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IPv4 - Internet Protocol Version 4

Das Internet Protocol, kurz IP, wird im Rahmen der Protokollfamilie TCP/IP zur Vermittlung von Datenpaketen verwendet. Es arbeitet auf der Schicht 3 des OSI-Schichtenmodells und hat maßgeblich die Aufgabe, Datenpakete zu adressieren und in einem dezentralen, verbindungslosen und paketorientierten Netzwerk zu übertragen. Dazu haben alle Netzwerk-Teilnehmer eine eigene IP-Adresse im Netzwerk. Sie dient nicht nur zur Identifikation eines Hosts, sondern auch des Netzes, in dem sich der jeweilige Host befindet.

Das Internet Protocol (IP) im TCP/IP-Protokollstapel

Schicht Dienste / Protokolle / Anwendungen
Anwendung HTTP IMAP DNS SNMP
Transport TCP UDP
Internet IP (IPv4 / IPv6)
Netzzugang Ethernet, WLAN, ...

Neben IPv4 gibt es noch IPv6. Beide Protokolle arbeiten in der Regel parallel, was als Dual Stack bezeichnet wird.

Aufgaben und Funktionen von IPv4

Logische Adressierung (IPv4-Adresse)

Die wichtigste Aufgabe von IP (Internet Protocol) ist, dass jeder Host in einem TCP/IP-Netzwerk erreichbar ist. Dazu wird jedem Hardware-Interface (Netzwerkkarte oder -adapter) eine logische IPv4-Adresse zugeteilt.
Die IPv4-Adresse ist mit den Angaben zu Straße, Hausnummer und Ort einer Anschrift vergleichbar.

IPv4-Konfiguration

Damit ein Netzwerk-Teilnehmer in einem TCP/IP-Netzwerk teilnehmen kann benötigt er zumindest eine IP-Adresse. Diese sollte zumindest im lokalen Netzwerk einmalig sein (private IPv4-Adresse). Damit eine Kommunikation ins öffentliche Netzwerk möglich ist, bedarf es zusätzlich der IPv4-Adresse des Standard-Gateways (Default-Gateway). Damit die Auflösung von Domain- oder Computer-Namen möglich ist, auch noch die IPv4-Adresse eines DNS-Servers. Jeder Host muss also konfiguriert werden.

IPv4-Header

Jedes IPv4-Datenpaket ist mit einem Header versehen, in dem verschiedene Parameter enthalten sind. Die wichtigsten sind die IP-Adressen von Quelle und Ziel (Absender und Empfänger).

IP-Routing

Das Routing ist ein Vorgang, der den Weg eines Datenpakets durch ein dezentrales Netzwerk bestimmt. Zu diesem Zweck werden die verfügbaren Routen in einer Routing-Tabelle vorgehalten. Empfängt ein Router ein IP-Paket entscheidet er immer wieder aufs Neue, welche Übertragungsstrecke das Paket auf dem Weg zum Ziel nimmt.
Typischerweise verfügen Clients und Netzzugangsrouter (DSL, TV-Kabel, Mobilfunk) über keine Routing-Tabelle. Für sie gilt das Prinzip des Standard-Gateways. Hierbei handelt es sich um eine Art Verkehrsschild, das "Alle Richtungen" anzeigt (Default-Route).

Namensauflösung

In einem TCP/IP-Netzwerk werden Verbindungen zwischen den Netzwerk-Teilnehmern über ihre IP-Adressen aufgebaut. Eine IP-Adresse hat ursprünglich die binäre Form bzw. Schreibweise und ist damit eine Folge von Einsen (1) und Nullen (0), mit denen digitale und elektronische Schaltungen und Programme arbeiten. Zur besseren Lesbarkeit werden IP-Adressen in der dezimalen (IPv4) oder hexadezimalen (IPv6) Schreibweise dargestellt. Doch weder die Bitfolge, noch eine andere Schreibweise sind für das menschliche Gehirn einfach zu erfassen und zu merken. Der Mensch verwendet lieber Namen um eine Sache zu benennen und zu identifizieren. Deshalb werden statt IP-Adressen eher Namen zur Adressierung auf der Anwendungsebene verwendet. Damit eine Verbindung auf IP-Ebene möglich ist, ist eine Namensauflösung notwendig. Gemeint ist, dass zu einem Computer- oder Domain-Name eine zugehörige IP-Adresse ermittelt werden muss. Man bezeichnet diesen Vorgang als Namensauflösung.

Weitere wichtige Protokolle und Funktionen im Zusammenhang mit IPv4

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