Beitragstyp: FAQ, Beitrags-ID: 2073614, Beitragsdatum: 24.07.2013
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Welche Zusammenhänge gibt es zwischen Subnetzmasken und IP-Adressen im Hinblick auf Subnetting und Supernetting (Classless Inter Domain Routing CIDR)?

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Konfigurationshinweis
Mit CIDR entfällt die feste Zuordnung einer IP-Adresse zu einer Netzklasse und die eventuelle Unterteilung (Subnetting) in weitere Netze oder die Zusammenfassung (Supernetting) mehrerer Netze einer Klasse. Es existiert nur noch eine Netzmaske, welche die IP-Adresse in den Netzwerk- und Hostteil aufteilt.

Die Funktion CIDR (Classless Inter Domain Routing) beinhaltet demnach Subnetting und Supernetting.

Folgende Industrial Ethernet CPs unterstützen die Funktionen Subnetting und Supernetting:

  • 6GK7343-1EX21-0XE0 ab FW V1.2
  • 6GK7343-1EX30-0XE0
  • 6GK7343-1GX21-0XE0 ab FW V1.1
  • 6GK7343-1GX30-0XE0
  • 6GK7343-1GX31-0XE0
  • 6GK7343-1CX10-0XE0
  • 6GK7343-1FX00-0XE0
  • 6FL4343-1CX10-0XE0
  • 6GK7443-1EX20-0XE0
  • 6GK7443-1EX30-0XE0
  • 6GK7443-1EX40-0XE0 ab FW V2.4
  • 6GK7443-1EX41-0XE0
  • 6GK7443-1GX20-0XE0
  • 6GK7443-1GX30-0XE0

Folgende CPUs mit integrierter PROFINET-Schnittstelle unterstützen die Funktionen Subnetting und Supernetting:

  • IM151-8(F) PN/DP CPU
  • IM154-8(F) CPU
  • CPU314C-2 PN/DP
  • CPU315(F)-2 PN/DP ab FW V2.3
  • CPU317(F)-2 PN/DP ab FW V2.3
  • CPU319(F)-3 PN/DP
  • CPU412-2 PN
  • CPU414(F)-3 PN/DP
  • CPU416(F)-3 PN/DP
  • CPU412-5H PN/DP
  • CPU414-5H PN/DP
  • CPU416-5H PN/DP
  • CPU417-5H PN/DP
  • S7-1200 CPUs ab FW V1.0

Folgende Industrial Ethernet PC-Baugruppen unterstützen die Funktionen Subnetting und Supernetting:

  • CP1616 ab V2.0
  • CP1604 ab V2.0
  • CP1613 (A2) ab SW V7.1
  • CP1623
  • CP1628
  • CP1612 und IE Allgemein

Für die restlichen Industrial Ethernet PC-Baugruppen wie CP1613 (A2) < SW V7.1, CP1604 V1, CP1616 V1 und CP1512 st nur die Projektierung der Funktion "Subnetting" möglich. Für diese Baugruppen ist die Projektierung der Funktion "Supernetting" in STEP 7 / NCM PC nicht möglich. Dies wird von STEP 7 / NCM PC durch eine Fehlermeldung verhindert (siehe Bild 05).

Bei diesen Baugruppen, welche das TCP/IP-Protokoll unterstützen, ist es möglich, sowohl die IP-Adresse als auch die zugehörige Subnetzmaske in der Hardware-Konfiguration von STEP 7 einzustellen. Dabei wird die IP-Adresse und die zugehörige Subnetzmaske im Eigenschaftsfenster der Ethernetschnittstelle des CPs bzw. der CPU eingetragen. Nach dem Einfügen des Industrial Ethernet CPs bzw. der CPU mit integrierter PN-Schnittstelle in der Hardwarekonfiguration werden dem Anwender im Eigenschaftsfenster der Ethernetschnittstelle des CPs bzw. der CPU folgende Default-Einstellungen angeboten (siehe Bild 01).

  • IP-Adresse: 192.168.0.1
  • Subnetzmaske: 255.255.255.0


Bild 01

Wollen Sie diese Default-Einstellungen von IP-Adresse und Subnetzmaske ändern, benötigen Sie Informationen zum Zusammenhang zwischen Klassen von IP-Adressen und Subnetzmasken. Im folgenden wird der Zusammenhang zwischen Klassen von IP-Adressen und Subnetzmasken verdeutlicht.

Zusammenhang zwischen Klasse der IP-Adresse und Subnetzmaske
Grundsätzlich werden 5 Klassen von IP-Adressen unterschieden. Es handelt sich dabei um die Klassen A bis E. Jede Klasse besitzt eine eigene Subnetzmaske. Der Zusammenhang ist in der nachfolgenden Tabelle dargestellt.
 

Klasse Klassenbits IP-Adressbereich Subnetzmaske Netzanteil Teilnehmeranteil
A 0xxxxxxx 0.x.x.x - 127.x.x.x 255.0.0.0 1 Byte 3 Byte
B 10xxxxxx 128.0.x.x - 191.255.x.x 255.255.0.0 2 Byte 2 Byte
C 110xxxxx 192.0.0.x - 223.255.255.x 255.255.255.0 3 Byte 1 Byte
D

1110xxxx

224.0.0.0 - 239.255.255.255

---

Multicast-Adressen

E 1111xxxx 240.0.0.0 - 255.255.255.255 ---

reservierte Adressen
(für zukünftige Zwecke)

Das Klasse A Netz
IP-Adressen aus der Klasse A beginnen mit der Bitfolge 0-..., d.h. der IP-Adressbereich liegt zwischen 0.x.x.x und 127.x.x.x.
Die Subnetzmaske kennzeichnet den Bereich, welcher die Adressinformation für die Kennzeichnung des Subnetzes beinhaltet. Bei Klasse A Netzen entspricht das erste Byte, also die ersten 8 Bit, der IP-Adresse der Subnetzadresse. Demzufolge werden Klasse A Netze durch folgende Subnetzmaske: 255.0.0.0 = 1111 1111 0000 0000 0000 0000 0000 0000 definiert. Die letzten drei Byte (24 Bit) der IP-Adresse identifizieren einen Teilnehmer in diesem Subnetz.

Die Gesamtanzahl von Klasse A Netzen kann wie folgt berechnet werden:

  • 28-1-2 = 27-2 = 126 Netze (da die IP-Adresse immer mit der Bitfolge 0-... beginnt, 0.0.0.0 und 127.0.0.0 sind nicht erlaubt)

Die Anzahl von Rechnern in einem Klasse A Netz kann wie folgt berechnet werden:

  • 224-2 = 16 777 214 Rechner (x.0.0.0 -> Netzadresse und x.255.255.255 -> Broadcastadresse sind nicht erlaubt)


Bild 02

Das Klasse B Netz
IP-Adressen aus der Klasse B beginnen mit der Bitfolge 1-0-... und der Adressbereich liegt zwischen 128.0.x.x und 191.255.x.x. Bei Klasse B Netzen entsprechen die ersten beiden Bytes, also die ersten 16 Bit, der IP-Adresse der Subnetzadresse. Demzufolge werden Klasse B Netze durch folgende Subnetzmaske: 255.255.0.0 = 1111 1111 1111 1111 0000 0000 0000 0000 definiert. Die letzten beiden Bytes (16 Bit) identifizieren einen Teilnehmer in diesem Subnetz.

Die Gesamtanzahl von Klasse B Netzen kann wie folgt berechnet werden:

  • 216-2 = 214 = 16384 Netze (da die IP-Adresse immer mit der Bitfolge 1-0... beginnt)

Die Anzahl von Rechnern in einem Klasse B Netz kann wie folgt berechnet werden:

  • 216-2 = 65534 Rechner (x.x.0.0 -> Netzadresse und x.x.255.255 -> Broadcastadresse sind nicht erlaubt)


Bild 03

Das Klasse C Netz
IP-Adressen aus der Klasse C beginnen mit der Bitfolge 1-1-0... und der Adressbereich liegt zwischen 192.0.0.x und 223.255.255.x. Bei Klasse C Netzen entsprechen die ersten drei Byte, also die ersten 24 Bit, der IP-Adresse der Subnetzadresse. Demzufolge werden Klasse C Netze durch folgende Subnetzmaske: 255.255.255.0 = 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000 definiert. Das letzte Byte (8 Bit) identifiziert einen Teilnehmer in diesem Subnetz.

Die Gesamtanzahl von Klasse C Netzen kann wie folgt berechnet werden:

  • 224-3 = 221 = 2 097 152 Netze (da die IP-Adresse immer mit der Bitfolge 1-1-0... beginnt)

Die Anzahl von Rechnern in einem Klasse C Netz kann wie folgt berechnet werden:

  • 28-2 = 254 Rechner (x.x.x.0 -> Netzadresse und x.x.x.255 -> Broadcastadresse sind nicht erlaubt)


Bild 04

Das Klasse D Subnetz
Das Klasse D Subnetz umfasst spezielle Adressen, welche für Multicast-Adressen verwendet werden.

Zusammenfassung
Die Aufteilung von IP-Adressen in Netzanteil und Teilnehmeranteil führt zu folgenden Schlussfolgerungen:

  • Ein Klasse A Netz ist größer als ein Klasse C Netz, da für die Adressierung der Rechner ein größerer Adressraum zur Verfügung steht.

  • Es gibt weniger Klasse A Netze als Klasse C Netze, da der Adressraum der Subnetze kleiner ist.

Reservierte Adressen

  • Die Klasse A Netzadresse 127.x.x.x ist für die Loopback-Funktion aller Rechner reserviert, d.h.:
    Alle IP-Adresse, die im ersten Byte den Wert 127 besitzen, dürfen nur für interne Tests von Rechnern verwendet werden.

  • Der Wert 255 im letzten Byte (Byte 4) ist als Broadcast-Adresse reserviert. Dabei stellt beispielweise die Adresse 140.80.255.255 eine Broadcast-Adresse aller Teilnehmer im Klasse B Netz 140.80.0.0 dar.

  • Die folgenden Bereiche sind für private Netzwerke reserviert. Alle IP-Adressen aus diesen Bereichen werden nicht im Internet geroutet.
    10.0.0.0 - 10.255.255.255
    172.16.0.0 - 172.31.255.255
    192.168.0.0 - 192.168.255.255

Bis jetzt wurde der Zusammenhang von Klasse der IP-Adresse und Subnetzmaske dargestellt. Darüber hinaus ist es möglich mit dem Vorgang des sogenannten "Subnetting" eine Erweiterung der Subnetzmaske vorzunehmen.

Subnetting
Subnetting kann beispielweise in einem Klasse A Netz eingesetzt werden. Es ermöglicht die Aufteilung der Rechner dieses Klasse A Netzes in weitere logische Einheiten (Subnetze). Als Beispiel wird das Klasse A Netz 86.x.x.x betrachtet. Die Subnetzmaske dieses Klasse A Netzes ist 255.0.0.0 (1111 1111 0000 0000 0000 0000 0000 0000). Der Adressraum kann durch eine Erweiterung der Subnetzmaske um 1 Bit weiter in logische Subnetze aufgeteilt werden. Die Subnetzmaske lautet dann 255.128.0.0 (1111 1111 1000 0000 0000 0000 0000 0000).

Für die Adressierung bedeutet dies folgendes:

  • Direkt, d.h. ohne Router, können nur noch die Adressen 86.0.0.1 bis 86.127.255.254 miteinander kommunizieren, da diese Rechner den gleichen Wert (in diesem Fall "0") im ersten Bit nach der Subnetzmaske besitzen.

  • Direkt, d.h. ohne Router, können nur noch die Adressen 86.128.0.1 bis 86.255.255.254 miteinander kommunizieren, da diese Rechner den gleichen Wert (in diesem Fall "1") im ersten Bit nach der Subnetzmaske besitzen.

  • Der Adressraum der Rechner in diesem Klasse A Netz ist in zwei Subnetze aufgeteilt worden.

Fazit
Durch eine Erweiterung der Subnetzmaske kann der Adressraum der Rechner in weitere logische Einheiten (Subnetze) aufgeteilt werden. Im Beispiel wurde der Adressraum in zwei Subnetze aufgeteilt. Durch eine Hinzunahme von weiteren Bits kann die Anzahl der möglichen Subnetze schnell vervielfacht werden.

Supernetting
Unter Supernetting versteht man das Zusammenfassen von mehreren Netzen mit teilweise gleichem Netzwerkanteil zu einem Subnetz. Die zugrundeliegende Technik ist das Gegenteil zum Subnetting und bedeutet prinzipiell ein Verfahren zur Adressierung einer größeren Teilnehmerzahl innerhalb eines Subnetzes. Beim Supernetting wird der Teilnehmeranteil einer Netzklasse vergrößert. Somit wird der Netzanteil dieser Netzklasse verkleinert.
Als Beispiel wird das Klasse C Netz 192.168.178.0 betrachtet. Die Subnetzmaske dieses Klasse C Netzes ist 255.255.255.0 (1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000). Nun wird der Teilnehmeranteil um 2 Bits erweitert. Die Subnetzmaske lautet nun 255.255.252.0 (1111 1111 1111 1111 1111 1100 0000 0000).

  • Die niedrigste zu vergebende IP-Adresse des Netzes ist
    192.168.176.1 (1111 1111.1111 1111. 1011 0000. 0000 0001)

  • Die höchste zu vergebende IP-Adresse des Netzes ist
    192.168.179.254 (1111 1111.1111 1111. 1011 0011. 1111 1110)

  • Die Adressen 192.168.176.1 bis 192.168.179.254 können direkt, d.h. ohne Router miteinander kommunizieren.

Voraussetzung
Die Nutzung von "Supernetting" setzt voraus, dass die Baugruppen im Netz die Funktion "classless inter domain routing" (CIDR) unterstützen.

Hinweis
Wenn die in STEP 7 projektierte Baugruppe die Funktion Subnetting oder Supernetting nicht unterstützt, dann wird die Verwendung dieser Funktionen durch folgende Fehlermeldung in STEP 7 verhindert.


Bild 05


Bild 06

In der Onlinehilfe von STEP 7 wird auf die Subnetzmaske im falschen Format wie folgt darauf hingewiesen.


Bild 07