IP-Adresse

Bedeutung und Grundprinzip

Eine IP-Adresse ist eine Adresse in einem Computernetz, das auf dem Internetprotokoll (IP) basiert. Sie wird Geräten zugewiesen, die mit dem Netz verbunden sind, macht diese adressierbar und ermöglicht ihre Erreichbarkeit. Eine IP-Adresse kann einen einzelnen Empfänger oder eine Gruppe von Empfängern bezeichnen; umgekehrt kann ein Computer mehrere IP-Adressen besitzen.

Die wichtigste Aufgabe besteht darin, Daten vom Absender zum vorgesehenen Empfänger zu transportieren. Datenpakete enthalten ähnlich wie Briefe eine Absender- und eine Empfängeradresse. Router vergleichen diese Angaben mit ihren Routingtabellen und entscheiden, in welche Richtung ein Paket weitergeleitet wird. Im Gegensatz zu einer Postadresse ist eine IP-Adresse nicht an einen bestimmten geografischen Ort gebunden.

Ein Webbrowser kann einen Webserver über dessen IP-Adresse ansprechen. Bei einer Domain wie „www.example.com“ fragt er zunächst über das Domain Name System (DNS) bei einem Nameserver die zugehörige IP-Adresse ab. Das DNS übersetzt Namen in IP-Adressen und umgekehrt. „www.example.com“ wird beispielsweise in die IPv4-Adresse 93.184.216.34 und die IPv6-Adresse 2606:2800:220:1:248:1893:25c8:1946 übersetzt.

Jedes IP-Datenpaket beginnt mit dem IP-Header. Dieser Informationsbereich enthält unter anderem Felder für die IP-Adresse des Senders und des Empfängers. Die Vermittlung erfolgt auf Schicht 3 des OSI-Modells, der Vermittlungsschicht.

Adressformate und Aufteilung

Technisch ist eine IPv4-Adresse eine 32-stellige Binärzahl, eine IPv6-Adresse eine 128-stellige Binärzahl.

IPv4-Adressen bestehen aus 32 Bits beziehungsweise vier Oktetten (Bytes). Dadurch sind 2^{32} = 4.294.967.296 Adressen darstellbar. In der üblichen „dotted decimal notation“ werden die vier Oktette als Dezimalzahlen von 0 bis 255 geschrieben und durch Punkte getrennt, zum Beispiel 203.0.113.195 oder 192.0.2.42.

IPv6 wurde vor allem wegen des steigenden Bedarfs und der absehbaren Erschöpfung des IPv4-Adressraums entwickelt. IPv6 verwendet 128 Bits; damit sind 2^{128} = 256^{16} = 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 ≈ 3,4 · 10^{38} Adressen möglich. Das reicht laut Artikel für mindestens 665.570.793.348.866.944 (= 6,65 · 10^{17}) Adressen je Quadratmillimeter der Erdoberfläche. IPv6-Adressen werden hexadezimal in acht durch Doppelpunkt getrennten Blöcken dargestellt, zum Beispiel 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7344. Führende Nullen eines Blocks dürfen entfallen. Eine Folge vollständig aus Nullen bestehender Blöcke darf einmal durch „::“ ersetzt werden: 2001:db8:85a3::8a2e:370:7344.

Eine IPv4-Adresse wird durch eine Netzmaske, eine IPv6-Adresse durch eine Präfixlänge in Netzadressteil und Geräteadressteil (Hostteil) geteilt. Die Bits des Netzadressteils sind bei allen Geräten eines Subnetzes gleich. Der mit Nullen aufgefüllte Netzadressteil bildet die Netzadresse. Diese Information wird für Routingentscheidungen benötigt.

Beispiel: Bei 203.0.113.195/27 lautet die Netzmaske 255.255.255.224 und die Netzadresse 203.0.113.192. Es bleiben 5 Bits für den Geräteteil, also 2^{5} = 32 Adressen. Je eine Adresse wird für das Netz selbst und für den Broadcast benötigt; somit stehen 30 Geräteadressen zur Verfügung.

Routing und besondere Adressen

Beim Versand eines IP-Pakets werden Netzadressteile von Quell- und Zieladresse verglichen. Sind sie gleich, liegt der Ziel-Host im selben Netz und das Paket wird direkt gesendet. In Ethernet-Netzen ermittelt ARP (Address Resolution Protocol) auf Schicht 2 des OSI-Modells die Hardwareadresse.

Bei unterschiedlichen Netzadressteilen sucht das Gerät in seiner Routingtabelle die IP-Adresse eines Routers, des sogenannten „next hop“. Dieser leitet das Paket anhand seiner eigenen Routingtabelle weiter. Das Paket kann mehrere Netze und Router durchlaufen; jeder solche Sprung heißt Hop. Dieses Verfahren wird Next Hop Routing genannt. Ein Router besitzt für jede Schnittstelle eine eigene IP-Adresse und Netzmaske. Quell- und Zieladresse im IP-Header bleiben während des Weges unverändert, sofern keine IP-Adress-Umsetzung stattfindet.

Zu den besonderen IPv4-Adressen gehören unter anderem 0.0.0.0/8 für das aktuelle Netz, 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 und 192.168.0.0/16 für private Netze, 100.64.0.0/10 für Provider-NAT, 127.0.0.0/8 als Loopback, 169.254.0.0/16 für Zeroconf, 192.0.2.0/24, 198.51.100.0/24 und 203.0.113.0/24 für Dokumentation und Beispielcode (TEST-NET-1 bis TEST-NET-3), 198.18.0.0/15 für Netz-Benchmark-Tests, 224.0.0.0/4 für Multicasts und 240.0.0.0/4 als reservierten Bereich. 255.255.255.255 kann als Broadcastadresse verwendet werden. Insgesamt erfüllen laut Artikel 622.199.809 von rund 4,3 Milliarden IPv4-Adressen beziehungsweise 14,5 % aller möglichen IPv4-Adressen einen besonderen Zweck.

127.0.0.1 ist häufig unter dem Hostnamen „localhost“ erreichbar und dient zur Kommunikation zwischen Prozessen auf demselben Computer, etwa zum Testen von Servern. Die drei Adresstypen sind Unicast für einen bestimmten Empfänger, Broadcast für alle Geräte eines Subnetzes und Multicast für mehrere ausgewählte Empfänger. In IPv6 wird Broadcast durch Multicast ersetzt. Mit RFC 5737 wurden außerdem circa 50 Millionen zuvor reservierte Adressen freigegeben, darunter 14.0.0.0/8, 24.0.0.0/8, 39.0.0.0/8, 128.0.0.0/16, 191.255.0.0/16 und 223.255.255.0/24.

DNS, Vergabe und private Netze

Die Vergabe von IP-Netzen wird durch die IANA (Internet Assigned Numbers Authority) geregelt. Seit 1988 gibt es eine solche Organisation. In den Anfangsjahren vergab die IANA IPv4-Bereiche direkt in großen Blöcken an Organisationen, Firmen oder Universitäten, beispielsweise 13.0.0.0/8 an die Xerox Corporation, 54.0.0.0/8 an Merck & Co., 9.0.0.0/8 an IBM und 53.0.0.0/8 an die deutsche debis AG. Heute vergibt die IANA Blöcke an regionale Vergabestellen.

Seit Februar 2005 gibt es fünf Regional Internet Registries (RIR): AfriNIC für Afrika, APNIC für die Region Asien-Pazifik, ARIN für Nordamerika, LACNIC für Lateinamerika und die Karibik sowie RIPE NCC für Europa, den Nahen Osten und Zentralasien. Für Deutschland, Liechtenstein, Österreich und die Schweiz ist das RIPE NCC zuständig. Die RIRs geben Adressen an Local Internet Registries (LIR) weiter. LIRs sind meist Internet Service Provider und weisen Adressen Endkunden oder weiteren Providern zu. Eine Adresse kann dauerhaft oder beim Aufbau einer Verbindung dynamisch zugeteilt werden. Das Whois-Protokoll kann zeigen, welchem Endkunden oder welcher LIR eine Adresse oder ein Netz zugewiesen wurde.

In privaten lokalen Netzen können IPv4-Adressen aus den privaten Bereichen nach RFC 1918 verwendet werden, zum Beispiel 192.168.1.1 und 192.168.1.2. Diese Adressen werden im Internet nicht geroutet. Ein Router übersetzt sie mit Network Address Translation (NAT) in eine öffentliche IPv4-Adresse und übersetzt eingehende Pakete zurück. Mehrere lokale Computer können dadurch nach außen unter derselben öffentlichen Adresse erscheinen. Die Zuordnung einzelner Verbindungen erfolgt über Portnummern.

Ursprünglich wurden IPv4-Adressen in die Klassen A bis C und später D und E eingeteilt. 1985 wurde Subnetting spezifiziert. Wegen wachsender Routingtabellen wurde 1993 das klassenlose Routing CIDR (Classless Inter-Domain Routing) eingeführt. Heute bestimmt vor allem die Netzmaske die logische Aufteilung in Netz- und Geräteadresse, nicht die frühere Netzklasse.

Konfiguration und Nutzungsarten

IP-Adressen können manuell oder automatisch konfiguriert werden. Unter Linux stehen dafür unter anderem ip und ip route show table all zur Verfügung, unter Windows netsh, ipconfig oder je nach Version winipcfg; andere unixoide Systeme verwenden ifconfig. Beispiele sind die Zuweisung von 2001:db8::123/64 mit „ip addr add 2001:db8::123/64 dev eth0“ oder von 192.168.0.254/27 mit „ip addr add 192.168.0.254/27 brd + dev eth0“. Die Broadcast-Angabe ist optional.

Bei der automatischen Konfiguration weisen BOOTP oder DHCP einem Rechner beim Hochfahren eine Adresse aus einem vom Administrator festgelegten Bereich zu. Die Adresse wird geleast. Geräte, die eine feste Adresse benötigen, können über ihre MAC-Adresse erkannt und dauerhaft zugeordnet werden. Vorteile sind zentrale Verwaltung, wenig Konfigurationsaufwand und die Möglichkeit, mobile Geräte ohne Änderung ihrer Einstellungen in verschiedene Netze einzubinden. IPv6 bietet zusätzlich eine Autokonfiguration ohne Server.

Bei dynamischer Adressierung erhält ein Host bei jeder neuen Verbindung möglicherweise eine andere Adresse. Im LAN ist DHCP verbreitet; Internet-Service-Provider verwenden hierfür unter anderem PPP oder PPPoE. Da nie alle Kunden gleichzeitig online sind, benötigt man im Durchschnitt deutlich weniger als eine Adresse pro Kunde; ein Verhältnis von 1:10 bis 1:20 ist üblich. Das RIPE NCC verlangt von LIRs einen Nachweis über die Nutzung zugewiesener Adressen. Feste Zuordnungen werden nur in begründeten Fällen akzeptiert, etwa für Server oder Abrechnungszwecke.

Statische Adressierung wird eingesetzt, wenn dynamische Adressen technisch nicht möglich oder nicht sinnvoll sind. In LANs betrifft dies beispielsweise Gateways, Server und Netz-Drucker, im Internet Router an Standleitungen und zunehmend auch Machine-to-Machine-Kommunikation, besonders über GPRS. Statische Adressen werden meist manuell, können aber auch automatisch vergeben werden.

Eine Netzwerkschnittstelle kann mehrere IPv4-Adressen besitzen; dies heißt IP-Aliasing. Gründe sind mehrere gleiche Services, Erreichbarkeit aus verschiedenen Subnetzen oder die logische Trennung eines Dienstes vom Host. Bei IPv6 sind mehrere Adressen pro Schnittstelle die Regel, etwa eine link-lokale und eine globale Adresse oder Adressen verschiedener Provider.

Speicherung, Recht und Zusatzinformationen

Für jeden Aufruf einer Webseite über einen Domainnamen ist eine DNS-Anfrage erforderlich, bei der die IP-Adresse des Servers ermittelt wird. Server können außerdem Logdateien mit den zugreifenden IP-Adressen und dem Zeitpunkt ihrer Nutzung führen. Eine IP-Adresse ist die unterste Ebene der Identifizierung und bezeichnet meistens ein einzelnes Gerät. Über den IANA-Eintrag des Internetzugangsanbieters kann der Anschlussbesitzer ermittelt werden.

Die rechtliche Bewertung in Deutschland wurde im Artikel als uneinheitlich beschrieben. Das Amtsgericht Mitte erklärte im März 2007 IP-Adressen zu personenbezogenen Daten nach § 3 BDSG und hielt ihre Speicherung für unzulässig. Das Amtsgericht München entschied Ende September 2008 dagegen, IP-Adressen seien grundsätzlich keine personenbezogenen Daten. Es machte die Zulässigkeit jedoch davon abhängig, ob der Speichernde eine Person identifizieren kann, etwa über ein personalisiertes Benutzerkonto. Beide Urteile betrafen IPv4; IPv6 kann wegen des größeren Adressbereichs anders eingeordnet werden.

Das Bundesverfassungsgericht erklärte am 2. März 2010 die damalige Regelung zur Speicherung von IP-Adressen für verfassungswidrig, weil konkrete Datensicherheitsmaßnahmen und ausreichende Hürden für den Datenabruf fehlten. Gesammelte Daten mussten sofort gelöscht werden. Vorratsdatenspeicherung sei grundsätzlich nur mit strengeren Sicherheits- und Transparenzvorkehrungen sowie begrenzten Abrufmöglichkeiten zulässig. Bei Ermittlungen wegen schwerer Straftaten muss einem Auskunftsersuchen der Staatsanwaltschaft nachgekommen werden; die Speicherung zu anderen Zwecken, etwa in Webserver-Logdateien, blieb laut Artikel rechtlich ungeklärt.

Die Beweiskraft einer IP-Adresse kann durch Fehlbedienungen oder BGP-Routen-Entführungen eingeschränkt sein. 2010 wurden durch Einstellungsfehler 37.000 Netze, nicht Nutzer, nach China geleitet. Nach einer EuGH-Entscheidung kann die Anschlussinhaberhaftung nicht allein auf einer IP-Adresse beruhen. Zusätzlich ist zu beachten, dass der Anschlussinhaber nicht zwingend die Person war, die eine Verbindung zu einem bestimmten Zeitpunkt nutzte. Gegen Routen-Entführungen wurden BGPsec und die Resource Public Key Infrastructure (RPKI) eingeführt, aber nicht alle Provider nutzen diese Maßnahmen.

Aus einer IP-Adresse können mit bestimmter Wahrscheinlichkeit Zusatzinformationen abgeleitet werden: Geotargeting versucht, Staat oder Region zu bestimmen. Eine nicht dynamische IP-Adresse eines Unternehmens oder einer Behörde kann auf einen Zugriff von dort hindeuten; eine IP-Adresse aus einem Mobilfunknetz lässt vermuten, dass jemand mit einem Handy oder Smartphone surft.