Eine IP-Adresse ist eine Adresse in Computernetzen, die – wie das Internet – auf dem Internetprotokoll (IP) basiert. Sie wird Geräten zugewiesen, die an das Netz angebunden sind, und macht die Geräte so adressierbar und damit erreichbar. Die IP-Adresse kann einen einzelnen Empfänger oder eine Gruppe von Empfängern bezeichnen (Multicast, Broadcast). Umgekehrt können einem Computer mehrere IP-Adressen zugeordnet sein.
Die IP-Adresse wird verwendet, um Daten von ihrem Absender zum vorgesehenen Empfänger transportieren zu können. Ähnlich der Postanschrift auf einem Briefumschlag werden Datenpakete mit einer IP-Adresse versehen, die den Empfänger eindeutig identifiziert. Aufgrund dieser Adresse können die „Poststellen“, die Router, entscheiden, in welche Richtung das Paket weitertransportiert werden soll. Im Gegensatz zu Postadressen sind IP-Adressen nicht an einen bestimmten Ort gebunden.
Die bekannteste Notation der heute geläufigen IPv4-Adressen besteht aus vier Zahlen, die Werte von 0 bis 255 annehmen können und mit einem Punkt getrennt werden, beispielsweise 192.0.2.42. Technisch gesehen ist die Adresse eine 32-stellige (IPv4) oder 128-stellige (IPv6) Binärzahl.
Grundlagen
Um eine Kommunikation zwischen zwei technischen Geräten aufzubauen, muss jedes der Geräte in der Lage sein, dem anderen Gerät Daten zu senden. Damit diese Daten bei der richtigen Gegenstelle ankommen, muss diese eindeutig benannt (adressiert) werden. Dies geschieht in IP-Netzen mit einer IP-Adresse. So wird zum Beispiel ein Webserver von einem Webbrowser direkt über seine IP-Adresse angesprochen. Der Browser fragt dazu bei einem Nameserver die IP-Adresse ab, die einer Domain (zum Beispiel „www.example.com“) zugeordnet ist. Anschließend nutzt er diese IP-Adresse, um Daten an den Webserver zu senden.
IP-Adresse in IP-Datenpaketen
Jedes IP-Datenpaket beginnt mit einem Informationsbereich für die Beförderung durch die IP-Schicht, dem IP-Header. Dieser Header enthält auch zwei Felder, in welche die IP-Adressen sowohl des Senders als auch des Empfängers eingetragen werden, bevor das Datenpaket verschickt wird. Die Vermittlung geschieht auf der Schicht 3 im OSI-Modell, der Vermittlungsschicht.
Aufbau
IPv4
Die seit der Einführung der Version 4 des Internet Protocols überwiegend verwendeten IPv4-Adressen bestehen aus 32 Bits, also 4 Oktetten (Bytes). Damit sind 232, also 4.294.967.296 Adressen darstellbar. In der dotted decimal notation werden die 4 Oktetts als vier durch Punkte voneinander getrennte ganze Zahlen in Dezimaldarstellung im Bereich von 0 bis 255 geschrieben,
Beispiel
203.0.113.195.
IPv6
Durch den rasch steigenden Bedarf an IP-Adressen ist absehbar, dass der nutzbare Adressraum von IPv4 früher oder später erschöpft sein wird. Vor allem aus diesem Grund wurde IPv6 entwickelt. Es verwendet 128 Bit zur Speicherung von Adressen, damit sind 2128 = 25616 (= 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 ≈ 3,4 · 1038) Adressen darstellbar. Diese Anzahl reicht aus, um für jeden Quadratmillimeter der Erdoberfläche mindestens 665.570.793.348.866.944 (= 6,65 · 1017) IP-Adressen bereitzustellen.
Da die Dezimaldarstellung ddd.ddd.ddd.ddd.ddd.ddd.ddd.ddd.ddd.ddd.ddd.ddd.ddd.ddd.ddd.ddd unübersichtlich und schlecht handhabbar wäre, stellt man IPv6-Adressen hexadezimal dar. Um diese Darstellung weiter zu vereinfachen, werden jeweils zwei Oktetts der Adresse zusammengefasst und in Gruppen durch Doppelpunkt getrennt dargestellt. XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX.
Beispiel
2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7344
Zur weiteren Verkürzung können Nullen am Beginn eines Blocks weggelassen werden. Ein oder mehrere aufeinanderfolgende Blöcke, die nur aus Nullen bestehen, können durch :: ersetzt werden – jedoch höchstens einmal in der Adresse, so dass eindeutig auf acht Blöcke aufgefüllt werden kann.
Beispiel
2001:db8:85a3::8a2e:370:7344
Netzwerkteil und Geräteteil
Jede IPv4-Adresse wird durch eine Netzmaske, jede IPv6-Adresse durch die Angabe der Präfixlänge, in einen Netzwerk- und einen Geräteteil („Hostteil“) getrennt. Die Netzmaske, also die Präfixlänge, gibt an, an welchem Bit die Adresse geteilt werden muss. Die von der Netzmaske maskierten oder von der Präfixlänge genannten Bits (Netzwerkteil) sind bei allen Hosts (Rechnern) eines Subnetzwerks identisch. Die Information, ob ein Gerät im gleichen Subnetz liegt (d. h. gleicher Netzwerkteil in der IP-Adresse), wird von einem Host benötigt, um Routing-Entscheidungen treffen zu können (siehe folgenden Abschnitt).
Beispiel
(klassenlose) IPv4-Adresse 203.0.113.195/27
Dezimal Binär Berechnung IP-Adresse 203.000.113.195 11001011 00000000 01110001 11000011 ip-adresse Netzmaske 255.255.255.224 11111111 11111111 11111111 11100000 AND netzmaske Netzwerkadr. 203.000.113.192 11001011 00000000 01110001 11000000 = netzwerkteil IP-Adresse 203.000.113.195 11001011 00000000 01110001 11000011 ip-adresse Netzmaske 255.255.255.224 11111111 11111111 11111111 11100000 00000000 00000000 00000000 00011111 AND (NOT netzmaske) Geräteteil 3 00000000 00000000 00000000 00000011 = geräteteil
Bei einer Netzmaske mit 27 gesetzten Bits ergibt sich eine Netzadresse von 203.0.113.192. Es verbleiben 5 Bits und damit 25 = 32 Adressen für den Geräteteil. Hiervon werden noch je eine Adresse für das Netz selbst und für den Broadcast benötigt, so dass 30 Adressen für Geräte zur Verfügung stehen.
Routing
Will ein Gerät ein IP-Paket versenden, werden die Netzwerkteile der Quell-IP-Adresse und Ziel-IP-Adresse verglichen. Stimmen sie überein, befindet sich der Ziel-Host im selben Netz, und das Paket wird direkt an den Empfänger gesendet. Im Falle von Ethernet-Netzen dient das ARP (Address Resolution Protocol) zum Auffinden der Hardwareadresse. Das ARP arbeitet auf der zweiten Schicht des OSI-Modells und stellt die Verbindung zur ersten Schicht her.
Stimmen die Netzwerkteile dagegen nicht überein, so wird über eine Routingtabelle die IP-Adresse eines Routers (next hop) gesucht und das Paket an diesen Router gesendet. Dieser hat über eine oder mehrere Schnittstellen Kontakt zu anderen Netzen und routet das Paket mit demselben Verfahren weiter – er konsultiert dazu seinerseits seine eigene Routingtabelle und sendet das Paket gegebenenfalls an den nächsten Router oder an das Ziel. Bis zum Endgerät kann das Paket viele Netze und Router durchlaufen. Das Durchlaufen eines Routers wird auch Hop (Sprung) genannt, das Routingverfahren Next Hop Routing.
Ein Router hat dabei für jede seiner Schnittstellen eine eigene IP-Adresse und Netzmaske, die zum jeweiligen Netz 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.
DNS – Übersetzung von Rechnernamen in IP-Adressen
Über das weltweit verfügbare Domain Name System (DNS) können Namen in IP-Adressen (und umgekehrt) aufgelöst werden. Der Name www.example.com ergibt zum Beispiel die IPv4-Adresse 208.77.188.166, der Name www.ipv6.uni-muenster.de die IPv6-Adresse 2001:638:500:101:2e0:81ff:fe24:37c6.
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 Anfangsjahren des Internets wurden IPv4-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 16.777.216 Adressen der Xerox Corporation zugeteilt. Merck & Co. erhielt von der IANA ebenfalls einen Bereich von 16.777.216 Adressen (54.0.0.0/8), ebenso wie IBM (9.0.0.0/8). Die einzige deutsche Firma, die einen /8 Bereich zugeteilt bekommen hat, ist die debis AG (53.0.0.0/8). Heute vergibt die IANA Blöcke an regionale Vergabestellen.
RIR – Regional Internet Registry
Seit Februar 2005 gibt es fünf regionale Vergabestellen, die Regional Internet Registries (RIR) genannt werden:
- 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) – Nordamerika
- LACNIC (Latin-American and Caribbean Network Information Centre) – Lateinamerika und Karibik
- RIPE NCC (Réseaux IP Européens Network Coordination Centre) – Europa, Naher Osten, Zentralasien.
Für Deutschland, Liechtenstein, Österreich und die Schweiz ist also das RIPE NCC 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 geben die ihnen von den RIRs zugeteilten Adressen an ihre Kunden weiter. 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 (static IP address, feste IP-Adresse) oder beim Aufbau der Internetverbindung dynamisch zugeteilt werden (dynamic IP address, dynamische IP-Adresse). Fest zugewiesene Adressen werden vor allem bei Standleitungen verwendet oder wenn Server auf der IP-Adresse betrieben werden sollen.
Welchem Endkunden 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 Netzen (LAN) können selbst IP-Adressen vergeben werden. Dafür sollten für IPv4-Adressen aus den in RFC 1918 genannten privaten Netzen verwendet werden (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, werden in einem Router mittels Network Address Translation die LAN-internen Adressen in öffentliche, im Internet gültige IPv4-Adressen übersetzt.
Bei Paketen, die an die öffentliche Adresse gerichtet ankommen, wird die öffentliche Adresse wiederum in die privaten Adressen zurückübersetzt. Zusätzlich ermöglicht NAT, dass alle Computer des lokalen Netzes nach außen unter derselben (also nur einer) im Internet gültigen IPv4-Adresse erscheinen, was „Adressen spart“. Die Zuordnung einer Kommunikation zwischen einem lokalen Computer mit privater Adresse und dem Server im Internet geschieht dann über die Portnummer.
Netzklassen
Ursprünglich wurden IPv4-Adressen in Netzklassen von A bis C mit verschiedenen Netzmasken eingeteilt. Klassen D und E waren für spezielle Aufgaben vorgesehen. Aufgrund der immer größer werdenden Routing-Tabellen wurde 1993 das klassenlose Routing CIDR (Classless Interdomain Routing) eingeführt. Damit spielt es keine Rolle mehr, welcher Netzklasse eine IPv4-Adresse angehört.
Gerätekonfiguration
Manuelle Konfiguration
Für Administratoren gibt es Konfigurationsprogramme. Unter Linux ist dies ip, unter Windows netsh, und andere unixoide Betriebssysteme verwenden ifconfig. Zur Anzeige können selbige verwendet werden, wobei unter Windows auch noch ipconfig oder winipcfg (je nach Version) zur Verfügung stehen.
Beispiel
Anzeige der laufenden Konfiguration
- Linux: ip addr; ip route show table all
- Windows: netsh dump
Beispiel
Der Netzschnittstelle eth0/LAN-Verbindung 1 wird die IPv6-Adresse 2a01:db8::123 in einem /64-Subnetz zugewiesen.
- Linux: ip addr add 2001:db8::123/64 dev eth0
- Windows: netsh interface ipv6 add address interface=“LAN-Verbindung 1″ address=2001:db8::123
Beispiel
Zuweisung der IPv4-Adresse 192.168.0.254/27:
- Linux: ip addr add 192.168.0.254/27 brd + dev eth0
- Unix (FreeBSD, Mac OS X): ifconfig eth0 192.168.0.254/27
- ältere ifconfig: ifconfig eth0 192.168.0.254 netmask 255.255.255.224 broadcast 192.168.0.255
Die Angabe der Teile „broadcast 192.168.0.255“ bzw. „brd +“ sind optional. („brd +“ steht hier für die automatische Berechnung der Broadcast-Adresse, es kann auch eine spezifische Adresse angegeben werden. ifconfig berechnet die Broadcast-Adresse in neueren Versionen automatisch).
Automatische Konfiguration
Über Protokolle wie BOOTP oder DHCP können IP-Adressen beim Hochfahren des Rechners durch 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-Netz 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 Netzzugriff mehr vorgenommen werden. Mobilgeräte 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 Netze (zum Beispiel Firma, Kundennetz, Heimnetz) integriert werden.
Für IPv6 gibt es zusätzlich noch die Möglichkeit der Autokonfiguration, die ohne Server auskommt.
Dynamische Adressierung
Wenn einem Host bei jeder neuen Verbindung mit einem Netz eine neue IP-Adresse zugewiesen wird, spricht man von dynamischer oder wechselnder Adressierung. Im LAN-Bereich ist die dynamische Adressierung per DHCP verbreitet, im Internetzugangsbereich wird dynamische Adressierung vor allem von Internet-Service-Providern (ISP) 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.
Bei DSL-Anbindung des Kunden verwenden die Provider meist ebenfalls dynamisch vergebene IPs.
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. Auch für Machine-to-Machine-Kommunikation wird insbesondere im Mobilfunkbereich (GPRS) zunehmend statische Adressierung verwendet. Statische Adressen werden meist manuell konfiguriert, können aber auch über automatische Adressierung (siehe oben) zugewiesen werden.
Mehrere Adressen auf einer Netzwerkkarte
Meist wird jeder Netzwerk-Schnittstelle (zum Beispiel Netzwerkkarte) eines Hosts genau eine IPv4-Adresse zugewiesen. In einigen Fällen (siehe unten) ist es allerdings notwendig, einer Schnittstelle mehrere IPv4-Adressen zuzuweisen. Dies wird auch als IP-Aliasing bezeichnet. Mehrere IPv4-Adressen auf einer Netzwerkkarte werden unter anderem verwendet, um mehrere gleiche Services dort parallel zu betreiben, um einen Host aus verschiedenen Subnetzen erreichbar zu machen oder um einen Service logisch vom Host zu trennen, sodass er – mit seiner IPv4-Adresse und transparent für die Clients – auf eine andere Hardware verschoben werden kann.
Beispiel (FreeBSD)
Die Netzwerkschnittstelle fxp0 bekommt die IPv4-Adresse 192.168.2.254 mit einem /26-Subnetz als Alias
ifconfig fxp0 alias 192.168.2.254 netmask 255.255.255.192
Beispiel (Linux)
Unter Linux wird einfach der gleiche Befehl wie unter Manuelle Konfiguration verwendet, um weitere Adressen hinzuzufügen
ip addr add 192.168.2.254/26 dev eth0
Bei IPv6 ist die Bindung mehrerer Adressen an eine Netzwerk-Schnittstelle die Regel, um beispielsweise eine link-lokale neben einer globalen Adresse und dynamisch vergebene Präfixe neben festen zu betreiben oder um IPv6-Adressen mehrerer Internetprovider auf demselben Host zur Verfügung zu haben. Außerdem gelten die oben genannten Gründe wie für IPv4.
Unterschiedliche Netze auf einem physischen Netz
Auf einem physischen Netz (zum Beispiel Ethernet-Netz) können unterschiedliche Netze (mit unterschiedlichem Netzwerk-Adressteil) aufgesetzt und gleichzeitig verwendet werden. Dies wird unter anderem eingesetzt, wenn später das Netz aufgeteilt werden soll oder wenn früher getrennte Netze zusammengefasst werden.
Speicherung von IP-Adressen
Eine abschließende rechtliche Bewertung der Speicherung von IP-Adressen in Deutschland ist bislang nicht zustande gekommen.
Das deutsche Bundesverfassungsgericht urteilte am 2. März 2010, dass die Speicherung von IPs in Deutschland in ihrer bisherigen Umsetzung verfassungswidrig sei, da das Gesetz zur anlasslosen Speicherung umfangreicher Daten sämtlicher Nutzer elektronischer Kommunikationsdienste keine konkreten Maßnahmen zur Datensicherheit vorsehe, und hat zudem die Hürden für den Abruf dieser Daten als zu niedrig bewertet.
Das Urteil verpflichtete deutsche Telekommunikationsanbieter zur sofortigen Löschung der bis dahin gesammelten Daten. Es stellte jedoch fest, dass die Vorratsdatenspeicherung unter schärferen Sicherheits- und Transparenzvorkehrungen sowie begrenzten Abrufmöglichkeiten für die Sicherheitsbehörden grundsätzlich zulässig sei.
Einem Auskunftsgesuch der Staatsanwaltschaft ist dann nachzukommen, wenn dieses im Rahmen eines Ermittlungsverfahrens über eine schwere Straftat im Sinne von § 100a Abs. 2 StPO erfolgt. Die Speicherung von IP-Adressen zu anderen Zwecken (beispielsweise beim Besuch einer Internetseite, etwa in einer Logdatei) ist jedoch rechtlich völlig ungeklärt.
Das Amtsgericht Mitte (Berlin) erklärte im März 2007 IP-Adressen zu personenbezogenen Daten im Sinne von § 3 BDSG somit wäre ihre Speicherung nicht zulässig. Das Amtsgericht München entschied Ende September 2008, dass IP-Adressen nicht als personenbezogene Daten zu werten sind, somit wäre ihre Speicherung grundsätzlich zulässig. Das Gericht knüpfte dies jedoch an einige Vorgaben.
So hängt die Zulässigkeit der Speicherung von den Möglichkeiten desjenigen ab, der die Daten speichert. Hat er prinzipiell die Möglichkeit, eine Person anhand ihrer IP-Adresse zu identifizieren (etwa anhand eines personalisierten Benutzerkontos), so ist die automatische Speicherung nicht zulässig. In diesem Fall ist dies nur erlaubt, wenn der Benutzer seine ausdrückliche Zustimmung erteilt hat. Es ist festzuhalten, dass beide Urteile bzgl. IPv4-Adressen ergingen, aufgrund des größeren Adressbereiches von IPv6-Adressen sind letztere unter Umständen rechtlich anders einzuordnen.
Quelle: Wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/IP-Adresse)