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). Zusätzlich bedarf es der Angabe einer Subnetzmaske, damit der Host weiß, in welches Netz er gehört. Damit eine Kommunikation ins öffentliche Netzwerk möglich ist, bedarf es auch noch der IPv4-Adresse des Standard-Gateways (Default-Gateway). Damit die Auflösung von Domain- oder Computer-Namen möglich ist, muss auch noch die IPv4-Adresse eines DNS-Servers. Erst mit diesen vier Angaben ist eine IPv4-Konfiguration vollständig.

Bei der IPv4-Konfiguration sorgt man dafür, dass ein IP-Host diese Parameter erhält, damit er das TCP/IP-Netzwerk nutzen kann.

  • IPv4-Adresse
  • Subnetzmaske
  • IPv4-Adresse des Standard-Gateways (für Verbindungen ins öffentliche Netzwerk)
  • IPv4-Adresse des DNS-Servers (für die Auflösung von Domain- und Computer-Namen)

Es gibt mehrere Möglichkeiten die IPv4-Konfiguration vorzunehmen. Man unterscheidet in der Regel zwischen manuell (fest/statisch) und automatisch (APIPA) oder halbautomatisch (BOOTP oder DHCP) bzw. zwischen statisch und dynamisch.

  • Manuelle IPv4-Konfiguration (manuell/statisch)
  • Autokonfiguration mit IPv4LL (automatisch/dynamisch)
  • Autokonfiguration mit BOOTP (halbautomatisch/dynamisch)
  • Autokonfiguration mit DHCP (halbautomatisch/dynamisch)

Manuelle IPv4-Konfiguration (fest/statisch)

Die manuelle IPv4-Konfiguration bezeichnet man auch als feste oder statische IPv4-Konfiguration, weil hier die Parameter manuell in die Konfigurationsoberfläche des jeweiligen Hosts eingetragen werden. Dabei muss der Systemadministrator vorher die Parameter festlegen. Die Parameter sind systembedingt vorgegeben oder der Administrator muss sie festlegen (statisch). Wenn sich die Parameter ändern, dann muss die statische Konfiguration manuell geändert werden.

Die Vorteile der manuellen IPv4-Konfiguration sind, dass der Administrator sicherstellen kann, dass sich die Konfiguration nachträglich nicht verändert. Das ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn andere Netzwerk-Teilnehmer auf festgelegte IP-Adressen angewiesen sind, die zum Beispiel zu Servern oder Gateways gehören.

Ein Nachteil ist, dass die manuelle IPv4-Konfiguration fehleranfällig ist. Außerdem muss eine Verwaltung der IPv4-Adressen erfolgen, um zu vermeiden, dass bereits vergebene IPv4-Adressen doppelt verwendet werden.
Außerdem muss eine manuelle Konfiguration bei jedem Netzwerk-Teilnehmer erneut erfolgen, wenn sich ein Parameter der IPv4-Konfiguration ändern. Beispielsweise die Adressen von Standard-Gateway oder DNS-Server.

Um die Nachteile der manuelle Konfiguration zu vermeiden, wird üblicherweise DHCP für die halbautomatische IPv4-Konfiguration verwendet. Es handelt sich dabei um ein Protokoll, dass IPv4-Adressen in einem TCP/IP-Netzwerk verwaltet und gleichzeitig die IPv4-Konfiguration im Netzwerk verteilt. Mit DHCP ist jeder Netzwerk-Teilnehmer in der Lage sich selber zu konfigurieren.

IPv4-Autokonfiguration mit IPv4LL (APIPA oder Bonjour)

In einem einfachen lokalen Netzwerk ist es nicht erforderlich, dass Clients und Server in einem Netzwerk manuell konfiguriert werden müssen. Wenn keine manuelle Konfiguration erfolgt und kein DHCP-Server verfügbar oder erreichbar ist (Timeout), dann konfigurieren sich die IPv4-Hosts selber.
Ein Host teilt sich dann selber eine link-lokale Adresse aus dem Adressbereich von 169.254.0.0 bis 169.254.255.255 (IPv4LL-Adressen: 169.254.0.0/16) zu.

Diese Art der Autokonfiguration ist unterschiedlich implementiert. Das Verfahren ist Teil von Bonjour (Zeroconf) von Apple und APIPA von Microsoft. Unter Windows, Linux und Mac OS X sollte es also funktionieren.
Weil man sich ursprünglich nicht darauf verlassen konnte, dass das funktionierte, hat man BOOTP und DHCP entwickelt, um eine dynamische IPv4-Konfiguration (Autokonfiguration) zu realisieren.

BOOTP

Ursprünglich war die Idee, dass ein Boot PROM auf einer Netzwerkkarte dafür sorgte, dass das Betriebssystem über das Netzwerk geladen wird, wenn der PC eingeschaltet wurde. In dem Fall war die IP-Adresse des BOOTP-Servers statisch festgelegt.
Das Bootstrap-Protocol (BOOTP) sieht vor, dass sich ein Computer ohne Festplatte zuerst eine IP-Adresse vom BOOTP-Server zuweisen lässt, um danach das Betriebssystem aus dem Netzwerk zu laden.

Die Autokonfiguration durch BOOTP kann auch ohne das Laden des Betriebssystems erfolgen. Leider hat das Verfahren verschiedene Nachteile. Im Prinzip findet keine Verwaltung der IP-Adressen statt. Die Vergabe von IP-Adressen kann man nicht steuern. Außerdem gibt es keinen Timeout-Mechanismus für die Nutzung von IP-Adressen. Auch kann eine IP-Adresse nicht zurückgegeben werden.
Wegen dieser Umstände kann es passieren, dass der BOOTP-Server eine IPv4-Adresse vergibt, die noch vergeben ist. Doppelt vergebene IP-Adressen führen zu Fehlfunktionen im Netzwerk. Je mehr Hosts sich einen Adressbereich teilen müssen, desto wahrscheinlicher wird eine IP-Adresse mehrfach vergeben, was es zu vermeiden gilt. Aus diesem Grund wurde DHCP entwickelt.

DHCP

DHCP basiert auf BOOTP und stammt von Microsoft. Es ist ein Protokoll, um IP-Adressen in einem TCP/IP-Netzwerk zu verwalten und an die Stationen im Netzwerk zu verteilen. Dafür ist im Netzwerk ein DHCP-Server zuständig, über den sich jeder Netzwerk-Teilnehmer eine IP-Konfiguration besorgen kann und sich somit halbautomatisch konfiguriert.

Die Besonderheit von DHCP ist, dass es nicht nur die IP-Adresse verteilt, sondern gleich die ganze IP-Konfiguration mit Subnetzmaske, Standard-Gateway, DNS-Server und Bedarfsweise weiteren optionalen Netzwerk-Adressen und -Parametern.
Außerdem verfügt DHCP über einen Lease-Mechanismus zur Verwaltung und Vergabe von IP-Adressen. DHCP merkt sich nicht nur welcher Host welche IP-Adresse hat, sondern versieht sie mit einer Begrenzung der Nutzungsdauer. Eine IP-Adresse kann also erneut vergeben werden, wenn die Zeit abgelaufen ist. Der DHCP-Client muss sich vor Ablauf der sogenannten Lease-Time eine neue IP-Konfiguration besorgen.

Als Anwender ist man natürlich auf die Funktion des DHCP-Servers angewiesen. Deshalb ist das eine kritische Komponente in einem TCP/IP-Netzwerk. Aus diesem Grund wird bei besonders kritischen Teilen in einem Netzwerk die IPv4-Konfiguration manuell vorgenommen. Um zu verhindern, dass ein Netzwerk durch den Ausfall eines DHCP-Servers betroffen ist, betreibt man in größeren Netzwerken mehrerer DHCP-Server.

Statische IPv4-Konfiguration per DHCP?

Man kann in einem DHCP-Server einstellen, dass ein Netzwerk-Teilnehmer immer die selbe IPv4-Adresse hat. Man legt dazu in der DHCP-Server-Konfiguration fest, welche MAC-Adresse welche IPv4-Adresse bekommen soll. Auf diese Weise bekommt ein per DHCP anfragender Host immer die selbe IPv4-Adresse. Sie ist dann praktisch statisch.
Wenn jetzt der DHCP-Server ausfallen sollte und sich dieser Server eine neue IPv4-Konfiguration besorgt, dann kann es passieren, dass der Server nicht mehr verfügbar ist, weil er keine IPv4-Konfiguration bekommen kann. Es sei denn, er verwendet die alte IPv4-Konfiguration weiter.

Wer Server und Gateways betreibt, der wird bei der IP-Konfiguration nichts dem Zufall überlassen wollen, weil er bei deaktiviertem oder ausgefallenem DHCP-Server nicht mehr auf den Server kommt, oder die darauf laufenden Dienste nicht mehr erreichbar sind.

Abhilfe schafft man nur dadurch, dass man mehrere DHCP-Server betreibt. Man kann durchaus mehrere DHCP-Server parallel laufen lassen, solange man einen zum Master erklärt und dafür sorgt, dass sie den Adress-Pool untereinander abgleichen.

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Übersicht: IPv4

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