 - Receive- (gerade Verkabelung)

10 Mbit/s Ethernet mit Glasfaser-Kabeln

- FOIRL - Fiber-optic inter-repeater link. Der ursprüngliche Standard für Ethernet über Glasfaserkabel.
- 10Base-F, IEEE 802.3j, - Allgemeiner Ausdruck für die neue Familie von 10 Mbit/s Ethernet-Standards: 10Base-FL, 10Base-FB und 10Base-FP. Der einzig weiter verbreitete davon ist 10Base-FL.
- 10Base-FL - Eine revidierte Version des FOIRL-Standards.
- 10Base-FB - Gedacht für Backbones, die mehrere Hubs oder Switches verbinden. Ist inzwischen technisch überholt.
- 10Base-FP - Ein passives sternförmiges Netzwerk, das keinen Repeater brauchte. Es gibt keine Implementationen.
- 10Base-SX - 10/100 Mbit/s Ethernet über Glasfaser.

Fast Ethernet

- 100Base-T - Allgemeine Bezeichnung für die drei 100 Mbit/s-Ethernetstandards über Twisted-Pair-Kabel, 100Base-TX, 100Base-T4 und 100Base-T2.
- 100Base-TX, IEEE 802.3u, - Benutzt wie 10Base-T zwei verdrillte Adernpaare, benötigt allerdings Cat 5 Kabel. Mit 100 Mbit/s ist 100Base-TX heute die Standard-Ethernet-Implementation.
- 100Base-T4 - 100 Mbit/s Ethernet über Category 3 Kabel (wie es in 10Base-T-Installationen genutzt wird). Nutzt alle vier Adernpaare des Kabels. Es ist inzwischen obsolet, da Category 5-Verkabelung heute die Norm darstellt. Es ist darüber hinaus auf Halbduplex-Übertragung begrenzt.
- 100Base-T2 - Es existieren keine Produkte. Bietet 100 Mbit/s Datenrate über Cat 3-Kabel. Unterstützt den Full-Duplex-Modus und benutzt nur zwei Paare. Es ist damit funktionell äquivalent zu 100Base-TX, unterstützt aber alte Kabel.
- 100Base-FX - 100 Mbit/s Ethernet über Glasfaser.
- 100Base-SX - 10/100 Mbit/s Ethernet über Glasfaser.

Gigabit Ethernet

- 1000Base-T, IEEE 802.3ab - 1 Gbit/s über Kupferkabel ab Cat5 UTP (unshielded twisted pair). Wichtige Merkmale des Verfahrens sind: :
- Nutzung aller 4 Doppeladern, 2 für die eine und 2 für die entgegengesetzte Richtung :
- Modulationsverfahren 5-PAM (Pulsamplitudenmodulation mit fünf Zuständen) übermittelt 2 Bit pro Schritt und Adernpaar :
- Einsatz einer Trellis-Codierung und Scrambling :
- Schrittgeschwindigkeit 125 MBaud pro Adernpaar :
- Übertragungsfrequenz von 62,5 MHz :
- Vollduplexbetrieb durch Echokompensation.
- 1000Base-SX, IEEE 802.3z, - 1 Gbit/s über Glasfaser. Zum Einsatz kommen hierbei im Normalfall Multimode-Glasfaserkabel. Es wird jedoch auch eine Übertragung über die teurere und hochwertigere Singlemode-Glasfaserkabel unterstützt. Beim Einsatz von Multimode-Glasfaserkabeln kann eine Entfernung von 200 m bis 550 m mit 1000Base-SX überwunden werden, wird Singlemode-Glasfaserkabel verwendet sind bis zu 2 km möglich. 1000Base-SX ist nur für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, die Full-Duplex einsetzen, spezifiziert. Verbindungen nach dem CSMA/CD-Algorithmus sind bei 1000Base-SX nicht vorgesehen. Das verwendete Licht hat einen Wellenlänge von 850 nm und liegt somit im Infrarot-Bereich. Für die meisten Menschen ist dieses Licht gerade noch als rotes Licht wahrnehmbar, ein direktes in die Lichtquelle schauen ist, wie bei fast allen Laservarianten, für die Augen schädlich. Augen
- 1000Base-LX, IEEE 802.3z, - 1 Gbit/s über Glasfaser. Zum Einsatz kommen hierbei ausschließlich die Singlemode- oder Monomode-Glasfaser. Die mit dieser Übertragungsvariante überwindbaren Entfernung betragen bis zu 10 km. Die restlichen Eigenschaften gleichen denen von 1000Base-SX.
- 1000Base-CX - Der Vorgänger von 1000Base-T. Als Übertragungsmedium wird Shielded-Twisted-Pair-Kabel (STP) mit einer maximalen Kabellänge von 25 m und einer Impendanz von 150 Ohm eingesetzt. Der Anschluss erfolgt über RJ45-Stecker in einer Sterntopologie. Die Übertragungsrate beträgt 1000 Mbit/s. Die Schnittstelle zum Switch oder Hostadapter wird bei Gigabit-Ethernet häufig über einen GBIC (GigaBit Interface Converter) realisiert.

10 Gigabit Ethernet

Der neue 10-Gigabit Ethernet-Standard bringt acht unterschiedliche Medientypen, sieben Glasfaser- und einen Kupfermedientyp, für LAN, MAN und WAN mit sich. Der Standard für die Glasfaserübertragung heißt IEEE 802.3ae, der Standard für Kupfer ist IEEE 802.3ak und IEEE 802.3an.
- 10GBase-SR - entwickelt um kurze Strecken mit vorhandenen Multimode-Fasern zu überbrücken. Hat abhängig vom Kabeltyp eine Reichweite zwischen 26 und 82 m. Außerdem unterstützt es 300 m Reichweite über eine neue 2000 MHz
- km (Bandbreiten-Längen-Produkt) Multimode-Faser.
- 10GBase-LX4 - nutzt Wavelength Division Multiplexing um Reichweiten zwischen 240 und 300 m über vorhandene Multimode-Fasern zu ermöglichen. 10GBase-LW4 unterstützt außerdem 10 km über Single-Mode-Fasern.
- 10GBase-LR und 10GBASE-ER - diese Standards ermöglichen 10 bzw. 40 km über Single-Mode-Fasern.
- 10GBase-SW, 10GBase-LW and 10GBase-EW - Diese Varianten benutzen einen zusätzlichen WAN PHY, um mit OC-192 / STM-64 SONET/SDH-Equipment zusammenarbeiten zu können. Der Physical Layer entspricht 10GBase-SR bzw. 10GBase-LR und 10GBase-ER, sie benutzen daher auch die gleichen Fasertypen und erreichen die selben Reichweiten (zu 10GBase-LX4 gibt es keine entsprechende Variante mit WAN PHY).
- 10GBase-CX4, beschreibt die Möglichkeit einer 10 Gigabit Übertragung über doppelt-twinaxiale Kupferkabel auf einer maximalen Länge von 15 m.
- 10GBase-T, beschreibt die Möglichkeit einer 10 Gigabit Übertragung über vier Paare aus verdrillten Doppeladern auf einer maximalen Länge von 100 m. Die dafür verwendete strukturierte Verkabelung wird im Standard EIA/TIA 568 beschrieben. Die nächste Aktualisierung dieses Standards wird im Jahr 2006 erwartet. 10 Gigabit Ethernet ist noch sehr neu, welche Standards kommerziell erfolgreich werden, muss abgewartet werden.

Power over Ethernet

Ebenfalls zur Familie der Ethernet-Standards gehört IEEE 802.3af, das Verfahren beschreibt, mit denen sich Ethernet-fähige Geräte über das Twisted-Pair-Kabel mit Energie versorgen lassen. Dabei werden entweder die ungenutzen Adern der Leitung verwendet oder es wird zusätzlich zum Datensignal ein Gleichstromanteil über die vier verwendeten Adern übertragen.

Siehe auch

- Patchkabel
- Ethernet-Powerlink
- Leitungsgebundene Telekommunikationsverfahren
- Autosensing
- LAN-Analyse
- 5-4-3-Regel
- Industrial Ethernet

Literatur

- Charles E. Spurgeon: Ethernet. The Definitive Guide. O'Reilly & Associates, Inc., Sebastopol, CA 2000. ISBN 1-56592-660-9
- Alexis Ferrero: The evolving Ethernet, ISBN 0-201-87726-0
- Frank R. Walther: Networkers Guide. Pearson / Markt+Technik 2000/2003 ISBN 3-8272-6502-9

Weblinks

- http://www.ethermanage.com/ethernet/ethernet.html
- http://www.ieee802.org/3/
- [http://www.10gea.org/ 10 Gigabit Ethernet Alliance Website]
- [http://www.wildpackets.com/support/compendium/ethernet/frame_formats Ethernet Frame-Formate]
- [http://www.technologies.de/eth0/tutorial/split/node4.html Beschreibung der Ethernet-Technologie]
- [http://www.p-lan.de Beschreibungen und Hilfen zur Ethernet Technologie]
- [http://www.koehler-ks.de/Ethernet.html Ethernet-Paketformate]
- [http://www.heineshof.de/lan/lan-index.html#ethernetzugriff Lokale Netze (LAN) auf der Basis von Ethernet und TCP/IP] Kategorie:Netzwerkarchitektur ja:イーサネット ko:이더넷

Routing

Routing [] (amerik.)/[] (brit.) oder Verkehrslenkung bezeichnet in der Telekommunikation die Übermittlung von Nachrichten über vermaschte Nachrichtennetze. Die Vermittlungstechnik bezeichnet mit dem Begriff Verkehrslenkung (engl.: routing) die Auswahl der Wegeabschnitte beim Aufbau von Nachrichtenverbindungen, die unter Berücksichtigung von Kriterien wie kürzeste Entfernung etc. erfolgen kann. Handelt es sich um eine leitungsvermittelte Verbindung, wird ein Übertragungskanal für die gesamte Zeit der Verbindung ausgewählt, und alle Nachrichten werden über denselben Weg geleitet. Handelt es sich dagegen um eine paketvermittelte Datenübertragung, wird der Weg für jedes Paket von jedem