IP-Adresse und Subnetzmaske – Grundlagen

Was ist eine IP-Adresse?

Damit sich Geräte in einem Netzwerk finden können, braucht jedes Gerät eine eigene Adresse – so wie jedes Haus eine eigene Postadresse hat. Diese Adresse nennt man IP-Adresse.

Analogie: Stell dir eine IP-Adresse wie eine Hausadresse vor:
«Bahnhofstrasse (Strasse = Netzwerk) 90 (Hausnummer = Gerät)». Alle Häuser an der gleichen Strasse gehören zum gleichen Quartier – genau wie alle Geräte im gleichen Netzwerk den gleichen «Netzwerk-Teil» in ihrer IP-Adresse haben.

Eine IP-Adresse besteht aus 4 Zahlenblöcken (0–255), getrennt durch Punkte, zum Beispiel:

192

168

111

Netzwerk-Anteil Host-Anteil (Gerät)

Netzwerk- und Host-Anteil

Jede IP-Adresse teilt sich in zwei Teile:

Netzwerk-Anteil – bestimmt, zu welchem «Quartier» (Netzwerk) ein Gerät gehört
Host-Anteil – bestimmt, welches konkrete Gerät innerhalb dieses Netzwerks gemeint ist

Im Beispiel oben ist 192.168.111 der Netzwerk-Anteil und 90 der Host-Anteil – also Gerät Nr. 90 im Netzwerk 192.168.111.

Zwei Geräte können direkt (ohne Router dazwischen) nur dann miteinander «sprechen», wenn sie im gleichen Netzwerk-Anteil liegen – so wie ein Brief nur ankommt, wenn Strasse und Ort stimmen. Liegen zwei Geräte in unterschiedlichen Netzwerken, braucht es dafür einen Router (siehe Register «Router»).

Was macht die Subnetzmaske?

Die Subnetzmaske sagt, wie viele Stellen der IP-Adresse zum Netzwerk-Anteil gehören und wie viele zum Host-Anteil. Eine sehr häufige Subnetzmaske ist:

255

Merkregel: Eine 255 bedeutet «dieser Block gehört zum Netzwerk-Anteil». Eine 0 bedeutet «dieser Block gehört zum Host-Anteil und kann für einzelne Geräte vergeben werden».
Bei 255.255.255.0 sind also die ersten drei Blöcke der IP-Adresse das Netzwerk – nur der letzte Block unterscheidet die Geräte.

Kurzschreibweise: /24 (CIDR)

Oft wird die Subnetzmaske nicht ausgeschrieben, sondern zusammen mit der IP-Adresse als kurze Zahl hinter einem Schrägstrich angegeben, zum Beispiel 192.168.111.90/24. Diese Schreibweise nennt man CIDR-Notation.

CIDR steht für Classless Inter-Domain Routing – eine 1993 eingeführte Methode, um Netzwerke flexibel zu unterteilen und die Subnetzmaske kompakt als Zahl hinter dem Schrägstrich anzugeben, statt sie vollständig auszuschreiben.

Die Zahl hinter dem Schrägstrich gibt an, wie viele Bits von links (Einsen) die Subnetzmaske hat – nicht wie viele Zahlenblöcke.
255.255.255.0 besteht binär aus 24 Einsen in Folge → also /24.

Subnetzmaske (dezimal)	Subnetzmaske (binär)	CIDR
255.0.0.0	11111111.00000000.00000000.00000000	/8
255.255.0.0	11111111.11111111.00000000.00000000	/16
255.255.255.0	11111111.11111111.11111111.00000000	/24

Die Grenze zwischen Netzwerk- und Host-Anteil muss nicht immer auf einer vollen 255er-Stelle liegen. Auch ein Wert wie 255.255.254.0 (= /23) ist gültig – dabei liegt die Grenze mitten in einem Zahlenblock. Das kannst du im Baukasten unten direkt ausprobieren.

Zum Ausprobieren: Baukasten

IP-Adresse . . .

Subnetzmaske . . . /24

Tipp: Trage z. B. 255.255.254.0 ein, um /23 auszuprobieren – die Grenze liegt dann mitten im dritten Block.

Standard-Masken

Netzwerk-Bit (1) Host-Bit (0)

Sonderfälle: Netzwerkadresse und Broadcast-Adresse

Bei einem normalen IPv4-Subnetz sind nicht alle Host-Adressen für Geräte verwendbar – zwei davon sind reserviert:

x.x.x.0 – Netzwerkadresse

Die erste Adresse eines Netzwerks (Host-Anteil = alles 0) bezeichnet das Netzwerk selbst und darf keinem einzelnen Gerät zugewiesen werden.
Beispiel: 192.168.111.0

x.x.x.255 – Broadcast-Adresse

Die letzte Adresse eines Netzwerks (Host-Anteil = alles 1) ist die Broadcast-Adresse und adressiert gleichzeitig alle Geräte im Netzwerk.
Beispiel: 192.168.111.255

Deshalb stehen bei 255.255.255.0 (/24) nicht 256, sondern nur 254 Host-Adressen für Geräte zur Verfügung: 192.168.111.1 bis 192.168.111.254.

Ausnahme: Bei sehr kleinen Netzen (/31, /30 Host-Bits) gelten Sonderregeln – z.B. gibt es bei /31 keine reservierte Netzwerk- oder Broadcast-Adresse. Das kannst du im Baukasten weiter oben direkt ausprobieren.

Warum das wichtig ist: Erreichbarkeit

Sind Laptop und Siemens-CPU (der Steuerung der Anlage) direkt über Ethernet verbunden – also ohne Router dazwischen, wie im Kursaufbau üblich – müssen beide Geräte im gleichen Netzwerk-Anteil liegen. Nur der Host-Anteil (die letzte Zahl) darf unterschiedlich sein.

✓ Verbindung möglich

Laptop: 192.168.111.50/24
CPU: 192.168.111.102/24

Gleicher Netzwerk-Anteil (192.168.111) → Kommunikation über TCP/IP funktioniert.

✗ Keine Verbindung

Laptop: 192.168.1.50/24
CPU: 192.168.111.102/24

Unterschiedlicher Netzwerk-Anteil (192.168.1 ≠ 192.168.111) → keine direkte Kommunikation über TCP/IP möglich.

Typischer Anfängerfehler: Der Laptop wurde nicht auf den passenden Netzwerk-Anteil der Anlage umgestellt. Lösung: In den Windows-Netzwerkeinstellungen die IP-Adresse des Laptops manuell so setzen, dass sie im gleichen Netzwerk-Anteil wie die CPU liegt (z.B. 192.168.111.50, Subnetzmaske 255.255.255.0 bzw. /24).

Sonderfall: «Erreichbare Teilnehmer» in TIA Portal

In TIA Portal gibt es die Funktion «Erreichbare Teilnehmer», mit der man Geräte im Netzwerk sucht und findet – auch wenn Laptop und CPU unterschiedliche Netzwerk-Anteile haben. Das scheint auf den ersten Blick ein Widerspruch zu sein, ist aber technisch begründet:

Der Scan «Erreichbare Teilnehmer» läuft nicht über TCP/IP, sondern über das PROFINET-Protokoll DCP (Discovery and Configuration Protocol). DCP arbeitet auf einer tieferen Netzwerkebene direkt über die Ethernet/MAC-Adresse des Geräts und ist deshalb unabhängig von der IP-Adresskonfiguration. Deshalb findet TIA Portal ein Gerät per DCP-Broadcast auch dann, wenn die IP-Adressen nicht zusammenpassen.

Wichtig für die Praxis: Gefunden werden (per DCP) ist nicht dasselbe wie Verbinden/Laden können (per TCP/IP). Für das eigentliche Laden des Programms, Online gehen oder Diagnose braucht es weiterhin eine passende, manuell eingestellte IP-Adresse im gleichen Netzwerk-Anteil wie die CPU.

Mehr Details zu DCP und TCP/IP findest du in den Registern «MAC-Adresse & Ethernet», «TCP/IP» und «DCP».

MAC-Adresse & Ethernet

Neben der IP-Adresse hat jedes Netzwerkgerät noch eine zweite, ganz andere Adresse: die MAC-Adresse. Sie ist die Grundlage dafür, wie Ethernet und später auch DCP funktionieren.

Was ist eine MAC-Adresse?

Die MAC-Adresse (Media Access Control) ist eine eindeutige Hardware-Adresse, die vom Hersteller fest in jede Netzwerkkarte bzw. jeden Ethernet-Anschluss «eingebrannt» wird. Sie besteht aus 6 Byte, meist als Hexadezimalzahl dargestellt:

00-1B-1B-3A-2C-4F

Ein Teil der MAC-Adresse (üblicherweise die ersten 24 Bit) identifiziert in der Regel den Hersteller (z.B. Siemens). Den übrigen Teil vergibt der Hersteller nach eigener Strategie zur eindeutigen Kennzeichnung der Netzwerkschnittstelle – nicht zwingend als einfache fortlaufende Seriennummer. Siemens-CPUs erhalten ab Werk eine permanente, eindeutige MAC-Adresse.

MAC-Adresse vs. IP-Adresse

Analogie: Die MAC-Adresse dient der Identifikation der Netzwerkschnittstelle und ist bei Siemens-CPUs ab Werk fest vergeben – ähnlich wie eine Seriennummer. Die IP-Adresse ist dagegen wie eine Postadresse: Sie kann sich ändern (z.B. bei einem Umzug ins nächste Netzwerk) und wird vom Administrator konfiguriert.

Eigenschaft	MAC-Adresse	IP-Adresse
Ebene (vereinfacht)	Ethernet / Hardware (Layer 2)	Netzwerk / Routing (Layer 3)
Vergabe	Ab Werk fest vergeben	Konfigurierbar (DHCP oder manuell)
Format	6 Byte, hexadezimal	4 Byte, dezimal
Gültigkeitsbereich	Nur im lokalen Netzsegment sichtbar	Weltweit routbar (mit Gateway)
Änderbar?	In der Regel nein	Ja, jederzeit anpassbar

Was ist Ethernet?

Ethernet ist die Übertragungstechnik, mit der Datenpakete physisch über das Netzwerkkabel transportiert werden. Innerhalb eines lokalen Netzsegments adressiert Ethernet die Geräte direkt über ihre MAC-Adresse – ganz ohne IP-Adresse.

Genau das nutzt PROFINET aus: Solange ein Gerät noch keine passende IP-Adresse hat, kann es trotzdem über seine MAC-Adresse direkt auf Ethernet-Ebene gefunden und angesprochen werden. Wie das konkret funktioniert, zeigt das Register «DCP».

TCP/IP

Damit Geräte im Netzwerk sinnvoll miteinander «reden» können, brauchen sie eine gemeinsame Sprache – ein Protokoll. Für die Kommunikation zwischen Engineering-PC und CPU (Laden, Online gehen, Diagnose) wird dafür meist TCP/IP verwendet.

Was bedeutet TCP/IP?

TCP/IP ist eigentlich keine einzelne Technik, sondern eine ganze Protokollfamilie, benannt nach ihren zwei wichtigsten Bestandteilen:

IP – Internet Protocol

Stellt die logische Adressierung der Geräte (die IP-Adresse) und die Weiterleitung der Datenpakete durch das Netzwerk bereit – vergleichbar mit der Adresse auf einem Briefumschlag.

TCP – Transmission Control Protocol

Ein Transportprotokoll, das eine zuverlässige, verbindungsorientierte Übertragung ermöglicht: Datenpakete werden in der richtigen Reihenfolge zugestellt, verlorene Pakete werden erkannt und erneut gesendet.

Merksatz: IP sagt «wohin», TCP sorgt bei Bedarf dafür, dass «vollständig und in der richtigen Reihenfolge» ankommt. Nicht jede Kommunikation im Netzwerk läuft zwingend über TCP – für die SPS-Kommunikation (Laden, Online gehen, Diagnose) ist TCP/IP als Oberbegriff aber die richtige Einordnung.

Warum das für die SPS-Kommunikation wichtig ist

Wenn du im TIA Portal ein Programm lädst, online gehst oder eine Diagnose durchführst, läuft diese Kommunikation über eine TCP/IP-Verbindung zur CPU. Damit diese Verbindung bei einer direkten Ethernet-Verbindung ohne Router zustande kommt, muss – wie im Register «Grundlagen» gezeigt – die IP-Adresse des Engineering-PCs im gleichen Netzwerk-Anteil liegen wie die CPU. Mehr zur Rolle eines Routers im Register «Router».

TCP/IP gehört zu den höheren Netzwerk-Schichten (oberhalb von Ethernet). Wer das komplette Schichtenmodell (OSI-Modell) im Detail kennenlernen möchte, findet dazu weiterführendes Material im Kurs TIA-SERV3: ISO/OSI-Modell – Einführung Kommunikation.

Router – kurz erklärt

Ein Router ist ein Gerät, das Datenpakete zwischen unterschiedlichen Netzwerken (unterschiedlichen Netzwerk-Anteilen) weiterleitet. Ohne Router bleibt die Kommunikation auf das eigene, lokale Netzwerk beschränkt.

Analogie: Innerhalb eines Quartiers findet die Post den Empfänger direkt (so wie ein Switch Geräte im gleichen Netzwerk verbindet). Für ein anderes Quartier oder eine andere Stadt braucht es eine Poststelle, welche die Sendung ans richtige Ziel weiterleitet – das übernimmt im Netzwerk der Router.

Switch vs. Router

Eigenschaft	Switch	Router
Verbindet	Geräte im gleichen Netzwerk	Unterschiedliche Netzwerke miteinander
Adressierung	Über MAC-Adressen	Über IP-Adressen
Nötig für direkte PC↔CPU-Verbindung?	Ja (bei mehreren Geräten)	Nein, sofern beide im gleichen Netzwerk liegen

Standardgateway

Die IP-Adresse des Routers im eigenen Netzwerk wird als Standardgateway bezeichnet. Ein Gerät schickt ein Datenpaket an das Standardgateway, sobald das Ziel ausserhalb des eigenen Netzwerk-Anteils liegt.

Für die im Register «Grundlagen» beschriebene direkte Verbindung zwischen Engineering-PC und CPU über ein einzelnes Ethernet-Kabel wird kein Router benötigt – beide Geräte liegen im gleichen Netzwerk. Ein Router kommt erst ins Spiel, wenn z.B. mehrere Anlagenteile in unterschiedlichen Netzwerken oder ein Fernzugriff übers Firmennetz eingerichtet werden sollen.

DCP – Discovery and Configuration Protocol

DCP ist das Protokoll, das hinter der Funktion «Erreichbare Teilnehmer» im TIA Portal steckt (siehe Register «Grundlagen»). Hier folgt die genauere Erklärung.

Was ist DCP?

DCP (Discovery and Configuration Protocol) ist ein PROFINET-eigenes Protokoll. Es dient dazu, Geräte im Netzwerk zu finden («Discovery») und ihnen grundlegende Einstellungen wie Gerätename oder IP-Adresse zuzuweisen («Configuration»).

Wie funktioniert DCP technisch?

DCP arbeitet direkt auf Ethernet-Ebene und adressiert Geräte über ihre MAC-Adresse (siehe Register «MAC-Adresse & Ethernet») – nicht über TCP/IP. Der Scan «Erreichbare Teilnehmer» nutzt dazu eine spezielle Multicast-MAC-Adresse (01-0E-CF-xx-xx-xx), auf die jedes PROFINET-Gerät antwortet – unabhängig davon, ob seine IP-Adresse zum PC passt oder nicht.

Eigenschaft	DCP	TCP/IP
Adressierung über	MAC-Adresse (Ethernet)	IP-Adresse
Benötigt passende IP-Konfiguration?	Nein	Ja
Routbar (über mehrere Netzwerke hinweg)?	Nein – nur lokales Netzsegment	Ja, mit Gateway/Router
Typische Nutzung	Geräte finden, Name/IP zuweisen	Laden, Online gehen, Diagnose

Da DCP nicht routbar ist, funktioniert «Erreichbare Teilnehmer» nur innerhalb des gleichen Netzwerksegments (gleiches Ethernet-Segment bzw. VLAN) – über Router hinweg wird ein Gerät per DCP nicht gefunden.

Vertiefung: IP-Adresse online zuweisen

DCP arbeitet – wie oben gezeigt – rein auf Ethernet/MAC-Ebene und ignoriert dabei die IP-Subnetze von Laptop und CPU vollständig. Über TIA Portal («Online & Diagnostik» → «Funktionen» → «IP-Adresse vergeben») oder Tools wie PRONETA kann einer CPU daher jederzeit per DCP eine neue IP-Adresse zugewiesen werden – selbst wenn der Laptop in einem völlig anderen Subnetz liegt oder gar keine IP-Adresse konfiguriert hat.

Nicht die DCP-Zuweisung selbst schlägt bei unterschiedlichen Subnetzen fehl, sondern die anschliessende TCP/IP-Kommunikation – also das Laden eines Projekts, das Online-Gehen über den Projektbaum oder der Bausteinstatus. Dafür müssen Laptop und CPU dann im gleichen Netzwerk-Anteil liegen (siehe Register «Grundlagen»).

Praxiserfahrung aus dem Kurs: Die IP-Adresse lässt sich zwar auch bei unterschiedlichen Subnetzen per DCP ändern – in eigenen Tests war die Bedienung dabei aber spürbar langsam, solange der Laptop nicht im gleichen Netzwerk wie die CPU war.

IP-Adresse einstellen: Netzwerkverbindungen öffnen (Windows)

Um die IP-Adresse des Laptops einzustellen oder zu prüfen, in welchem Netzwerk ein Kabel eingesteckt ist, brauchst du die Netzwerkverbindungen- Ansicht. Alle folgenden Wege funktionieren unter Windows 11 – sowohl in der deutschen als auch in der englischen Version identisch.

Weg 1: Direkt per Tastenkürzel (empfohlen)

Windows-Taste + R drücken, ncpa.cpl eingeben und Enter drücken. Öffnet sofort die klassische Netzwerkverbindungen-Übersicht – unabhängig von Sprache und Windows-Version, ohne Download, ohne Warnmeldung.

Weg 2: Über die Windows-Suche

Windows-Sprache	Sucheingabe	Ergebnis
Deutsch	`netz`	«Netzwerkverbindungen anzeigen»
Englisch	`network`	«View network connections»

Weg 3: Direkter Link (Netzwerk & Internet)

Öffnet die moderne Windows-Einstellungen-Seite «Netzwerk und Internet». Der Browser zeigt dabei eine Sicherheitsabfrage, die bestätigt werden muss:

Netzwerk & Internet öffnen

IP-Adresse und Subnetzmaske – einfach erklärt