IP-Subnetzrechner: CIDR, Netzmaske & Hostbereich

IP-Subnetzrechner

Ein IP-Subnetzrechner ermittelt die Netzwerkdetails hinter einer IPv4-Adresse und einer Präfixlänge. Aus diesen beiden Eingaben berechnet er die Netzwerkadresse, die Broadcast-Adresse, den Bereich der nutzbaren Hostadressen, die Subnetzmaske und die Wildcard-Maske.

Was der Rechner berechnet

Das Tool akzeptiert eine als vier durch Punkte getrennte Zahlen geschriebene IPv4-Adresse, beispielsweise 192.168.1.10, sowie eine Präfixlänge von 0 bis 32. Die gemeinsame Eingabe in CIDR-Notation, beispielsweise 192.168.1.10/24, funktioniert ebenfalls: Der Teil /24 wird automatisch in das Präfixfeld übernommen.

Der Rechner gibt Folgendes zurück:

• CIDR-Notation: das Netzwerk in der Form Adresse/Präfix, beispielsweise 192.168.1.0/24.
• Netzwerkadresse: die erste Adresse im Block. Sie bezeichnet das Netzwerk selbst.
• Broadcast-Adresse: die letzte Adresse im Block. Eine an sie gesendete Nachricht erreicht jeden Host im Subnetz.
• Nutzbarer Hostbereich: die erste und die letzte Adresse, die ein Gerät tatsächlich verwenden kann.
• Nutzbare Hosts und Gesamtzahl der Adressen: wie viele Adressen der Block enthält und wie viele davon für Geräte verfügbar sind.
• Subnetzmaske und Wildcard-Maske: die Maske in Punktnotation, z. B. 255.255.255.0, und ihre Invertierung, 0,0.0,255.
• Die Subnetzmaske Bit für Bit ausgeschrieben, acht Bits pro Oktett.

Die Ergebnisse entsprechen RFC 791 (IPv4-Adressierung), RFC 4632 (CIDR-Notation), RFC 950 mit RFC 919 und RFC 922 (Reservierungen für Netzwerk- und Broadcast-Adresse) sowie RFC 3021 (/31-Punkt-zu-Punkt-Verbindungen).

Funktionsweise der Subnetzbildung

Eine IPv4-Adresse ist eine 32-Bit-Zahl. Sie wird als vier Oktette geschrieben, wobei jedes Oktett 8 Bits umfasst und einen Wert von 0 bis 255 enthält. Die Präfixlänge teilt diese 32 Bits in zwei Teile. Die ersten Bits, so viele das Präfix angibt, bezeichnen das Netzwerk. Die übrigen Bits bezeichnen einen Host innerhalb dieses Netzwerks.

Ein /24-Netzwerk verwendet 24 Bits für den Netzwerkteil und lässt 8 Bits für Hosts übrig. Acht Host-Bits ergeben 2⁸ = 256 Adressen. Ein /26-Netzwerk lässt nur 6 Host-Bits übrig und umfasst daher 2⁶ = 64 Adressen.

Die Subnetzmaske schreibt dieselbe Aufteilung als Adresse: ein 1-Bit für jedes Netzwerk-Bit und ein 0-Bit für jedes Host-Bit. Für /24 ergibt sich 255,255.255,0. Die Wildcard-Maske invertiert jedes Bit der Subnetzmaske. Zugriffslisten von Routern, insbesondere bei Cisco-Geräten, gleichen Adressen mithilfe von Wildcard-Masken ab; deshalb zeigt das Tool beide an.

Die Subnetzformel

Für eine Präfixlänge p zwischen 0 und 30 wendet der Rechner die folgenden Regeln an, die in RFC 950 und RFC 4632 festgelegt sind:

• Subnetzmaske = die obersten p Bits des 32-Bit-Worts auf 1 gesetzt.
• Netzwerkadresse = IP-Adresse UND Subnetzmaske (ein bitweises UND behält ein Bit nur dann, wenn beide Eingaben ein 1-Bit enthalten).
• Broadcast-Adresse = Netzwerkadresse ODER Wildcard-Maske (jedes Host-Bit auf 1 gesetzt).
• Gesamtzahl der Adressen = 2⁽³²⁻ᵖ⁾.
• Nutzbare Hosts = 2⁽³²⁻ᵖ⁾ − 2. Die Subtraktion entfernt die Netzwerkadresse und die Broadcast-Adresse, die RFC 950 und RFC 919 reservieren.
• Erster nutzbarer Host = Netzwerkadresse + 1. Letzter nutzbarer Host = Broadcast-Adresse − 1.

Zwei Präfixlängen folgen anderen Regeln. Ein /31 umfasst genau 2 Adressen, und RFC 3021 macht beide auf einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung zu nutzbaren Hosts, ganz ohne Broadcast-Adresse. Ein /32 bezeichnet eine einzelne Adresse: 1 insgesamt, 1 nutzbar, keine Broadcast-Adresse. In diesen beiden Fällen bezeichnet das Tool die erste Adresse als „Präfixbasis“ statt als „Netzwerkadresse“, da keiner der beiden Blöcke eine Adresse zur Bezeichnung des Netzwerks reserviert.

Jedes Ergebnis stammt aus einer Berechnung mit einer einzigen 32-Bit-Zahl. Das Tool listet die Adressen niemals einzeln auf; daher wird ein /0, das alle 4.294.967.296 IPv4-Adressen umfasst, genauso schnell berechnet wie ein /32.

Rechenbeispiel

Für die Adresse 10.128.7.33 mit der Präfixlänge /26:

1. Subnetzmaske: 26 Eins-Bits, gefolgt von 6 Null-Bits, ergeben 11111111,11111111.11111111,11000000, was als 255,255.255,192 gelesen wird.
2. Netzwerkadresse: Die Adresse wird mit der Maske per UND verknüpft. Die ersten drei Oktette bleiben unverändert. Im letzten Oktett ist 33 binär 00100001; UND mit 11000000 ergibt 00000000, also 0. Die Netzwerkadresse lautet 10.128.7.0, die CIDR-Notation daher 10.128.7.0/26.
3. Broadcast-Adresse: Alle 6 Host-Bits werden auf 1 gesetzt. Das letzte Oktett wird zu 00111111, also zu 63. Die Broadcast-Adresse lautet 10,128.7,63.
4. Zählung: 2⁶ = 64 Adressen insgesamt und 64 − 2 = 62 nutzbare Hosts.
5. Hostbereich: von 10.128.7.1 bis 10,128.7,62.
6. Wildcard-Maske: die Invertierung der Subnetzmaske, 0,0.0,63.

Ein zweites Beispiel mit der Standardeingabe des Tools, 192.168.1.10/24: Netzwerk 192.168.1.0, Broadcast 192.168.1.255, Hosts von 192.168.1.1 bis 192.168.1.254, 254 nutzbare Hosts von insgesamt 256, Subnetzmaske 255.255.255.0, Wildcard-Maske 0,0.0,255.

Konventionen des Tools

Oktette mit führenden Nullen werden abgelehnt. Das Tool akzeptiert 010.1.1.1 nicht, statt es als 10,1.1,1 zu lesen. Dies ist beabsichtigt. Die POSIX-Funktion inet_aton, die hinter ping, curl und den meisten Resolvern von Betriebssystemen steht, behandelt ein Oktett mit führender Null als Oktalzahl; daher bedeutet 010.1.1.1 für diese Programme 8.1.1.1. Keine Interpretation als Dezimal- oder Oktalzahl kann mit jedem Parser übereinstimmen, daher akzeptiert das Tool weder die eine noch die andere. Ein als /08 geschriebenes Präfix wird aus demselben Grund abgelehnt.

Die Hostanzahl wird um zwei reduziert. Manche Rechner geben die rohe Blockgröße als Hostanzahl aus. Dieses Tool folgt RFC 950: In jedem Block von /0 bis /30 bezeichnet der Hostteil aus lauter Nullen das Netzwerk, und der Hostteil aus lauter Einsen ist die Broadcast-Adresse. Beide sind daher ausgeschlossen; ein /24 hat somit 254 nutzbare Hosts und nicht 256.

Ein /31 hat zwei nutzbare Hosts. Ältere Texte, die vor RFC 3021 (veröffentlicht im Jahr 2000) verfasst wurden, bezeichnen ein /31 als unbrauchbar, weil nach Abzug der beiden reservierten Adressen null übrig bleiben. RFC 3021 hob beide Reservierungen für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen auf, und Router unterstützen dies seit Jahrzehnten. Daher meldet das Tool 2 nutzbare Hosts und keine Broadcast-Adresse.

Jedes Präfix von /0 bis /32 wird akzeptiert. Ein /0 ist ein gültiger Block, der den gesamten IPv4-Adressraum abdeckt, entsprechend dem Auftreten von 0.0.0.0/0 als Standardroute in Routingtabellen.

Nur IPv4. IPv6 (RFC 4291) verwendet 128-Bit-Adressen und eine andere Notation und liegt außerhalb des Umfangs dieses Tools. Das Tool kennzeichnet auch keine Bereiche für spezielle Zwecke, etwa private oder Loopback-Adressen (RFC 6890); es gibt ausschließlich die Adressberechnung aus.

Häufig gestellte Fragen

Wie viele nutzbare Hosts hat ein /24? 254. Ein /24 lässt 8 Host-Bits übrig, woraus 2⁸ = 256 Adressen entstehen. Zwei davon sind reserviert: die Netzwerkadresse und die Broadcast-Adresse. Damit bleiben 254 für Geräte.

Was ist eine Wildcard-Maske? Die bitweise Invertierung der Subnetzmaske. Wo die Subnetzmaske ein 1-Bit enthält, weist die Wildcard-Maske ein 0-Bit auf, und umgekehrt. Für die Maske 255.255.255.0 lautet die Wildcard-Maske 0,0.0,255. Zugriffslisten auf vielen Routern verwenden Wildcard-Masken, um zu beschreiben, auf welche Adressen eine Regel zutrifft.

Warum zeigt ein /31 keine Broadcast-Adresse an? Ein /31 umfasst nur zwei Adressen. Würde eine für das Netzwerk und eine für Broadcast reserviert, bliebe nichts übrig. Daher definiert RFC 3021 das /31 als Punkt-zu-Punkt-Verbindung, bei der beide Adressen Hosts sind und keine Broadcast-Adresse existiert. Der Rechner meldet 2 nutzbare Hosts und kennzeichnet Broadcast als nicht zutreffend.

Warum wird 010.1.1.1 abgelehnt, statt als 10.1.1.1 gelesen zu werden? Weil Betriebssysteme eine rein dezimale Interpretation unterschiedlich behandeln. POSIX inet_aton liest ein Oktett mit führender Null als Oktalzahl; daher bedeutet 010 auf den meisten Systemen 8. Die Eingabe abzulehnen ist die einzige Antwort, die nicht unbemerkt von dem abweichen kann, was der Rechner des Benutzers tun würde.

Was ist der Unterschied zwischen der Gesamtzahl der Adressen und den nutzbaren Hosts? Die Gesamtzahl der Adressen ist die vollständige Größe des Blocks, 2 hoch (32 minus Präfixlänge). Die Zahl der nutzbaren Hosts ist diese Zahl abzüglich der beiden reservierten Adressen, außer bei einem /31 (beide sind nutzbar) und einem /32 (die einzelne Adresse ist der Host).

Was bedeutet die Netzwerkadresse von 192.168.1.10/24? Sie lautet 192.168.1.0. Sie ergibt sich, indem die ersten 24 Bits der Adresse beibehalten und die Host-Bits auf null gesetzt werden. Sie bezeichnet das Subnetz als Ganzes und kann keinem Gerät zugewiesen werden.

Referenzen

1. Postel, J. „RFC 791: Internet Protocol.“ IETF, 1981.
2. Mogul, J., und J. Postel. „RFC 950: Internet Standard Subnetting Procedure.“ IETF, 1985.
3. Mogul, J. „RFC 919: Broadcasting Internet Datagrams.“ IETF, 1984.
4. Fuller, V., und T. Li. „RFC 4632: Classless Inter-domain Routing (CIDR).“ IETF, 2006.
5. Retana, A. u. a. „RFC 3021: Using 31-Bit Prefixes on IPv4 Point-to-Point Links.“ IETF, 2000.