Ein tiefer Einblick in Netzwerkschnittstellen: localhost, Loopback-Adressen und lokale Netzwerke

Viele Computernutzer sind wahrscheinlich schon einmal auf Szenarien gestoßen, in denen sie localhost, 127.0.0.1 verwenden oder die IP-Adresse des lokalen Rechners direkt eingeben. Auf den ersten Blick scheinen alle drei Methoden auf den lokalen Rechner zuzugreifen, aber warum gibt es diese drei verschiedenen Formen? Was sind die Unterschiede zwischen ihnen? Obwohl sie ähnlich erscheinen mögen, sind die Unterschiede tatsächlich erheblich.

Darüber hinaus sind Sie möglicherweise über die Beziehung zwischen öffentlichen und privaten Netzwerken, Netzwerkschnittstellenkarten (NICs) und IP-Adressen verwirrt. Die folgenden Erklärungen werden diese Themen aufklären.

Lokale Rechner-IP

Unsere Computer-Motherboards sind mit mehreren eingebauten Netzwerkschnittstellenkarten (NICs) ausgestattet, die im Allgemeinen in die folgenden Typen eingeteilt werden:

Virtuelle NIC (Loopback)

Hinweis: Dies ist eine virtuelle Netzwerkschnittstelle, keine physische. Sie wird auch als lokale Loopback-Adresse (oder -Schnittstelle) bezeichnet, typischerweise unter Verwendung von 127.0.0.1 als lokale Loopback-Adresse.

Kabelgebundene NIC / Ethernet-Karte

Diese wird für Ethernet (lokale Netzwerke) verwendet. Wenn Leute sich auf eine Netzwerkkarte beziehen, meinen sie normalerweise diesen Typ, der über ein Kabel mit dem Netzwerk verbunden ist.

Drahtlose NIC (WLAN)

Dieser Typ von Netzwerkkarte wird für drahtlose lokale Netzwerke (WLAN) verwendet. Laptops haben üblicherweise eingebaute drahtlose NICs, die Funktechnologie verwenden und kein physisches Kabel wie Ethernet-Karten benötigen.

Jeder dieser Netzwerkschnittstellen ist eine lokale Rechner-IP-Adresse zugewiesen.

localhost ist ein spezieller Domainname

In erster Linie ist localhost keine IP-Adresse; vielmehr ist es ein spezieller Domainname (ohne Suffix). Standardmäßig wird er in die lokale IP-Adresse (127.0.0.1) aufgelöst. Die Auflösung von localhost wird über die lokale hosts-Datei verwaltet. Auf Wunsch können Sie localhost so konfigurieren, dass er in eine öffentliche IP-Adresse oder eine andere IP-Adresse aufgelöst wird (dies kann über die hosts-Datei geändert werden). In den meisten Fällen wird er jedoch aufgelöst in:

• IPv4: 127.0.0.1
• IPv6: [::1]

Speicherort der hosts-Datei: C:\Windows\System32\drivers\etc

127.0.0.1 ist eine reservierte private IP-Adresse für den lokalen Rechner

127.0.0.1 ist eine private IP-Adresse, die die lokale Loopback-Adresse darstellt. Im Wesentlichen ist es eine IP-Adresse, die an die virtuelle NIC (Loopback-Schnittstelle) gebunden ist.

Was ist eine Loopback-Adresse?

Eine Loopback-Adresse ist eine spezielle Adresse, die von einem Host verwendet wird, um mit sich selbst zu kommunizieren (d. h. eine spezielle Zieladresse).

Wenn zwei Dienste auf demselben Host die Loopback-Adresse anstelle der zugewiesenen Rechneradresse verwenden, können sie die unteren Schichten des TCP/IP-Protokollstapels umgehen. Dies bedeutet, dass die Kommunikation nicht durch die Verbindungsschicht, die physische Schicht oder Ethernet erfolgen muss; stattdessen kann sie direkt innerhalb der Netzwerk- und Transportschichten verarbeitet werden.

Der Adressblock mit einer Netzwerknummer von 127 ist keine tatsächliche Netzwerkadresse. Jedes IP-Paket, das an eine Adresse in diesem Bereich gesendet wird, wird nicht an eine externe Netzwerkschnittstelle übertragen – es verbleibt innerhalb des Hosts.

Daher ist 127.0.0.1 eine der reservierten Adressen, die häufig zum Testen des lokalen TCP/IP-Stapels verwendet werden. Wenn Sie diese Adresse erfolgreich anpingen können, deutet dies darauf hin, dass Ihre Netzwerkschnittstellenkarte (NIC) und der IP-Protokollstapel korrekt installiert sind, unabhängig davon, ob der Rechner mit einem Netzwerk verbunden ist.

In der Tat reserviert IPv4 das gesamte 127.0.0.0/8-Subnetz für Loopback-Tests (mit ein paar Ausnahmen). 127.0.0.1 ist nur eine der Adressen in diesem Bereich. Sie können jede Adresse innerhalb dieses Bereichs anpingen oder eine solche Adresse in einem Webbrowser eingeben, um auf lokale Webdienste zuzugreifen.

Eine weitere häufig verwechselte IP-Adresse ist 0.0.0.0. Anders als 127.0.0.1 repräsentiert 0.0.0.0 den Rechner selbst auf andere Weise und wird in anderen Kontexten verwendet.

Beispielhafter Anwendungsfall:

Angenommen, ein Computer hat zwei NICs:

• Eine verwendet eine öffentliche IP, um sich mit dem Internet zu verbinden.
• Die andere verwendet eine private IP, um sich mit einem lokalen Netzwerk zu verbinden.

Wenn der Computer einen Webdienst hostet und den Zugriff sowohl von externen (Internet-) als auch von internen (LAN-)Quellen ermöglichen möchte, kann er den Server so konfigurieren, dass er auf 0.0.0.0 hört.

Unterschiede zwischen localhost, lokaler Rechner-IP und 127.0.0.1

Netzwerkanforderungen

• localhost und 127.0.0.1 benötigen keine aktive Netzwerkverbindung. Selbst wenn der Rechner vollständig offline ist, wird der Zugriff auf diese Adressen weiterhin zum lokalen System aufgelöst.
• Lokale Rechner-IPs (kabelgebundene und drahtlose Netzwerk-IPs) erfordern eine aktive Netzwerkverbindung. Dies sind die IP-Adressen, die externen Zugriff auf den Rechner ermöglichen.

Zugriffsbereich

• localhost wird nur für lokalen Zugriff verwendet.
• 127.0.0.1 wird auch nur für lokalen Zugriff verwendet.
• Lokale Rechner-IPs können für sowohl lokalen als auch externen Zugriff verwendet werden.

Domain vs. IP-Adresse

• localhost ist ein Domainname und wird standardmäßig in 127.0.0.1 aufgelöst.
• Eine lokale Rechner-IP ist die tatsächliche IP-Adresse, die der physischen NIC des Rechners zugewiesen ist, die es externen Geräten ermöglicht, auf ihn zuzugreifen.

Verwendung in einem lokalen Netzwerk

• Innerhalb eines lokalen Netzwerks (LAN) können Computer im selben Subnetz die zugewiesene IP-Adresse (private IP) des Rechners verwenden, um sich mit ihm zu verbinden. Dies gilt nicht für localhost oder 127.0.0.1, die nur für den lokalen Gebrauch bestimmt sind.

Netzwerkschnittstelle (NIC) Adresse & IP-Adresse

NIC-Adresse (MAC-Adresse)

Eine NIC-Adresse (Netzwerkschnittstellenkarte), auch bekannt als MAC-Adresse (Media Access Control), ist eine physische oder Hardware-Adresse, die verwendet wird, um ein Netzwerkgerät eindeutig zu identifizieren.

Im OSI-Modell:

• Die Netzwerkschicht (Schicht 3) ist für IP-Adressen zuständig.
• Die Data Link Layer (Schicht 2) ist für MAC-Adressen zuständig.

Jede MAC-Adresse ist eindeutig und der NIC eines Geräts zugewiesen. Sie ist global eindeutig, ähnlich wie eine Personalausweisnummer eine Person eindeutig identifiziert.

IP-Adresse

Eine IP-Adresse (Internet Protocol Address) ist eine logische Adresse, die in der Vernetzung verwendet wird. Im Gegensatz zu MAC-Adressen können IP-Adressen geändert werden und werden basierend auf Netzwerkkonfigurationen zugewiesen.

Zusammenfassung

• MAC-Adresse: Eine feste, eindeutige physische Adresse, die einer NIC zugewiesen ist.
• IP-Adresse: Eine änderbare logische Adresse, die einer NIC zugewiesen ist.

Um Ihre IP- und MAC-Adressen zu überprüfen, verwenden Sie den Befehl:

ipconfig /all

Öffentliche IP vs. Private IP

Zugriff auf Geräte über IP-Adressen

• 127.0.0.1 → Greift auf den lokalen Rechner zu.
• Private IP → Greift auf andere Geräte innerhalb des LAN zu.
• Öffentliche IP → Greift auf andere Geräte im Internet zu.

Öffentliche IP-Adresse (Internet-IP)

Um ein Unternehmensnetzwerk mit Internetzugang einzurichten, muss ein Unternehmen eine Breitbandverbindung von einem Internetdienstanbieter (ISP) beziehen. Der ISP weist eine öffentliche IP-Adresse zu, die es Geräten innerhalb des Unternehmensnetzwerks ermöglicht, auf das Internet zuzugreifen.

• Öffentliche IP-Adressen werden von Internet-NICs (Internet Network Information Centers) vergeben und verwaltet.
• Auf Geräte mit öffentlichen IPs kann direkt aus dem Internet zugegriffen werden.
• Öffentliche IPs sind Teil von Wide Area Networks (WANs).

Private IP-Adresse (LAN-IP)

Private IPs werden innerhalb einer Organisation oder eines Heimnetzwerks verwendet, um interne Geräte zu verbinden. Diese Adressen sind im Internet nicht routingfähig und müssen mithilfe von NAT (Network Address Translation) übersetzt werden, bevor auf externe Netzwerke zugegriffen werden kann.

• Private IPs sind für den internen Gebrauch definiert und können nicht direkt aus dem Internet aufgerufen werden.
• Wenn ein Gerät mit einer privaten IP-Adresse auf das Internet zugreifen muss, muss es ein NAT-Gateway durchlaufen, das private IPs in eine öffentliche IP umwandelt.

Zugriff auf öffentliche und private Netzwerke

Wenn ein Gerät im privaten Netzwerk (LAN) auf ein öffentliches Netzwerk (Internet) zugreifen muss, muss es SNAT (Source NAT) durchlaufen.

• Das öffentliche Internet (verwaltet von ISPs) besteht aus öffentlichen IPs.
• Private IPs sind im Internet nicht routingfähig und werden blockiert, sofern sie nicht über NAT übersetzt werden.

Wenn ein Gerät im öffentlichen Netzwerk (Internet) auf ein Gerät im privaten Netzwerk (LAN) zugreifen muss, ist DNAT (Destination NAT), VPN oder Portweiterleitung erforderlich.

Für die Kommunikation zwischen zwei privaten Netzwerken über das öffentliche Internet kann ein VPN (Virtual Private Network) verwendet werden.

Internes Netzwerk vs. Externes Netzwerk

• Das interne Netzwerk (LAN) ist im Wesentlichen ein privates Netzwerk.
• Das externe Netzwerk (WAN) kann sowohl das öffentliche Internet als auch andere private Netzwerke umfassen.

Wichtigste Erkenntnis:

• „Öffentliches Netzwerk“ ≠ „Externes Netzwerk.“
• Einfach ausgedrückt: Öffentliches Netzwerk = Externes Netzwerk und Privates Netzwerk = Internes Netzwerk, aber technisch gesehen unterscheiden sich die Definitionen geringfügig.

Vollständiger Bereich von IP-Adressen

IP-Adressen werden in fünf Klassen mit den folgenden Bereichen unterteilt:

• Klasse A: 1.0.0.1 – 127.255.255.254
• Klasse B: 128.0.0.1 – 191.255.255.254
• Klasse C: 192.0.0.1 – 223.255.255.254
• Klasse D: 224.0.0.0 – 239.255.255.255 (Reserviert für Multicast)
• Klasse E: 240.0.0.0 – 255.255.255.255 (Reserviert für zukünftige Verwendung)

Unter diesen werden Klasse A, B und C häufig im Internet verwendet:

• Klasse D wird für Multicast-Kommunikation verwendet.
• Klasse E ist für zukünftige und experimentelle Zwecke reserviert.

Spezielle IP-Adressen

• 0.0.0.0 → Repräsentiert den aktuellen Host.
• 255.255.255.255 → Broadcast-Adresse für das aktuelle Subnetz.
• Klasse E IPs (11110 Präfix) → Reserviert für experimentelle Zwecke.
• Loopback-Adressen (127.x.x.x) → Reserviert für lokale Loopback-Tests (z. B. 127.0.0.1 für Webserver-Tests).
• Netzwerk-IDs dürfen nicht mit 0 beginnen, da 0.0.0.0 das lokale Netzwerk darstellt.

Bereiche öffentlicher IP-Adressen

Innerhalb der Klassen A, B und C sind bestimmte Bereiche für öffentliche IP-Adressen vorgesehen:

• Klasse A Öffentliche IPs:

  • 1.0.0.0 – 9.255.255.255
  • 11.0.0.0 – 126.255.255.255

• Klasse B Öffentliche IPs:

  • 128.0.0.0 – 172.15.255.255
  • 172.32.0.0 – 191.255.255.255

• Klasse C Öffentliche IPs:

  • 192.0.0.0 – 192.168.255.255
  • 192.169.0.0 – 223.255.255.255

Bereiche privater IP-Adressen

Die folgenden IP-Adressbereiche sind für private Netzwerke reserviert und können nicht im Internet geroutet werden:

• Klasse A Private IPs: 10.0.0.0 – 10.255.255.255 (10.0.0.0/8)
• Klasse B Private IPs: 172.16.0.0 – 172.31.255.255 (172.16.0.0/12)
• Klasse C Private IPs: 192.168.0.0 – 192.168.255.255 (192.168.0.0/16)

Diese Adressen werden nicht von Internetbehörden vergeben und sind für den internen Netzwerkgebrauch bestimmt. Auch wenn sie nicht direkt mit dem Internet kommunizieren können, kann NAT (Network Address Translation) es Geräten in privaten Netzwerken ermöglichen, auf das öffentliche Internet zuzugreifen.

Viele interne Netzwerkgeräte, wie z. B. Drucker, verwaltete Switches und intelligente Geräte, verwenden ebenfalls private IP-Adressen, um öffentliche IP-Ressourcen zu schonen.

Subnetze & Lokale Netzwerke (LANs)

Was ist ein Subnetz (Subnet)?

Ein Subnetz bezieht sich auf ein Segment eines Computernetzwerks, das sich die gleichen physischen Netzwerkgeräte (z. B. Switches oder Hubs) teilt. Computer innerhalb desselben Subnetzes können direkt miteinander kommunizieren.

Was ist ein lokales Netzwerk (LAN)?

Ein LAN ist ein Netzwerk, das aus mehreren miteinander verbundenen Geräten innerhalb eines begrenzten Bereichs besteht (z. B. ein Büro, ein Gebäude oder ein Heimnetzwerk). Ein LAN kann mehrere Subnetze enthalten.

• Wenn sich alle Geräte in einem LAN im selben Subnetz befinden, können sie direkt miteinander kommunizieren.
• Ein LAN kann mithilfe von VLANs (Virtual Local Area Networks) in mehrere Subnetze unterteilt werden.

Geräte können nur innerhalb desselben Subnetzes kommunizieren

Geräte im selben Subnetz können direkt miteinander kommunizieren. Wenn sich zwei Geräte in verschiedenen Subnetzen befinden, müssen sie über einen Router kommunizieren.

So bestimmen Sie, Ob Zwei IPs Zum Selben Subnetz Gehören

Um zu überprüfen, ob zwei IP-Adressen zum selben Subnetz gehören, verwenden Sie die Subnetzmaske:

1. Konvertieren Sie die IP-Adresse und die Subnetzmaske in Binärzahlen.
2. Führen Sie eine bitweise UND-Verknüpfung für beide Werte durch.
3. Vergleichen Sie die Ergebnisse – wenn sie übereinstimmen, befinden sich die beiden IPs im selben Subnetz.

Beispiel 1

Gegeben:

• IP-Adresse 1: 192.168.1.1
• Subnetzmaske: 255.255.255.0
• IP-Adresse 2: 192.168.1.2
• Subnetzmaske: 255.255.255.0

Analyse:

Beide Adressen gehören zum Subnetz 192.168.1.0, also befinden sie sich im selben Subnetz.

Beispiel 2

Gegeben:

• IP-Adresse 1: 192.168.1.1
• Subnetzmaske: 255.255.255.0
• IP-Adresse 2: 192.168.1.2
• Subnetzmaske: 255.255.0.0

Analyse:

Auf den ersten Blick sehen die beiden IPs ähnlich aus. Jedoch:

• 192.168.1.1 mit 255.255.255.0 gehört zu 192.168.1.0/24.
• 192.168.1.2 mit 255.255.0.0 gehört zu 192.168.0.0/16.

Da die Subnetz-IDs unterschiedlich sind, befinden sie sich NICHT im selben Subnetz.

Beispiel 3

Gegeben:

• IP-Adresse 1: 192.168.1.1
• Subnetzmaske: 255.255.252.0
• IP-Adresse 2: 192.168.2.1
• Subnetzmaske: 255.255.252.0

Analyse:

• Anders als in Beispiel 1 ist die Subnetzmaske hier 255.255.252.0 anstelle von 255.255.255.0.
• 192.168.1.1 und 192.168.2.1 gehören beide zu 192.168.0.0/22.

Da sie in denselben Subnetzbereich fallen, befinden sie sich im selben Subnetz.

Abschließende Gedanken

Das Verständnis von localhost, 127.0.0.1, lokalen IPs und öffentlichen/privaten IPs ist entscheidend für die Vernetzung und Systemadministration. Die wichtigsten Erkenntnisse sind:

• localhost ist ein Domainname (standardmäßig 127.0.0.1).
• 127.0.0.1 ist eine Loopback-Adresse, die für lokale Tests verwendet wird.
• Lokale IPs ermöglichen externen Zugriff, während 127.0.0.1 und localhost dies nicht tun.
• Öffentliche IPs sind im Internet routingfähig, während private IPs innerhalb interner Netzwerke verwendet werden.
• Subnetzmasken bestimmen, ob zwei IPs zum selben Subnetz gehören.
• Router sind erforderlich, um über verschiedene Subnetze hinweg zu kommunizieren.

Indem Sie diese Grundlagen verstehen, können Sie Netzwerkumgebungen effizient beheben und konfigurieren.

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