IPv6 – alles Wissenswerte über das Internetprotokoll

Ob ein PC mit Windows 10, ein Laptop mit Windows 11 oder ein Mac mit macOS, wenn Sie über Ihren Browser im Internet surfen, kümmert sich ein Internetprotokoll um die Weiterleitung des Online-Datenverkehrs. IPv6 ist die neueste Version des von der IETF (Internet Engineering Task Force) formulierten Internetprotokolls, das dabei hilft, Endpunktsysteme in einem Computernetzwerk zu identifizieren und zu lokalisieren. Doch was ist IPv6 und warum wurde eine neue Version ins Leben gerufen? In diesem Blogbeitrag erfahren Sie alles Wissenswerte über IPv6.

Was ist IPv6 (Internet Protocol Version 6)?

Internet Protocol Version 6 (IPv6) ist ein Netzwerkschichtprotokoll, das die Kommunikation über das Internet ermöglicht. Jedes Gerät im Internet hat eine eindeutige IP-Adresse, die verwendet wird, um es zu identifizieren und herauszufinden, wo es sich befindet. Bereits zu Zeiten der digitalen Revolution in den 1990er Jahren zeichnete sich ab, dass die IP-Adressen, die das Internetprotokoll Version 4 (IPv4) zum Verbinden von Geräten zur Verfügung stellt, nicht ausreichen werden, um den hohen Bedarf zu decken.

Daher machte sich die IETF daran, das Internetprotokoll der nächsten Generation zu entwickeln. IPv6 wurde im Dezember 1998 zu einem Standardentwurf für die IETF und am 14. Juli 2017 als Internetstandard für die globale Einführung genehmigt.

Falls Sie sich fragen, warum nicht ein IPv5 als nächste Version folgte: Ursprünglich sollte die nächste Version tatsächlich auf den Namen IPv5 hören. Allerdings wurde IPv5 nach experimenteller Entwicklungsarbeit nie zu einem offiziellen Protokoll. Bei dem auch als ST2 (Internet Stream Protocol, Version 2) bezeichneten Protokoll sollen die Kosten-Nutzen-Erwägungen nicht aufgegangen sein.

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Einschränkungen von IPv4 und die Notwendigkeit von IPv6

IPv4-Adressen wurden aufgrund des schnellen Wachstums der Internetnutzer, der hohen Nutzung von Geräten wie Mobiltelefonen, Laptops und Computern, der ineffizienten Adressnutzung und ständig eingeschalteter Geräte wie Kabelmodems aufgebraucht. Um das Problem der Adressverarmung in IPv4 zu mindern, wurden verschiedene Technologien entwickelt. Diese Technologien trugen zur Lösung bei, indem sie Verbesserungen im Backbone der Adresszuweisungs- und Routingsysteme des Internets implementierten. Allerdings sind sämtliche Lösungen mit unterschiedlichen Nachteilen wie Geschwindigkeitseinbußen verbunden.

Der Hauptgrund für die Entwicklung von IPv6 bestand darin, eine Lösung für die eventuelle Erschöpfung von Adressen in IPv4 bereitzustellen. Im Gegensatz zu seinem Vorgänger verwendet IPv6 viermal mehr Bits, um Geräte im Internet anzusprechen. Diese zusätzlichen Bits stellen einen Adressraum für etwa 3,4 x 10^38 Geräte bereit. Jeder Quadratmeter unseres Planeten hat das Potenzial, rund 1564 Adressen zuzuweisen. Daher können die von IPv6 bereitgestellten größeren Adressräume die aggressiven Anforderungen für die Zuweisung von Adressen für fast alles auf der Welt erfüllen. Mehr Adressen machen Adresserhaltungstechniken wie Network Address Translation (NATs) überflüssig.

Vorteile der Verwendung von IPv6

Die Technologie bietet Internetnutzern mehrere Vorteile. IPv6 bietet eine Lösung für das globale Problem der Verknappung von Adressräumen und überzeugt zeitgleich mit einer höheren Geschwindigkeit. IPv6 unterstützt Multicast-Adressen, was bedeutet, dass bandbreitenintensive Paketströme wie Medienstreams viele Ziele gleichzeitig erreichen können.

IPv6 erzwingt eine robustere Netzwerksicherheit als IPv4. Das neuere Protokoll verfügt über IPSecurity, das den Datenschutz und die Datenintegrität gewährleistet. Es verstärkt auch die Routing-Effizienz. Darüber hinaus unterstützt es die zustandslose und zustandsbehaftete Adresskonfiguration unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen eines DHCP-Servers (Dynamic Host Configuration Protocol).

Zu den überzeugenden Vorteilen zählt, dass IPv6 Pakete effizienter verarbeiten kann.

Nachteile der Verwendung von IPv6

Allerdings bringt IPv6 auch ein paar Einschränkungen mit sich. Beispielsweise ist IPv6 nicht abwärtskompatibel mit IPv4. Die Kommunikation zwischen einem Gerät und einem Netzwerk mit unterschiedlichen Internetprotokollen ist schwierig.

Obwohl IPv4 von geringerer Qualität ist, eine geringere Leistung bietet und seine Adressräume fast erschöpft sind, ist es immer noch beliebter als IPv6. Die vollständige Migration zu IPv6 wird aufgrund der Inkompatibilitäten zwischen den beiden Protokollen und der erheblichen Kosten, die mit dem Übergang zur IPv6-Infrastruktur verbunden sind, noch lange dauern.

Wie ist eine IPv6-Adresse aufgebaut?

Eine IPv6-Adresse verwendet 128 Bit, viermal mehr als die IPv4-Adresse. IPv6-Adressen werden hexadezimal geschrieben und nicht wie bei IPv4 mit Punkt-Dezimalzahlen. Eine IPv6-Adresse besteht aus 32 Hexadezimalzahlen, da eine Hexadezimalzahl 4 Bits verwendet. Diese Zahlen sind in acht Vierergruppen gruppiert und werden mit einem Doppelpunkt (:) als Trennzeichen geschrieben. Verschiedene Techniken können verwendet werden, um eine IPv6-Adresse zu kürzen. Beispielsweise kann 2001:0db8:0000:0000:0000:7a6e:0680:9668 zu 2001:db8::7a6e:680:9668 gekürzt werden. Die hauptsächlich verwendete Technik ist das Entfernen führender Nullen. Außerdem können aufeinanderfolgende Abschnitte von Nullen durch zwei Doppelpunkte (::) ersetzt werden.

Arten von IPv6-Adressen

Es gibt drei Arten von IPv6-Adressen. Globale Unicast-Adressen sind im Internet routbar und beginnen mit 2001:. Das Präfix für internationale Unicast-Adressen ergibt sich aus dem, was Router in ihren Netzwerkankündigungen übermitteln.

Eindeutige lokale Adressen sind für die Verwendung in einem internen Netzwerk wie einem lokalen Netzwerk gedacht. Sie können im internen Netzwerk geroutet werden, aber nicht im Internet. Organisationen können Adressen mit dem Präfix fd00 manuell festlegen.

Link-Local-Adressen sollen bei internen Netzwerken zum Einsatz kommen. Auch diese können nicht im Internet geroutet werden. Sie sind als Gegenstück zur IPv4-Adresse 169.254.0.0/16 anzusehen. Die Link-Local-Adressen beginnen mit dem Präfix fe80. Auch wenn kein Routing vorhanden ist, muss für jede IPv6-Schnittstelle eine Link-Local-Adresse konfiguriert werden.

Eigenschaften und Aufbau von IPv6

Der IPv6-Header hat ein neues vereinfachtes Header-Format, das weniger komplex und einfacher zu verarbeiten ist als IPv4. Die neue Struktur wird erreicht, indem sowohl optionale als auch nicht unbedingt erforderliche Felder der Header in Erweiterungsheader verschoben werden, die nach dem IPv6-Header erscheinen. Der Header von IPv6 ist also nur doppelt so umfangreich wie der von IPv4, obwohl IPv6-Adressen viermal größer sind.

Mit IPV6 hat jetzt jede Maschine eine eindeutige IP-Adresse und kann das Internet durchqueren, ohne dass NATs oder andere Übersetzungselemente erforderlich sind. Nach der vollständigen Implementierung von IPv6 kann jeder Host andere Hosts im Internet direkt erreichen, aber es wird einige Einschränkungen in Form von Firewalls und Organisationsrichtlinien geben.

Internet Protocol Security (IPSec) ist derzeit eine optionale Funktion von IPv6. Die IETF entschied jedoch zunächst, dass IPSec-Sicherheit vorhanden sein müsse, um IPv6 sicherer als IPv4 zu machen. IPSec wird auf der Netzwerkverarbeitungsebene verwendet, um das Netzwerk zu sichern.

Die Mobilitätsfunktion ermöglicht es Hosts wie Mobilgeräten, mit derselben IP-Adresse verbunden zu bleiben, selbst wenn sie an verschiedenen Orten roamen. Dies wird ermöglicht, indem die automatische IP-Konfiguration und Erweiterungsheader genutzt werden.

IPv6 kann einfach skaliert werden, indem Erweiterungsheader nach dem vorhandenen Header hinzugefügt werden. Im Gegensatz zu IPv4, das nur 40 Bytes zulassen konnte, sind IPv6-Erweiterungsheader ausschließlich durch die Kapazität des IPv6-Pakets beschränkt.

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