Internet-Adressen


Post

Wenn Sie ein Paket von einem Online-Versandhändler bekommen, haben Sie über das Internet die Bestellung aufgegeben und das Paket wurde Ihnen vom Postboten zugestellt. Die Postbotin weiss, wohin sie das Paket bringen soll, da Sie bei der Bestellung Ihre Wohnadresse angegeben hatten. Dabei darf es jede Adresse nur genau ein einziges Mal geben.

Bei der Onlinebestellung über das Internet muss Ihr Computer wissen, wohin er die Informationen zum Versandhändler schicken soll und der Computer beim Versandhändler muss wissen, wohin dieser die Antworten schicken soll.

Dazu besitzt jeder Computer, der an das Internet angeschlossen ist, eine eindeutige digitale Adresse: die IP-Adresse.

Eine IP-Adresse ist eine Bitfolge mit folgendem Format: 4 Blöcke mit jeweils 8 Nullen oder Einsen, die durch Punkte getrennt sind.

Beispiel: 01100101.11100001.00000001.00100101

Der Schul-PC, an dem Sie sitzen, ist am Internet angeschlossen und besitzt daher eine solche IP-Adresse. Diese sollen Sie jetzt herausfinden:

  • Geben Sie im Suchfeld unten cmd ein und drücken die Taste Enter oder suchen Sie im Menü unter Windows-System den Eintrag Eingabeaufforderung
  • In der Eingabeaufforderung geben Sie den Befehl ipconfig ein und drücken die Taste Enter.
  • Unter den vielfältigen Informationen, die Ihnen angezeigt werden, suchen Sie die Zeile: IPv4-Adresse.
  • Es sollte Ihnen eine Zahl wie z.B. 10.13.44.1 angezeigt werden. Die angezeigte Zahl ist die IP-Adresse Ihres Computers. Also die Adresse, unter welcher Sie mit dem Internet kommunizieren können.

Windows zeigt die IP-Adresse nicht binär (nur mit 1en und 0en) an, sondern rechnet die Bitfolgen in Dezimalzahlen um. Die Internet-Adresse 10.13.44.1 würde binär wie folgt notiert werden: 00001010.00001101.00101100.00000001. Jedes an das Internet angeschlossene Gerät besitzt eine solche eindeutige IP-Adresse.

Wie viele Geräte können an das Internet angeschlossen werden?

Eine IP-Adresse mit 4 Blöcken von jeweils 8 Bit hat pro Block 256 verschiedene Bitfolgen, also können damit insgesamt:

\[ 256 \cdot 256 \cdot 256 \cdot 256 = 256^4 = 4.294.967.296\]

unterschiedliche IP-Adressen erzeugt werden. Als das Internet entwickelt wurde, war es unvorstellbar, dass es einmal so viele Geräte gäbe, die an das Internet angeschlossen sein wollen, aber bereits heute reichen diese IP-Adressen nicht mehr aus.

Information: wie meistens ist das Thema in der Realität etwas komplizierter, als in der Schule erstmals vorgestellt. Wenn Sie sich also genauer mit den IP-Adressen beschäftigen wollen, können z.B. hier anfangen: Elektronik-Kompendium


IPv6 und NAT

Das Internet wird weiter wachsen. Das Problem, dass es nicht genügend IP-Adressen gibt, muss gelöst werden. Dafür haben sich die Internet-Macher zwei Lösungen ausgedacht. Öffnen Sie bitte einen Internet-Browser und geben Sie in die Adressleiste folgende Internet-Adresse ein:

https://www.wieistmeineip.de/

Die Antwort der Internetseite liefert z.B.:

Ihre IP-Adresse lautet: 2A02:8109:E30:1A0:1C98:6CD6:20DB:51BE

Das ist die IP-Adresse nach dem neuen IPv6-Standard.

Ihre IPv4-Adresse lautet: 31.12.255.121

Das ist die IP-Adresse nach dem alten IPv4-Standard.


IPv6

In absehbarer Zeit muss das Internet eine neue Art von IP-Adressierung verwenden, damit weitere Geräte an das Internet angeschlossen werden können. Eine IP-Adresse nach dem neuen IPv6-Standard besteht aus 8 Blöcken mit jeweils 16 Bit. Mit 16 Bit können \(2^{16} = 65536\) Bitfolgen erzeugt werden. Mit 8 Blöcken von jeweils 65536 Bitfolgen können insgesamt:

\[ 65536 \cdot 65536 \cdot 65536 \cdot 65536 \cdot 65536 \cdot 65536 \cdot 65536 \cdot 65536 = 65536^8 = 3,4 \cdot 10^{38} \\ = 340.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 = 340 \, \text{Sextillionen}\]

Internet-Adressen gebildet werden.

Zum Vergleich: Man schätzt, dass es im sichtbaren Universum etwa \(2 \cdot 10^{12}\) Galaxien gibt (Quelle: arxiv.org). Mit geschätzten 100 Milliarden Sternen pro Galaxie sind das insgesamt

\[ 2 \cdot 10^{12} \cdot 100 \cdot 10^{9} = 2 \cdot 10^{23} = 200.000.000.000.000.000.000.000 = 200 \, \text{Trilliarden}\]

Sterne im sichtbaren Universum. Pro Stern im sichtbaren Universum könnten dann \(3,4 \cdot 10^{38} : 2 \cdot 10^{23}\), also

\[ 1,7 \cdot10^{15} = 1.700.000.000.000.000 = 1,7 \, \text{Billiarden}\]

Computer an das Internet angeschlossen werden.

Bei IPv4 haben die Internet-Macher die Anzahl der verfügbaren IP-Adressen viel zu niedrig angesetzt. Beim neuen IPv6-Standard haben die Internet-Macher maßlos übertrieben! Jedenfalls wird es nie mehr Probleme mit einer zu geringen Anzahl verfügbarer IP-Adressen geben.


NAT = Network Address Translation

In der Übergangszeit zwischen dem alten IPv4-Standard und dem neuen IPv6-Standard haben sich die Internet-Macher einen Trick ausgedacht, mit dem deutlich mehr Geräte an das Internet angeschlossen werden können, als es IP-Adressen gibt: NAT = Network-Adress-Translation.

Wenn Sie die von https://www.wieistmeineip.de/ gemeldete Internet-Adresse (31.12.255.121) mit der von ipconfig gemeldeten Internet-Adresse (10.13.44.1) vergleichen, sehen Sie, dass diese verschieden sind.

Der Grund dafür ist, dass das Netzwerkgerät, welches direkt an das Internet angeschlossen ist (der sogenannte Router), das einzige Gerät in einem lokalen Netzwerk (Firma, Zuhause, Schule, Internetcafe,...) ist, welches eine offizielle Internetadresse hat. Der Router besitzt noch eine zweite IP-Adresse (z.B. 10.1.1.100). Wenn ein Netzwerkgerät im lokalen Netzwerk ins Internet möchte, bekommt dieses Gerät vom Router eine lokale IP-Adresse zugewiesen und ist für das globale Internet unsichtbar.

Wenn Ihr Schul-PC eine Internetseite (z.B. https://www.wikipedia.de) aufrufen möchte, läuft das wie folgt ab:

  • Sie geben im Schul-PC in die Adressleiste des Internet-Browsers: www.wikipedia.de ein und drücken die Enter-Taste.
  • Ihr PC (10.13.44.1) gibt die Anfrage an den Internet-Router (10.1.1.100) weiter.
  • Der Router merkt sich, dass der PC (10.13.44.1) gerne die Seite www.wikipedia.de besuchen möchte. Mit der öffentlichen IP-Adresse (31.12.255.121) baut der Router eine Verbindung zu www.wikipedia.de auf.
  • Wikipedia schickt den Inhalt der Seite an die öffentliche Adresse (31.12.255.121) des Routers zurück.
  • Der Router leitet den Inhalt der Wikipedia-Seite an den PC mit der Adresse (10.13.44.1) weiter.
  • Der Internet-Browser des PCs nimmt den Inhalt vom Router entgegen und baut die Wikipedia-Seite auf, so dass der PC-Benutzer diese lesen kann.

Mit diesem Trick benötigt unsere Schule nur eine einzige öffentliche IP-Adresse, obwohl hunderte verschiedener Netzwerkgeräte (PC, Handy, Tablet,...), per Kabel oder WLAN in der Schule mit dem Internet verbunden sind. Der Router arbeitet dabei als Vermittler zwischen den lokalen Geräten und den öffentlichen Internetservern.

Doch auch mit diesem Trick geht der Vorrat an verfügbaren IPv4-Internetadressen langsam zur Neige. In absehbarer, aber noch unbekannter Zeit, wird es für alte Geräte, die nur IPv4-Adressen kennen, wahrscheinlich nicht mehr möglich sein, sich mit dem Internet zu verbinden.


DNS-Server

Beim vorigen Beispiel haben Sie die Internet-Adresse www.wikipedia.de in die Adresszeile des Internetbrowsers eingegeben. Diese Internetadresse ist eine sogenannte URL, zu der eine IP-Adresse gehört. Diese wollen wir jetzt herausfinden.

  • Öffnen Sie wieder die Eingabeaufforderung von Windows.
  • Geben Sie folgenden Befehl ein: tracert www.wikipedia.de und drücken dann die Enter-Taste.

Die IPv6-Adressen vieler Geräte von Ihrem PC bis zu Wikipedia werden jetzt angezeigt. Wikipedia hat die IPv6-Adresse 2a00:1158:3::113

Um die alte IPv4-Adresse herauszufinden tun Sie bitte folgendes:

  • Öffnen Sie wieder die Eingabeaufforderung von Windows.
  • Geben Sie folgenden Befehl ein: tracert -4 www.wikipedia.de und drücken dann die Enter-Taste.

Diesmal haben wir den tracert-Befehl gebeten uns die IPv4-Adressen anzuzeigen. Wikipedia hat die IPv4-Adresse 134.119.24.29.

Sie sehen, dass im Internet im Moment noch beide Adressen (IPv4 und IPv6) gleichzeitig verwendet werden.

Geben Sie jetzt in der Adresszeile des Internet-Browsers folgendes ein: https://134.119.24.29/

Der Browser meldet, dass das keine sichere Verbindung ist.

Klicken Sie in Chrome auf Erweitert und dann auf Weiter zu 134.119.24.29 (unsicher).

Es ist sicher, da wir wissen, dass Wikipedia zu der Adresse gehört. Sie sehen dann die Startseite der deutschen Wikipedia-Seite.

Versuchen Sie das gleiche mit folgender Adresse: https://[2a00:1158:3::113]/

Damit die Navigation im Internet leichter ist, haben Internet-Seiten neben Ihrer IP-Adresse auch eine URL mit der man sich die Seite leichter merken kann. Welche IP-Adresse (134.119.24.29 bzw. 2a00:1158:3::113) zu einer URL (www.wikipedia.de) gehört, wird mit Hilfe von DNS-Servern herausgefunden.

Wenn Sie also in die Adresszeile Ihres Browser die Adresse www.wikipedia.de eingeben, läuft folgendes ab:

  • Die Adresse www.wikipedia.de wird dem Router mitgeteilt.
  • Der Router fragt bei einem DNS-Server nach, welche IP-Adresse zu www.wikipedia.de gehört.
  • Der DNS-Server teilt dem Router mit, dass es die IP-Adresse 134.119.24.29 bzw. 2a00:1158:3::113 ist.
  • Der Router kontaktiert daraufhin der Internetserver mit der IP-Adresse 134.119.24.29 bzw. 2a00:1158:3::113 und landet bei Wikipedia.

Quest 1:

Q1.1
Wählen Sie drei Internet-Seiten Ihrer Wahl. Dokumentieren Sie zu jeder dieser Seiten die URL, die IPv4- und die IPV6-Adresse

Q1.2
Finden Sie die IP-Adressen von mindestens 3 öffentlichen DNS-Servern heraus.

(Wert: 5 XP)


Die Kommunikation über das Internet erfolgt ähnlich wie bei der traditionellen Post. Jeder Teilnehmer hat eine eindeutige Adresse. Die Übertragung der Information zwischen diesen Adressen erfolgt elektronisch.

Wie diese elektronische Informationsübertragung funktioniert, sollen Sie in den nächsten Kapiteln genauer kennenlernen.