Internet Protocol (IP)
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Einführung
Das Internet Protocol (IP) ist ein zentrales Netzwerkprotokoll der Internetschicht des TCP/IP-Modells. Es ist für die logische Adressierung und die Zustellung von Datenpaketen zwischen Geräten in unterschiedlichen Netzwerken verantwortlich. IP bildet zusammen mit Transmission Control Protocol (TCP) und User Datagram Protocol (UDP) die Basis des Internets.
Hauptaufgaben
- Adressierung – jedem Gerät im Netzwerk wird eine eindeutige IP-Adresse zugewiesen.
- Paketvermittlung – Daten werden in Paketen übertragen und unabhängig voneinander geroutet.
- Fragmentierung – große Datenpakete werden in kleinere Fragmente zerlegt, falls das Übertragungsmedium eine maximale Paketgröße vorgibt.
- Routing – Auswahl des besten Pfades durch Netzwerke mittels Router und Routingprotokollen.
Versionen von IP
IPv4
- 32-Bit-Adressen, z. B. 192.168.1.1
- Adressformat: vier Oktette (dezimal) getrennt durch Punkte
- Ca. 4,3 Milliarden eindeutige Adressen
- Headerfelder: Version, IHL, Type of Service, Total Length, Identification, Flags, Fragment Offset, TTL, Protocol, Header Checksum, Source IP, Destination IP, Options
- Unterstützt Fragmentierung, Routing, Adressierung
- Standardisiert in RFC 791
IPv6
- 128-Bit-Adressen, z. B. 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
- Hexadezimale Schreibweise, getrennt durch Doppelpunkte
- Praktisch unbegrenzte Adressmenge
- Verbesserungen gegenüber IPv4:
- Vereinfachter Header
- Integrierte Unterstützung für Autokonfiguration
- Verbesserte Sicherheit (IPSec optional)
- Keine Fragmentierung durch Router
- Standardisiert in RFC 8200
Aufbau eines IP-Headers
IPv4-Header
- Version (4 Bit)
- Internet Header Length (IHL, 4 Bit)
- Type of Service (8 Bit)
- Total Length (16 Bit)
- Identification (16 Bit)
- Flags (3 Bit)
- Fragment Offset (13 Bit)
- Time to Live (TTL, 8 Bit)
- Protocol (8 Bit)
- Header Checksum (16 Bit)
- Source Address (32 Bit)
- Destination Address (32 Bit)
- Optionen (falls vorhanden)
IPv6-Header
- Version (4 Bit)
- Traffic Class (8 Bit)
- Flow Label (20 Bit)
- Payload Length (16 Bit)
- Next Header (8 Bit)
- Hop Limit (8 Bit)
- Source Address (128 Bit)
- Destination Address (128 Bit)
Funktionsweise
1. Daten werden von der Transportschicht (z. B. TCP/UDP) an IP übergeben. 2. IP segmentiert Daten, falls notwendig, in Pakete. 3. Jedes Paket erhält Quell- und Zieladresse. 4. Pakete werden über Router und Netzwerke weitergeleitet. 5. Empfänger setzt Pakete ggf. wieder zusammen und übergibt sie an die Transportschicht.
Routing
- Statisches Routing – Administrator definiert feste Routen.
- Dynamisches Routing – Router tauschen Routinginformationen aus (z. B. OSPF, BGP, RIP).
- Default Gateway – Route für Pakete, deren Ziel nicht im lokalen Netzwerk liegt.
Adressierung und Subnetze =
- Subnetting – Aufteilung von IP-Netzen in kleinere Subnetze.
- CIDR (Classless Inter-Domain Routing) – flexiblere Adressierung statt starrer Klassen.
- Private IP-Adressen: IPv4 – 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16
Sicherheitsaspekte
- IP selbst bietet keine Verschlüsselung.
- Sicherheitsmaßnahmen:
- Verwendung von IPSec für verschlüsselte Kommunikation
- Firewalls und Paketfilter zur Kontrolle des IP-Verkehrs
- Anti-Spoofing zur Verhinderung gefälschter Quelladressen
Vorteile von IP
- Plattformunabhängig und standardisiert
- Ermöglicht Routing über heterogene Netzwerke
- Skalierbar für kleine und große Netzwerke
- Grundlage des Internets und nahezu aller modernen Netzwerke
Nachteile / Herausforderungen
- Keine Garantie für Zustellung, Reihenfolge oder Integrität (diese Aufgaben übernimmt TCP/UDP)
- Fragmentierung kann Leistung beeinträchtigen
- IPv4-Adressknappheit → IPv6 notwendig
Literatur und Standards
- RFC 791 – Internet Protocol
- RFC 8200 – Internet Protocol, Version 6 (IPv6)
- Andrew S. Tanenbaum: Computer Networks
- W. Richard Stevens: TCP/IP Illustrated