Subnetze bilden

IT 12.4 – Netzwerke · Einheit 8 von Teil B „TCP/IP“

Lernziele

Du kannst begründen, warum man ein Netz in Subnetze aufteilt.
Du kannst ein Netz in gleich große Subnetze aufteilen und dabei neues Präfix, Maske und Schrittweite bestimmen.
Du kannst für jedes Subnetz Netzadresse, nutzbaren Bereich und Broadcast-Adresse angeben.
Du kannst für eine Anforderung (Anzahl der Netze, Geräte pro Netz) eine passende Aufteilung entwickeln und überprüfen.

Ein Netz, vier Bereiche

Deine Schule hat für ihr Netz die Adressen 192.168.10.0/24 zur Verfügung. Bisher hängen alle Geräte in diesem einen Netz. Wie du in Einheit 7 gesehen hast, ist das ungünstig: Broadcasts erreichen jedes Gerät, und Schülerrechner kommen direkt an die Rechner der Verwaltung.

Deshalb soll es künftig vier getrennte Netze geben, die ein Router verbindet:

Bereich	Geräte (höchstens)
Verwaltung	20
Lehrkräfte	40
Informatikräume	50
Gäste-WLAN	30

Es gibt aber keine neuen Adressen. Wie macht man aus einem Netz vier?

Erkunden: Aus eins mach vier

Bevor du weiterliest: Probiert zu zweit aus, wie man das Netz aufteilen kann. Die Erklärungen weiter unten helfen euch erst danach, eure Ergebnisse zu überprüfen.

Erkundung: Bits für den Netzanteil mittel

a) Gib an, wie viele Gerätebits das Netz 192.168.10.0/24 hat. Nehmt nun das erste Gerätebit zum Netzanteil dazu, also /25. Bestimmt Netzadresse und Broadcast-Adresse der Netze, die dabei entstehen.

b) Nehmt zwei Gerätebits zum Netzanteil dazu. Ermittelt, wie viele Netze jetzt entstehen und welche Netzadressen und Broadcast-Adressen sie haben.

c) Ordnet die vier Bereiche den Netzen aus b) zu. Überprüft, ob jeder Bereich genug Adressen hat.

d) Stellt eine Regel auf: Wie hängen die Zahl der dazugenommenen Bits, die Zahl der Netze und die Zahl der Geräte pro Netz zusammen?

e) Später kommt ein fünfter Bereich dazu: die Mediathek mit 10 Geräten. Untersucht, ob eine Aufteilung in gleich große Netze dann noch reicht.

Tipp 1

Schreibt nur den letzten Block dual. Bei /25 ist das erste Bit dieses Blocks Netzanteil: 0xxxxxxx oder 1xxxxxxx. Setzt die übrigen Bits für die Netzadresse auf 0 und für den Broadcast auf 1.

Tipp 2

Zu b): Mit zwei Bits gibt es die Möglichkeiten 00, 01, 10 und 11.

Lösung (mögliche Ergebnisse)

Bits ausleihen

Ein Netz wird in Subnetze (Teilnetze) aufgeteilt, indem man Bits vom Geräteanteil für den Netzanteil „ausleiht“. Das Präfix wird dadurch größer, die Maske bekommt mehr Einsen.

Wenn man s Bits ausleiht:

entstehen 2^s Subnetze,
wird das neue Präfix = altes Präfix + s,
bleiben für die Geräte g = 32 − neues Präfix Bits, also 2^g − 2 Geräte pro Subnetz.

In der Erkundung wurden 2 Bits ausgeliehen: Aus /24 wurden 4 Subnetze /26 mit je 62 nutzbaren Adressen.

Die Schrittweite

Die Netzadressen der Subnetze liegen in gleichen Abständen. Diesen Abstand nennt man Schrittweite (auch Blockgröße). Sie ist die Anzahl aller Adressen eines Subnetzes: 2^g.

Im Block, in dem die neue Grenze liegt, kann man die Schrittweite auch so bestimmen: 256 − Wert der Maske in diesem Block.

Beispiel /26: Maske 255.255.255.192, Schrittweite 256 − 192 = 64. Die Subnetze beginnen bei .0, .64, .128 und .192. Der Broadcast eines Subnetzes liegt immer eine Adresse vor dem Beginn des nächsten.

Liegt die Grenze in einem anderen Block, gilt dasselbe für diesen Block. Beispiel: 10.5.0.0/16 in 4 Subnetze: 2 Bits, neues Präfix /18, Maske 255.255.192.0. Die Schrittweite 64 gilt jetzt im dritten Block:

Nr.	Netzadresse	Broadcast
1	10.5.0.0/18	10.5.63.255
2	10.5.64.0/18	10.5.127.255
3	10.5.128.0/18	10.5.191.255
4	10.5.192.0/18	10.5.255.255

Der vierte Block gehört hier ganz zum Geräteanteil. Er ist bei der Netzadresse 0 und beim Broadcast 255.

Eine Aufteilung planen

Meist ist vorgegeben, wie viele Netze man braucht und wie viele Geräte in jedes passen müssen. Dann gehst du so vor:

Anzahl der Netze n: kleinste Zahl s mit 2^s ≥ n. Das sind die geliehenen Bits.
Neues Präfix = altes Präfix + s. Daraus Maske und Gerätebits g.
Überprüfen: Reicht 2^g − 2 für den größten Bereich?
Schrittweite 2^g bestimmen und die Subnetze in einer Tabelle aufschreiben.

Beispiel: 172.16.4.0/24, drei Werkstätten mit je bis zu 40 Geräten.

n = 3: 2¹ = 2 reicht nicht, 2² = 4 reicht. s = 2.
Neues Präfix /26, Maske 255.255.255.192, g = 6.
2⁶ − 2 = 62 ≥ 40. Passt.
Schrittweite 64: 172.16.4.0, .64, .128 für die Werkstätten, .192 bleibt als Reserve.

Wenn 2^s größer als n ist, bleiben Subnetze übrig. Solche Reserven sind praktisch, wenn später ein Bereich dazukommt.

Jedes Subnetz ist ein eigenes Netz. Nachrichten zwischen zwei Subnetzen laufen deshalb über den Router (Einheit 5 und 7).

Zum Weiterlesen

Die folgenden Abschnitte gehen über das hinaus, was du für diese Einheit brauchst. Klappe sie auf, wenn du mehr wissen möchtest.

Default-Gateways der Subnetze

Der Router hat in jedem Subnetz eine eigene Adresse, und genau diese Adresse ist das Default-Gateway der Geräte in diesem Subnetz.

Jedes Subnetz hat also sein eigenes Default-Gateway.
Es ist eine festgelegte Adresse aus dem nutzbaren Bereich dieses Subnetzes, oft die erste oder die letzte. Im Beispiel mit den drei Werkstätten zum Beispiel 172.16.4.1, 172.16.4.65 und 172.16.4.129.
Weil alles zwischen den Subnetzen über den Router läuft, kann man dort festlegen, wer mit wem sprechen darf, zum Beispiel: Gäste-WLAN nur ins Internet, nicht in die Verwaltung.

Wie der Router entscheidet, wohin er eine Nachricht weiterleitet, lernst du in Einheit 11.

Subnetze unterschiedlicher Größe (VLSM)

Gleich große Subnetze verschwenden oft Adressen, oder sie reichen nicht, wie in der Erkundung mit dem fünften Bereich. Man kann ein Netz auch in Subnetze unterschiedlicher Größe teilen. Das nennt man VLSM (Variable Length Subnet Mask, Subnetzmaske mit veränderlicher Länge).

So gehst du vor:

Für jeden Bereich das passende Präfix bestimmen: so wenige Gerätebits wie möglich, aber genug Adressen.
Die Bereiche nach Größe sortieren, den größten zuerst.
Die Subnetze nacheinander vergeben. Jedes beginnt direkt nach dem vorigen.

Weil man mit dem größten beginnt, beginnt jedes Subnetz automatisch an einer passenden Stelle, also bei einem Vielfachen seiner Schrittweite.

Beispiel: 10.1.1.0/24 für 60, 25 und 10 Geräte:

Bereich	Geräte	Präfix	Netzadresse	Broadcast
A	60	/26 (62)	10.1.1.0	10.1.1.63
B	25	/27 (30)	10.1.1.64	10.1.1.95
C	10	/28 (14)	10.1.1.96	10.1.1.111

Ab 10.1.1.112 bleibt der Rest frei.

Für den fünften Bereich aus der Erkundung ginge es so: Informatikräume und Lehrkräfte je /26 (192.168.10.0 und .64), Gäste-WLAN und Verwaltung je /27 (.128 und .160), Mediathek /28 (.192). Alle passen hinein.

Ausprobieren: Subnetz-Aufteiler

Gib ein Netz mit Präfix und die gewünschte Anzahl Subnetze ein. Der Aufteiler zeigt die geliehenen Bits, das neue Präfix, die Schrittweite und alle Subnetze.

Nr.	Netzadresse	nutzbarer Bereich	Broadcast

Üben: Subnetz-Trainer

Der Trainer aus Einheit 7 hat hier eine zusätzliche Aufgabenart: Subnetze bilden. Wähle sie unten aus, wenn du gezielt üben möchtest.

Selbstkontrolle – keine Bewertung. Es wird nichts gespeichert.

Lösungsweg zeigen

Aufgabenart:Noch keine Aufgabe geprüft

Aufgaben

Aufgabe 1: Ein großes Netz teilen leicht

Das Netz 10.0.0.0/16 wird in gleich große Subnetze aufgeteilt. Übertrage die Tabelle und vervollständige sie.

neues Präfix	geliehene Bits	Anzahl Subnetze	Geräte je Subnetz	Schrittweite im 3. Block
/17
/18
/20
/24

Lösung

Aufgabe 2: Acht Subnetze mittel

Das Netz 172.16.50.0/24 soll in 8 gleich große Subnetze aufgeteilt werden.

a) Bestimme neues Präfix, Subnetzmaske und Schrittweite.

b) Stelle alle 8 Subnetze in einer Tabelle dar: Netzadresse, erste und letzte nutzbare Adresse, Broadcast-Adresse.

Tipp 1

8 = 2³. Wie viele Bits musst du also ausleihen?

Lösung

Aufgabe 3: Sechzehn Standorte mittel

Eine Firma hat das Netz 10.8.0.0/16 und 16 Standorte. Jeder Standort bekommt ein eigenes, gleich großes Subnetz.

a) Bestimme neues Präfix, Maske und die Anzahl der Geräte je Standort.

b) Bestimme Netzadresse und Broadcast-Adresse des 1., des 2. und des 16. Subnetzes.

Tipp 1

Die neue Grenze liegt im dritten Block. Dort gilt die Schrittweite. Der vierte Block gehört ganz zum Geräteanteil.

Lösung

Aufgabe 4: Sechs Abteilungen mittel

Ein Betrieb hat das Netz 192.168.20.0/24. Er braucht 6 Abteilungsnetze mit jeweils bis zu 25 Geräten.

a) Bestimme, wie viele Bits ausgeliehen werden müssen, und gib neues Präfix und Maske an.

b) Überprüfe, ob in jedes Subnetz 25 Geräte passen.

c) Gib an, wie viele Subnetze als Reserve übrig bleiben.

d) Gib für die 3. Abteilung Netzadresse, nutzbaren Bereich und Broadcast an.

Tipp 1

Zu a): 6 ist keine Zweierpotenz. Wie viele Bits brauchst du, damit es mindestens 6 Subnetze gibt?

Lösung

Aufgabe 5: Drei Störungen schwer

Im Betrieb aus Aufgabe 4 (192.168.20.0/24, aufgeteilt in /27-Subnetze) gibt es drei Störungen. Erläutere jeweils die Ursache und gib eine richtige Einstellung an.

a) Ein Drucker hat die Adresse 192.168.20.95/27 bekommen. Niemand kann darauf drucken.

b) Ein neuer Rechner soll in der 3. Abteilung arbeiten und bekommt die Adresse 192.168.20.100/27. Er erreicht keinen der anderen Rechner seiner Abteilung direkt.

c) Ein Laptop in der 2. Abteilung hat die Adresse 192.168.20.40, aber versehentlich die Maske 255.255.255.0. Er erreicht seine Abteilung, aber keine Geräte der anderen Abteilungen.

Tipp 1

Bestimme zuerst die Tabelle der /27-Subnetze (Schrittweite 32). In welchem Subnetz liegt jede Adresse, und welche Rolle hat sie dort?

Tipp 2

Zu c): Welche Adressen hält der Laptop mit der Maske /24 für „im eigenen Netz“? Schickt er eine Nachricht an 192.168.20.70 deshalb direkt oder über den Router?

Lösung

Aufgabe 6: Fünf Bereiche mit je 50 Geräten schwer

Eine Schule hat 192.168.10.0/24 und möchte 5 Bereiche mit jeweils bis zu 50 Geräten in gleich große Subnetze aufteilen. Der Netzwerkbetreuer meint: „Das geht nicht.“

a) Überprüfe die Aussage.

b) Entwickle eine Lösung mit gleich großen Subnetzen, wenn die Schule stattdessen das Netz 192.168.10.0/23 verwenden darf. Gib Präfix, Anzahl der Subnetze und die Netzadressen aller Subnetze an.

Tipp 1

Zu a): Wie viele Bits brauchst du für 5 Subnetze, und wie viele Geräte bleiben dann je Subnetz?

Tipp 2

Zu b): /23 hat 9 Gerätebits. Wie viele davon kannst du ausleihen, damit noch 50 Geräte passen?

Lösung

Zusammenfassung

Subnetze entstehen, wenn man Bits vom Geräteanteil für den Netzanteil ausleiht.
s geliehene Bits ergeben 2^s Subnetze. Neues Präfix = altes Präfix + s. Geräte je Subnetz: 2^g − 2 mit g = 32 − neues Präfix.
Schrittweite = 2^g = 256 − Maskenwert im Block der Grenze. Der Broadcast liegt eine Adresse vor dem nächsten Subnetz.
Planung: aus der Zahl der Netze die Bits bestimmen, dann prüfen, ob die Geräte passen.
Jedes Subnetz ist ein eigenes Netz. Zwischen den Subnetzen vermittelt der Router.

Selbstcheck

Geh die Fragen ehrlich durch. Wenn du bei einer unsicher bist, lies den verlinkten Abschnitt noch einmal oder bearbeite die passende Aufgabe.

Kannst du begründen, warum man ein Netz in Subnetze aufteilt? → Ein Netz, vier Bereiche, Aufgabe 6
Kannst du ein Netz in gleich große Subnetze aufteilen (Präfix, Maske, Schrittweite)? → Bits ausleihen, Die Schrittweite, Aufgabe 1, Aufgabe 2, Aufgabe 3
Kannst du für jedes Subnetz Netzadresse, Bereich und Broadcast angeben? → Aufgabe 4, Aufgabe 5, Trainer
Kannst du eine Aufteilung für eine Anforderung entwickeln und überprüfen? → Eine Aufteilung planen, Erkundung, Aufgabe 6

Wortspeicher

Begriff	Bedeutung in einfachen Worten
Subnetz	Teilnetz, das durch Aufteilen eines größeren Netzes entsteht
Bits ausleihen	Bits vom Geräteanteil zum Netzanteil nehmen; das Präfix wird größer
neues Präfix	altes Präfix plus Zahl der geliehenen Bits
Schrittweite	Abstand zwischen den Netzadressen der Subnetze, gleich der Zahl ihrer Adressen
Reserve	Subnetz, das bei der Aufteilung übrig bleibt und später genutzt werden kann

Quellen

Hessisches Kultusministerium: Kerncurriculum Fachoberschule, Fachrichtung Technik, Schwerpunkt Informationstechnik, Themenfeld 12.4 Netzwerke (Stand November 2022).
Subnetzbildung nach RFC 950, Präfixschreibweise (CIDR) und Subnetze unterschiedlicher Größe nach RFC 4632, private Adressbereiche nach RFC 1918.
Texte, Beispiele, Aufgaben, Subnetz-Aufteiler und Subnetz-Trainer sind selbst erstellt.