Subnetze und Router verstehen

Netzanteil und Hostanteil

Eine IPv4-Adresse besteht aus 32 Bit, geschrieben als vier Zahlen von 0 bis 255. Der vordere Teil sagt, in welchem Netz ein Gerät steht (Netzanteil), der hintere Teil, welches Gerät es in diesem Netz ist (Hostanteil). Wo die Grenze liegt, steht nicht in der Adresse selbst, sondern in der Subnetzmaske.

Die Maske 255.255.255.0 hat vorne 24 Einsen, deshalb schreibt man sie auch kurz als /24. Bei 192.168.1.10/24 gehört 192.168.1 zum Netz und die 10 zum Gerät. Alle Geräte, deren Adresse mit 192.168.1 beginnt, sind Nachbarn im selben Netz 192.168.1.0.

Gleiches Netz oder nicht? Ein Rechenbeispiel

Bevor ein PC ein Paket losschickt, prüft er, ob das Ziel im eigenen Netz liegt. Dazu verknüpft er seine eigene Adresse und die Zieladresse jeweils mit seiner Subnetzmaske (bitweises UND). Kommt beide Male dieselbe Netzadresse heraus, ist das Ziel ein Nachbar.

PC-1   192.168.1.10   UND   255.255.255.0   =   192.168.1.0
Ziel   192.168.2.10   UND   255.255.255.0   =   192.168.2.0

Netzadressen verschieden → das Ziel liegt in einem fremden Netz,
das Paket geht an das Gateway.

Bei Masken aus 255 und 0 ist das schnell gerechnet: Wo in der Maske 255 steht, bleibt die Zahl stehen, wo 0 steht, wird sie zu 0. Spannender wird es bei Masken wie 255.255.255.128 (/25). Dann teilt sich das letzte Oktett in zwei Hälften: 192.168.1.0 bis .127 und 192.168.1.128 bis .255 sind zwei verschiedene Netze.

Zwei Adressen je Netz sind vergeben: Die erste ist die Netzadresse, die letzte die Broadcast-Adresse. Deshalb hat ein /24-Netz 254 nutzbare Adressen, nicht 256.

Wozu das Gateway da ist

Liegt das Ziel im eigenen Netz, stellt der PC das Paket direkt zu. Er fragt per ARP nach der MAC-Adresse des Ziels und schickt den Frame los, zum Beispiel über einen Switch.

Liegt das Ziel in einem fremden Netz, kann der PC es nicht selbst erreichen. Er schickt das Paket an sein Standardgateway, in der Regel den Router seines Netzes. Per ARP fragt er dann nicht nach der MAC-Adresse des Ziels, sondern nach der des Gateways. Die IP-Adresse des Ziels bleibt im Paket unverändert stehen.

Das Gateway muss selbst im eigenen Netz liegen. Für einen PC mit 192.168.1.10/24 kommt also nur eine Adresse aus 192.168.1.0/24 in Frage, im Beispiel unten 192.168.1.1.

Warum zwei Netze einen Router brauchen

Ein Switch verbindet Geräte innerhalb eines Netzes. Er arbeitet mit MAC-Adressen (Schicht 2) und schaut nicht in die IP-Adresse. Ein Router arbeitet mit IP-Adressen (Schicht 3). Er hat in jedem Netz einen eigenen Anschluss mit eigener Adresse, im Beispiel 192.168.1.1 und 192.168.2.1.

Kommt ein Paket an, sucht der Router in seiner Routing-Tabelle das passende Zielnetz und schickt es über den richtigen Anschluss weiter. Direkt angeschlossene Netze kennt er von selbst. Für weiter entfernte Netze braucht er Routen, die entweder von Hand eingetragen (statisch) oder über ein Routing-Protokoll gelernt werden. Und auch der Rückweg muss stimmen: Die Antwort braucht genauso eine Route zurück.

Selbst ausprobieren

Das Beispielnetz „Zwei Netze mit Router“ öffnet sich mit einem Klick im freien Modus von PortPanda. PC-1 (192.168.1.10) und PC-2 (192.168.2.10) hängen an den beiden Anschlüssen von Router R-1 (192.168.1.1 und 192.168.2.1). Beide PCs haben ihren Router als Gateway eingetragen.

1. Öffne das Beispiel mit dem Knopf „Im Simulator öffnen“. Ein Konto brauchst du nicht.
2. Klick PC-1 an. Im Panel rechts zeigt der Reiter „Adapter“ Adresse, Subnetzmaske und Gateway.
3. Öffne bei PC-1 den Reiter „Terminal“ und gib ping 192.168.2.10 ein. Der Ping klappt, und auf dem Plan läuft das Paket über R-1 zu PC-2 und zurück.
4. Mit tracert 192.168.2.10 siehst du die Stationen: erst das Gateway 192.168.1.1, dann PC-2.
5. Lösche im Reiter „Adapter“ das Gateway von PC-1 und pinge PC-2 erneut. Jetzt meldet PortPanda, dass es keine Route zu 192.168.2.10 gibt. Den Router selbst (ping 192.168.1.1) erreichst du weiterhin, denn er liegt im eigenen Netz.
6. Trag das Gateway wieder ein und ändere stattdessen die Subnetzmaske von PC-1 auf 255.255.0.0. Jetzt hält PC-1 die Adresse 192.168.2.10 für einen Nachbarn, fragt per ARP direkt nach ihr und bekommt keine Antwort. Der Ping scheitert, obwohl das Gateway stimmt.
7. Klick den Router R-1 an und öffne den Reiter „Routing“. Dort stehen die beiden direkt verbundenen Netze.

Wer sehen will, was mit jedem Paket passiert, schaltet im Werkzeug-Menü den Erklärmodus ein. Dann geht der Ping Schritt für Schritt durchs Netz, und eine Karte zeigt, welche MAC- und IP-Adressen gerade gelten.

Weiter mit zwei Routern

Im Beispiel „Zwei Router (statische Routen)“ verbinden R-1 und R-2 drei Netze: 192.168.1.0/24, das Transfernetz 10.0.0.0/24 und 192.168.2.0/24. Die Routen zum jeweils fernen Netz sind schon eingetragen. Lösche im Reiter „Routing“ von R-2 die Route zu 192.168.1.0 und pinge von PC-1 aus PC-2 an: Die Anfrage kommt an, aber die Antwort findet keinen Weg zurück.

Wofür du das brauchst

Netzadresse, Subnetzmaske und Gateway gehören zu den Grundlagen von Lernfeld 3 („Clients in Netzwerke einbinden“) und sind typische Aufgaben in Teil 1 der IHK-Abschlussprüfung (AP1) der IT-Berufe. Routing und Subnetting über mehrere Standorte vertieft Lernfeld 9 („Netzwerke und Dienste bereitstellen“). Im Betrieb ist es das tägliche Brot jeder Fehlersuche: Stimmt die Maske, stimmt das Gateway, kennt der Router den Weg?