6. Netzmaske und LAN-Anschluss

Es folgt zunächst noch ein technisches Detail. Historisch hat es sich so entwickelt, dass man statt der Länge des Netzpräfix eine sogenannte Netzmaske angibt. Anschließend konfigurieren wir unser LAN mit Filius.

6.1 Netzmaske

Es gilt folgende einfache 1-zu-1-Beziehung Präfixlänge $\leftrightarrow$ Netzmaske.

Netzmaske (Definition)

Eine Netzmaske besteht aus einer Folge von 32 Bits; der vordere Teil besteht nur aus $1$en, der hintere Teil nur aus $0$en. Die Anzahl der $1$en im vorderen Teil steht genau für die Länge eines Netzpräfixes. Bsp.:

Was hat es mit der Netzmaske auf sich? Mit anderen Worten, weshalb notieren wir nicht einfach die Präfixlänge / 24 statt die Netzmaske 11111111 11111111 11111111 00000000 bzw. 255.255.255.0 anzugeben?

Der Begriff „Maske“ kommt daher, dass man sie auf eine IP-Adresse „auflegen“ kann und so entweder den Netz-Teil oder den Host-Teil der IP-Adresse „abdecken“ bzw. „aufdecken“ kann. Die bitweise Konjunktion („Ver-und-ung“) erledigt das „Auflegen“ der Maske. Der folgende Abschnitt erklärt den technischen Hintergrund.

Netzmaske auf IP-Adresse „auflegen“

Ein „Auflegen“ der Netzmaske auf eine IP-Adresse mittels bitweiser Konjunktion (&) zerlegt die IP-Adresse in Netz-Teil und Geräte-Teil.

6.2. Rechner ans LAN anschließen

Nachdem ein Rechner per Kabel an ein LAN angeschlossen wurde (Hardware), muss er noch konfiguriert werden (Software).

Konfiguration eines LAN-Anschlusses (Definition)

Ein LAN-Anschluss verbindet einen Rechner über ein Kabel mit einem LAN. Die kabellose Variante über ein Funkmodul wird als WLAN-Anschluss bezeichnet. Siehe auch die Bilder rechts.

Die Konfiguration eines LAN-Anschlusses besteht aus

IP-Adresse, z.B. $192.168.0.12$
LAN-Präfix, z.B. $192.168.0.0~/~24$

Da der LAN-Präfix ja bereits in der IP-Adresse enthalten ist, genügt es, die Präfixlänge anzugeben. Man schreibt die Präfixlänge einfach hinter die IP-Adresse, also in unserem Beispiel: $192.168.0.12~/~24$

Eingabe bei Filius

Bei Filius wird statt...

IP-Adresse und LAN-Präfixlänge, z.B. $192.168.0.12~/~24$...
IP-Adresse und LAN-Netzmaske eingestellt, hier also $192.168.0.12$ und $255.255.255.0$.

Kommentar

Netzmasken sind keine besonders elegante Lösung, um die Präfixlänge zu notieren. Statt z.B. 255.240.0.0 kann man viel besser / 12 schreiben. Leider hat es sich aber historisch so entwickelt, dass statt der LAN-Präfixlänge die LAN-Netzmaske angegeben wird. Letztendlich jedoch handelt sich nur um ein kleines technisches Detail; beide Darstellungen Präfixlänge und Netzmaske sind gleichwertig und austauschbar.

Beispiel

Das untenstehende LAN mit dem Präfix $20.0.0.0~/~12$ soll in Filius konfiguriert und simuliert werden.

Die zu „$/~12$“ gehörige Netzmaske lautet $11111111~11110000~00000000~00000000 = 255.240.0.0$

Es genügt nicht, die IP-Adressen einzustellen, da bei den Rechnern die Standardeinstellung der Netzmaske $255.255.255.0$ lautet. Somit befinden sich die IP-Adressen zunächst nicht im selben LAN. Probiere aus, was passiert, wenn du die IP-Adressen einstellst, aber die Netzmaske bei $255.255.255.0$ belässt.

Für die Rechner muss also nun die Netzmaske eingestellt werden.

Anschließend funktioniert die Verbindung zwischen den Rechnern.

Aufgabe: Prüfe, dass die Rechner per ping-Befehl miteinander kommunizieren können.

Aufgaben

Aufgabe 1

Gegeben ist das Netz 40.0.0.0 / 17. Bestimme die zugehörige Netzmaske in Binär- und Dezimalschreibweise.
Wähle drei IP-Adressen, die sich in dem Netz befinden.
Gegeben ist die Netzmaske 255.254.0.0. Bestimme die zugehörige Präfixlänge. Denke dir einen dazugehörigen Präfix aus und notiere ihn in Binär- und Dezimalschreibweise.

Lösungsvorschlag

a)  Präfixlänge:    17
    Netzmaske:      11111111 11111111 10000000 00000000         =   255.255.128.0

b)  Präfix:         00101000 00000000 00000000 00000000 / 17    =   40.0.0.0 / 17
    IP-Adressen:
    Bsp. 1:         00101000 00000000 00000000 00000001         =   40.0.0.1
    Bsp. 2:         00101000 00000000 01111110 00000001         =   40.0.126.1
    Bsp. 3:         00101000 00000000 01111111 00000001         =   40.0.127.1
    Gegenbsp.:      00101000 00000000 10000000 00000001         =   40.0.128.1
                    ^^^^^^^^ ^^^^^^^^ ^ 
                                      * (NICHT im Netz)

c)  255.254.0.0 =   11111111 11111110 00000000 00000000

    Präfixlänge:    15

    Präfix: Z.B.:   10011010 01101100 00000000 00000000 / 15    =   154.108.0.0 / 15
                    ^^^^^^^^ ^^^^^^^

Aufgabe 2: Filius

Betrachte folgendes LAN. Die LAN-Netzmaske lautet 255.240.0.0.

Bestimme die Präfixlänge des LANs.
Prüfe, dass sich die drei IP-Adressen 20.0.0.1, 20.1.4.2 und 20.14.0.3 im obigen LAN befinden. Begründe.
Bestimme den LAN-Präfix in Binär- und Dezimalschreibweise.
Konstruiere und konfiguriere das LAN in Filius.
Installiere auf dem Rechner 20.0.0.1 einen Webserver und auf den anderen beiden Rechnern zwei Webbrowser. Starte den Webserver. Rufe die Webseite http://20.0.0.1 von beiden Webbrowsern aus auf.

Lösungsvorschlag

a)  255.240.0.0 =   11111111 11110000 00000000 00000000

    Präfixlänge:    12

                    vvvvvvvv vvvv
b)  20.0.0.1    =   00010100 00000000 00000000 00000001
    20.1.4.2    =   00010100 00000001 00000100 00000010
    20.14.0.3   =   00010100 00001110 00000000 00000011

    Die ersten 12 Ziffern sind gleich. Also befinden sich die IP-Adressen im selben LAN.
    Der Präfix des LANs sind diese 12 Ziffern.
    
c)  LAN-Präfix:     00010100 00000000 00000000 00000000 / 12 =   20.0.0.0 / 12

Aufgabe 3: Netzmasken-Rechner

Auf dieser Webseite gibt es einen Netzmasken-Rechner. Hiermit kannst du prüfen, ob zwei IP-Adressen im selben Netz liegen.

Gegeben ist ein Rechner, dessen LAN-Anschluss wie folgt konfiguriert ist:

IP-Adresse: 20.14.0.3
Netzmaske: 255.240.0.0

Übersetze die IP-Adresse und die Netzmaske in Binärdarstellung. Bestimme die Länge des LAN-Präfix.
Zerlege die IP-Adresse gemäß bitweiser Konjunktion mit der Netzmaske in Netz- und Host-Teil.
Erläutere, ob sich die IP-Adresse 20.16.0.1 im selben LAN befindet.
Erläutere, ob sich die IP-Adresse 20.12.0.1 im selben LAN befindet.
Gib die Broadcast-Adresse des LANs an.

Lösungsvorschlag

a)
    Netzmaske
    255.240.0.0 =   11111111 11110000 00000000 00000000

    invertierte
    Netzmaske   =   00000000 00001111 11111111 11111111

    Präfixlänge ist 12.

    20.14.0.3   =   00010100 00001110 00000000 00000011
                    ^^^^^^^^ ^^^^

b)
    Netz-Teil:      00010100 00001110 00000000 00000011
                  & 11111111 11110000 00000000 00000000  (Netzmaske)
                    -----------------------------------
                    00010100 00000000 00000000 00000000     
                    ^^^^^^^^ ^^^^  
    
    Host-Teil:      00010100 00001110 00000000 00000011
                  & 00000000 00001111 11111111 11111111  (invertierte Netzmaske)
                    -----------------------------------
                    00000000 00001110 00000000 00000011
                                 ^^^^ ^^^^^^^^ ^^^^^^^^

c)  Nein, sie befindet sich nicht im selben LAN.
    20.16.0.1   =   00010100 00010000 00000000 00000001
                    ^^^^^^^^ ^^^*

d)  Ja, sie befindet sich im selben LAN.
    20.12.0.1   =   00010100 00001100 00000000 00000001
                    ^^^^^^^^ ^^^^                    
    
e)  20.15.255.255:  00010100 00001111 11111111 11111111

Quellen: