IP-Adressierung im Wohnhaus (Adressbereiche, Netzmaske, DHCP, feste Adressen)

Welche Adresse bekommt ein Gerät im Hausnetz, wer vergibt sie — und welche Geräte brauchen eine feste?

Jedes Gerät im Hausnetz braucht zwei Angaben: eine IP-Adresse, die es innerhalb des Netzes benennt, und eine Netzmaske, die sagt, wie weit sein Netzabschnitt reicht. Aus beidem zusammen ergibt sich, wen ein Gerät direkt erreicht und wann es den Router einschalten muss.

Beide Angaben sagen noch nichts darüber, wie ein Gerät zu seiner Adresse kommt. Genau daran scheitern in Wohnhäusern die Anlagen: Woher kommt die Adresse? Sie kann bei jedem Einschalten neu vergeben werden, sie kann am Gerät fest eingestellt sein, oder das Gerät fragt ganz normal nach und bekommt jedes Mal dieselbe Antwort.

Jedes Gerät im Haus, das ans Netzwerk geht, bekommt eine Nummer — ähnlich einer Hausnummer, nur eben innerhalb Deines Hauses. Diese Nummern vergibt normalerweise Dein Router automatisch, und Du merkst davon nichts. Bei manchen Geräten ist das ein Problem: Ein Verstärker, den die Fernbedienung unter seiner Nummer anspricht, darf sie nicht über Nacht wechseln, sonst greift die Bedienung ins Leere. Für solche Geräte hinterlegt man im Router einmal, welche Nummer sie bekommen sollen. Danach bleibt sie gleich, und niemand muss am Gerät selbst etwas einstellen.

Adresse und Netzmaske

Eine IPv4-Adresse besteht aus 32 Bit, geschrieben als vier Zahlen von 0 bis 255. Sie zerfällt in zwei Teile: Der vordere benennt das Netz, der hintere das Gerät darin. Wo die Grenze verläuft, legt die Netzmaske fest — ein Bitmuster, das die Stellen des Netzanteils markiert. Beschrieben haben das 1985 Jeffrey Mogul in Stanford und Jon Postel am Information Sciences Institute, als sie die Zwischenebene des Subnetzes zwischen Netz und Gerät einzogen. Ihre Vorgabe von damals gilt unverändert: Die Maskenbits stehen zusammenhängend an den vorderen Stellen, es gibt keine Löcher darin.

Heute schreibt man die Maske als Zahl hinter einem Schrägstrich. Die starren Adressklassen A, B und C ersetzte 1993 eine Gruppe um Vince Fuller vom kalifornischen Forschungsnetz BARRNet und Tony Li bei Cisco durch frei wählbare Präfixe. 192.168.30.0/24 heißt: Die ersten 24 Bit sind der Netzanteil, die verbleibenden 8 Bit adressieren die Geräte.

Daraus folgt die Größe eines Segments unmittelbar:

Präfix	Adressen	nutzbar für Geräte
/23	512	510
/24	256	254
/25	128	126
/26	64	62

Zwei Adressen fallen in jedem Abschnitt weg: die niedrigste bezeichnet das Netz selbst, die höchste den Rundruf an alle. Schon die Subnetz-Beschreibung von 1985 hält fest, dass die Werte „alle Bits null" und „alle Bits eins" keinem realen Abschnitt zugewiesen werden — sie haben eine eigene Bedeutung.

Für ein Wohnhaus ist /24 mit 254 nutzbaren Adressen der brauchbare Zuschnitt, und zwar mit deutlichem Abstand: Eine gut ausgebaute Anlage mit AV-Geräten, Steuerung, Kameras, Haustechnik und den Geräten der Bewohner kommt selten über die Hälfte. Kleiner zu schneiden spart nichts und macht spätere Erweiterungen zur Umbauaktion; größer zu schneiden gewinnt Adressen, die niemand braucht, und schiebt dafür alle Geräte in denselben Rundruf-Bereich. Wer mehrere Segmente hat, gibt jedem ein eigenes /24 und macht die dritte Zahl zur Segmentnummer — dann ist an jeder Adresse ablesbar, wohin sie gehört.

Welche Adressen im Haus überhaupt in Frage kommen

Adressen, die im Internet erreichbar sein sollen, werden zugeteilt. Für alles hinter dem Router gibt es stattdessen drei Bereiche, die 1996 ausdrücklich für private Netze reserviert wurden:

10.0.0.0/8 — von 10.0.0.0 bis 10.255.255.255
172.16.0.0/12 — von 172.16.0.0 bis 172.31.255.255
192.168.0.0/16 — von 192.168.0.0 bis 192.168.255.255

Diese Adressen sind im Internet nicht geroutet: Wege dorthin werden über Unternehmensgrenzen hinweg nicht verbreitet, und Pakete mit solchen Absendern oder Zielen dort nicht weitergeleitet. Genau deshalb kann jedes Haus dieselben Adressen verwenden.

Welchen der drei Bereiche man nimmt, ist eine Entscheidung mit einer einzigen praktischen Folge, und die zeigt sich erst später: Sobald zwei Netze zusammentreffen — ein Fernzugang ins Haus, eine Fachfirma mit eigener Anlage, ein zweiter Standort — dürfen ihre Adressbereiche sich nicht überschneiden. 192.168.0.x und 192.168.1.x sind die Werksvorgaben der meisten Router und damit die wahrscheinlichsten Kollisionskandidaten überhaupt. Ein Abschnitt aus dem 10er-Bereich oder ein bewusst ungewöhnlich gewähltes Segment wie 192.168.30.x kostet nichts und nimmt das Problem vorweg. Für Netze, die untergliedert werden, empfiehlt schon die Festlegung von 1996 den 10er-Block, weil er den meisten Spielraum lässt.

Woher die Adresse kommt: drei Wege

DHCP verteilt Adressen automatisch. Ralph Droms von der Bucknell University hat das Verfahren 1997 aus dem älteren BOOTP heraus spezifiziert; es kennt drei Zuweisungsarten, und deren Unterschied ist genau die Entscheidung, um die es in der Planung geht:

Dynamisch: Der Server vergibt eine Adresse aus einem Vorrat, auf Zeit. Das ist die einzige Art, bei der Adressen automatisch wieder frei werden — der Normalfall für Handys, Notebooks, Gäste.
Automatisch: Der Server vergibt eine Adresse aus dem Vorrat und behält sie dauerhaft bei dem Gerät.
Manuell: Ein Mensch legt fest, welche Adresse ein bestimmtes Gerät bekommt; DHCP übermittelt sie nur noch. Das ist die DHCP-Reservierung.

Die Überlassung ist befristet und heißt Lease. Nach der Hälfte der Laufzeit meldet sich das Gerät beim Server, der sie ihm ausgestellt hat; gelingt das nicht, versucht es später jeden erreichbaren Server. Beim Wiedereinschalten soll ein Server einem Gerät nach Möglichkeit dieselben Werte geben wie zuvor — er sucht der Reihe nach die laufende Bindung, eine frühere Bindung, die angeforderte Adresse und erst zuletzt eine neue.

Das erklärt eine verbreitete Beobachtung: Im kleinen Netz bleiben die Adressen oft monatelang gleich, ganz ohne Reservierung. Verlassen kann man sich darauf trotzdem nicht — die Regel ist eine Soll-Vorgabe, und nach Stromausfall, Routertausch oder längerer Abwesenheit greift sie nicht mehr.

Der dritte Weg ist die feste Adresse am Gerät. Sie funktioniert ohne jeden Server, und sie hat drei Kostenstellen, die erst über die Jahre sichtbar werden: Das Wissen um die Adresse steckt im Gerät statt an einer zentralen Stelle. Doppelvergaben fallen niemandem auf, weil kein Server den Vorrat führt. Und ändert sich der Adressbereich des Hauses, sind alle so eingestellten Geräte einzeln anzufassen — im schlimmsten Fall solche, die man dann nicht mehr erreicht.

Die Reservierung nimmt vom festen Weg die Verlässlichkeit und lässt die Nachteile weg: Das Gerät fragt wie jedes andere, bleibt in der Werkseinstellung und bekommt trotzdem immer dieselbe Adresse. Erkannt wird es an seiner Hardwareadresse oder an einer eigenen Kennung, die es mitschickt. Und weil alle Zuordnungen an einer Stelle liegen, ist die Liste der reservierten Adressen zugleich die Dokumentation der Anlage.

Zwei Einschränkungen gehören dazu. Der Server wird zur Voraussetzung: Ist er tot, bekommt beim nächsten Neustart niemand mehr eine Adresse — auch die reservierten Geräte nicht. Und die Herstellervorgaben decken diese Empfehlung nicht durchgängig. Crestron etwa empfiehlt für seine AV-over-IP-Endpunkte ausdrücklich DHCP statt fester Adressen und nennt dazu kurze Leasezeiten, Filterung nach Hardwareadresse und genug Adressvorrat — die Reservierung kommt darin nicht vor. Audinate wiederum warnt für Dante-Netze davor, verschiedene Vergabeverfahren im selben Netz zu mischen. Beides steht der Reservierung nicht entgegen — sie ist aus Sicht des Geräts gewöhnliches DHCP —, aber es zeigt, wo die Vorgabe des Herstellers endet und die eigene Entscheidung anfängt.

Welche Geräte eine feste Adresse brauchen

Die Frage lässt sich auf ein Kriterium zusammenziehen: Spricht etwas anderes dieses Gerät unter seiner Adresse an?

Wenn ja, muss die Adresse stehen. Das betrifft im Wohnhaus einen kleinen, gut abgrenzbaren Kreis: die Steuerzentrale und alles, was sie steuert, sofern sie es über Adressen und nicht über eine Gerätesuche findet; die Verwaltungszugänge von Switches und Access Points; einen Server im Haus; Kameras, die von einer Aufzeichnung abgeholt werden; und alles, was von außen über eine Weiterleitung erreichbar sein soll.

Wenn nein, ist DHCP richtig. Geräte, die über die Dienstsuche gefunden werden — Lautsprecher, Fernseher, Streaming-Geräte, die Steuer-Apps der Hersteller — brauchen keine feste Adresse, weil sie nicht über die Adresse gesucht werden. Wer ihnen trotzdem eine gibt, pflegt Einträge ohne Gegenwert.

Häufiges Missverständnis

„Feste Adresse heißt: am Gerät einstellen." Das ist der bekannteste Weg und in einer betreuten Anlage der schwächste. Beide Verfahren führen zu einer Adresse, die sich nicht ändert; sie unterscheiden sich darin, wo diese Festlegung liegt. Am Gerät ist sie nur dort dokumentiert, im Server liegt sie in einer Liste, die jemand lesen, ändern und übergeben kann.

„Das Gerät hat eine Adresse, also stimmt das Netz." Beginnt die Adresse mit 169.254, gilt das Gegenteil. Dieser Bereich ist seit 2005 für den Fall reserviert, dass ein Gerät keine Konfiguration bekommt: Es würfelt sich dann selbst eine Adresse aus und prüft per Rückfrage im Netz, ob sie schon jemand hat. Solche Adressen werden von keinem Router weitergeleitet — die Geräte reden nur noch miteinander, und auch das nur, wenn sie alle in dieser Lage sind. Für Dante-Netze ist genau das dokumentiert: ohne DHCP-Server landen die Geräte in 169.254.*.*, und ein Netz, in dem ein Teil der Geräte per DHCP versorgt ist und der Rest sich selbst bedient, arbeitet nicht. Eine 169.254-Adresse ist deshalb keine Adresse, sondern eine Fehlermeldung in Zahlenform.

„Ich habe ein Gerät ins Netz gehängt und eine freie Adresse eingetragen." Frei ist eine Adresse dann, wenn kein anderes Gerät sie hat und der DHCP-Server sie nicht vergeben darf. Der zweite Teil wird regelmäßig übersehen. Ein Server mit einem Vorrat von .100 bis .200 vergibt .150 irgendwann an ein Handy. Beide Seiten sollen vorher nachsehen, ob die Adresse schon jemand hat — der Server, bevor er sie anbietet, das Gerät, bevor es sie annimmt. Nur antwortet auf diese Nachfrage niemand, wenn das fest eingestellte Gerät gerade ausgeschaltet ist. Die Kollision tritt dann Wochen später auf und trifft ein Gerät, an dem niemand etwas geändert hat. Feste Adressen gehören deshalb in einen Bereich außerhalb des DHCP-Vorrats, typischerweise unterhalb davon.

Nicht zu verwechseln mit

Subnetz: der Adressbereich als solcher. Die Adressierung füllt ihn aus — welche Adresse welches Gerät bekommt und wer sie vergibt.
VLAN: eine Trennung auf der Ethernet-Ebene, unabhängig von jeder Adresse. Wie beides zusammenspielt, steht bei VLAN und Subnetz.
MAC-Adresse: die Kennung der Netzwerkschnittstelle, ab Werk vergeben und nicht Teil des Adressplans. Sie ist das Merkmal, an dem eine Reservierung ihr Gerät erkennt.
Portfreigabe: legt fest, was von außen hereindarf. Sie setzt eine feste Adresse voraus, ist aber eine andere Entscheidung.
Hostname und Dienstsuche: der Weg, ein Gerät über seinen Namen zu finden, statt über die Adresse. Deshalb kommen die meisten Geräte im Haus ohne feste Adresse aus.

In der Planung

Ein Haus mit Kinoraum, Netzwerk-Audio in mehreren Zonen, Kameras, Haustechnik und Homeoffice, aufgeteilt in vier Segmente. Die Verkabelung steht, die Geräteliste auch — offen ist der Adressplan.

Zuerst fällt die Entscheidung über den Bereich, und sie fällt einmal für das ganze Haus. Aus dem 10er-Block ein Segment je Nutzung, jedes als /24, die dritte Zahl als Segmentnummer: AV wird die 30, Haustechnik die 40, und so fort. Diese Wahl kostet in der Planung nichts und erspart den Konflikt mit dem Fernzugang, den ein Werksbereich mit hoher Wahrscheinlichkeit erzeugt hätte.

Danach folgt die Aufteilung innerhalb jedes Segments. Der DHCP-Vorrat bekommt die obere Hälfte, die untere bleibt für alles reserviert, was unter seiner Adresse angesprochen wird. Damit ist jede feste Adresse schon an ihrer Zahl als solche erkennbar, und der Server kann sie gar nicht erst versehentlich vergeben.

Erst zum Schluss kommen die Geräte an die Reihe, und zwar sortiert nach dem Kriterium von oben: Steuerzentrale, Switch-Verwaltung, Kameras und Server bekommen Reservierungen aus der unteren Hälfte; Lautsprecher, Fernseher und alles Mobile bleiben im Vorrat. Die Reservierungsliste ist danach das Dokument, das bei der Übergabe den Zustand der Anlage beschreibt — vorausgesetzt, sie wird bei jeder Erweiterung nachgeführt.

Verknüpfte Inhalte

Wie ein Netz überhaupt in Abschnitte zerfällt und warum VLAN und Subnetz deckungsgleich gelegt werden, steht bei VLAN und Subnetz. Warum Geräte einander über Namen und nicht über Adressen finden und was an einer Segmentgrenze davon abreißt, führen die Heimnetzwerk-Grundlagen aus. Die Anforderungen der Plattformen, deren Endpunkte hier adressiert werden, stehen auf den Seiten AV over IP und Audio over IP; womit ein AV-Segment über die Adressierung hinaus eingestellt wird, bei Multicast und IGMP und QoS, DSCP und 802.1p.

Quellen

Die drei privaten Adressbereiche und die Tatsache, dass sie im Internet nicht geroutet werden, stammen aus RFC 1918 von 1996, das für diese Seite im Volltext eingesehen wurde. Netzmaske, Subnetzebene und die reservierten Werte im Subnetzfeld stehen in RFC 950 von 1985, die Ablösung der Adressklassen durch frei wählbare Präfixe samt Autorenschaft in RFC 1519 von 1993, die heute gültige Fassung der Präfixschreibweise in dessen Nachfolger RFC 4632 von 2006. Die drei Zuweisungsarten, die Lease samt Erneuerung, die Vorgabe gleichbleibender Werte über einen Neustart hinweg, die Identifikation des Geräts und die Prüfung der Adresse vor Angebot und Annahme sind in RFC 2131 von 1997 belegt, der Bereich 169.254.0.0/16 und sein Verhalten in RFC 3927 von 2005. Dass ein Hersteller für seine AV-Endpunkte DHCP-Bezug statt fester Adressen vorgibt, ist an Crestrons Leitfaden zum AV-over-IP-Netzwerkdesign belegt; das Adressverhalten von Dante-Geräten ohne DHCP-Server und die Warnung vor gemischten Verfahren am Handbuch von Audinate.