Was ist eine IP-Adresse? IPv4, IPv6, NAT und DHCP erklärt

Jedes Gerät, das im Internet oder im Heimnetz Daten austauscht, braucht eine Adresse, ähnlich wie ein Haus eine Postanschrift braucht. Diese Adresse ist die IP-Adresse. Ohne sie wüssten Router nicht, wohin sie ein Datenpaket schicken sollen, und keine Antwort fände den Weg zurück.

Dieser Artikel erklärt, wie IPv4- und IPv6-Adressen aufgebaut sind, was öffentliche und private Adressen sind, wie NAT und DHCP funktionieren und wie Sie Ihre eigene IP-Adresse herausfinden.

Direkt ausrechnen: Subnetz-Rechner: Netzadresse, Broadcast und Hosts berechnen

Was ist eine IP-Adresse?

IP steht für Internet Protocol, das Grundprotokoll des Internets. Daten werden in kleine Pakete zerlegt, und jedes Paket trägt eine Absender- und eine Empfängeradresse. Router lesen die Empfängeradresse und leiten das Paket Schritt für Schritt weiter, bis es ankommt. Wie das große Ganze funktioniert, erklärt der Artikel Wie funktioniert das Internet?

Weil sich Menschen Zahlen schlecht merken, übersetzt das Domain Name System (DNS) Namen wie techuni.de in IP-Adressen.

IPv4: vier Zahlen mit Punkten

Eine IPv4-Adresse besteht aus 32 Bit, geschrieben als vier Zahlen von 0 bis 255, getrennt durch Punkte, zum Beispiel 192.168.178.20. Jede der vier Zahlen steht für 8 Bit (ein Oktett).

Mit 32 Bit lassen sich 2³² ≈ 4,3 Milliarden Adressen bilden. Das klang in den 1980er-Jahren nach sehr viel, reicht heute aber längst nicht mehr für alle Smartphones, Computer, Fernseher und vernetzten Geräte. Die frei verfügbaren IPv4-Adressen sind bei den regionalen Vergabestellen weitgehend aufgebraucht.

Netzanteil und Subnetzmaske

Eine IP-Adresse hat einen Netzanteil (welches Netz) und einen Hostanteil (welches Gerät in diesem Netz). Wo die Grenze liegt, sagt die Subnetzmaske oder die Präfixlänge: 192.168.178.20/24 bedeutet, dass die ersten 24 Bit (192.168.178) das Netz bezeichnen und die letzte Zahl das Gerät. In einem /24-Netz sind 254 Geräteadressen nutzbar (die erste Adresse bezeichnet das Netz, die letzte ist für Broadcasts reserviert).

Die IPv4-Adresse 192.168.178.20 als vier Zahlen mit ihren Binärwerten, die ersten drei als Netzanteil, die letzte als Geräteanteil. — Eine IPv4-Adresse besteht aus vier Zahlen zu je 8 Bit, bei /24 bilden die ersten drei das Netz.

Öffentliche und private Adressen

Für Heim- und Firmennetze sind feste Bereiche reserviert, die im Internet nicht weitergeleitet werden (RFC 1918):

10.0.0.0 bis 10.255.255.255 (10.0.0.0/8)
172.16.0.0 bis 172.31.255.255 (172.16.0.0/12)
192.168.0.0 bis 192.168.255.255 (192.168.0.0/16), typisch für Router zu Hause, etwa 192.168.178.x bei vielen Fritzboxen

Dazu kommt 127.0.0.1 (localhost), die Adresse, mit der ein Gerät sich selbst anspricht. Ihr Router hat zusätzlich eine öffentliche IP-Adresse, die ihm der Internetanbieter zuteilt. Nur diese ist im Internet sichtbar.

NAT: viele Geräte, eine öffentliche Adresse

Wie surfen zehn Geräte zu Hause mit nur einer öffentlichen IPv4-Adresse? Der Router nutzt NAT (Network Address Translation). Schickt der Laptop eine Anfrage ins Internet, ersetzt der Router die private Absenderadresse durch seine öffentliche und merkt sich in einer Tabelle, welches Gerät die Verbindung aufgebaut hat. Kommt die Antwort zurück, leitet er sie an das richtige Gerät weiter.

Viele Anbieter teilen sogar eine öffentliche IPv4-Adresse unter mehreren Kunden (Carrier-Grade-NAT, oft bei „DS-Lite“). Dann sind Geräte im Heimnetz von außen über IPv4 nicht erreichbar, was etwa bei Fernzugriff oder Gaming-Servern auffällt.

NAT-Schema: Laptop, Smartphone und Fernseher mit privaten Adressen hinter einem Router, der mit einer öffentlichen Adresse ins Internet geht. — Der Router übersetzt viele private Adressen in eine öffentliche.

IPv6: genug Adressen für alles

IPv6 löst den Mangel mit 128 Bit langen Adressen. Das ergibt 2¹²⁸ ≈ 3,4 · 10³⁸ Adressen. Geschrieben werden sie als acht Gruppen aus vier Hexadezimalziffern, getrennt durch Doppelpunkte:

2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329

Führende Nullen einer Gruppe darf man weglassen, und eine Folge reiner Nullgruppen einmal durch „::“ ersetzen: 2001:db8::ff00:42:8329.

Jedes Gerät kann wieder eine weltweit eindeutige Adresse bekommen, NAT wird überflüssig. Den Schutz übernimmt die Firewall des Routers.
Ein Heimnetz erhält vom Anbieter meist einen ganzen Adressblock (Präfix, etwa /56 oder /64), aus dem sich Geräte selbst Adressen bilden.
Geräte nutzen für ausgehende Verbindungen wechselnde „Privacy Extensions“, damit sie nicht dauerhaft über dieselbe Adresse wiedererkannt werden.

Heute laufen IPv4 und IPv6 meist parallel (Dual Stack). Ein großer Teil der Zugriffe aus deutschen Netzen erfolgt bereits über IPv6.

Tabelle IPv4 gegen IPv6: Länge, Schreibweise, Anzahl der Adressen, Einsatz im Heimnetz und Vergabe. — IPv4 und IPv6 im Vergleich.

DHCP: wie Geräte ihre Adresse bekommen

Niemand tippt zu Hause IP-Adressen von Hand ein. Wenn sich ein Gerät mit dem WLAN verbindet, fragt es per DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) beim Router nach. Der Router teilt ihm eine freie private IPv4-Adresse, die Subnetzmaske, das Gateway (sich selbst) und den DNS-Server zu, jeweils für eine bestimmte Zeit (Lease). Für Drucker oder Server lässt sich im Router eine feste Zuordnung einstellen.

Die eigene IP-Adresse herausfinden

Private Adresse unter Windows: Eingabeaufforderung öffnen und ipconfig eingeben.
Private Adresse unter macOS und Linux: ip addr (Linux) oder in den Netzwerkeinstellungen.
Smartphone: in den WLAN-Einstellungen beim verbundenen Netz.
Öffentliche Adresse: im Router-Menü oder über eine Website, die die eigene IP anzeigt.

IP-Adressen und Datenschutz

Webseiten sehen Ihre öffentliche IP-Adresse. Daraus lassen sich der Internetanbieter und eine ungefähre Region ableiten, aber in der Regel nicht Ihre Hausadresse. Der Anbieter kann eine Adresse zu einem bestimmten Zeitpunkt jedoch einem Anschluss zuordnen. In Deutschland gelten IP-Adressen deshalb als personenbezogene Daten. Ein VPN verbirgt die eigene Adresse gegenüber Webseiten, verlagert das Vertrauen aber auf den VPN-Anbieter.

Selbst nachrechnen

Geben Sie eigene Werte ein: Der Rechner zeigt jeden Schritt, so können Sie auch Ihre Lösungen der Übungsaufgaben prüfen.

Fazit

Eine IP-Adresse identifiziert ein Gerät in einem Netz, damit Datenpakete ihr Ziel finden. IPv4-Adressen haben 32 Bit und werden knapp, deshalb nutzen Heimnetze private Adressen und NAT. IPv6 bietet mit 128 Bit genug Adressen für jedes Gerät und läuft heute meist parallel zu IPv4. DHCP verteilt die Adressen automatisch, DNS übersetzt Namen in Adressen. Mehr zu Netzen und Anschlüssen finden Sie in der Übersicht Internet, DSL und Mobilfunk.