Was ist IPV4?

Zu Beginn der 90er Jahre wuchs das Internet massiv, maßgeblich durch das Aufkommen des World Wide Webs und dessen private sowie kommerzielle Nutzung. Zuvor war das Internet hauptsächlich ein Werkzeug für akademische, militärische und geschäftliche Zwecke. Durch die erhöhte Nutzung wurde schnell klar, dass die IPv4-Adressen bald erschöpft sein könnten, da:

• Eine IPv4 Adresse 32 Bits lang ist.
  Somit können theoretisch bis zu etwa 4,3 Milliarden Adressen vergeben werden (Jede der 32 Bitstellen kann nur 0 oder 1 sein, hat also nur zwei Möglichkeiten. 232= ca. 4,3 Milliarden). Praktisch können allerdings viel weniger Adressen vergeben werden.
• Zu dieser Zeit hauptsächlich PCs, Router und Server eine IP-Adresse erhielten.
  Mittlerweile kommen immer mehr internetfähige Geräte wie Smartphones, Fernseher, Smart-Watches, E-Reader oder Kühlschränke hinzu, die eine eigene IP-Adresse benötigen. Mit dem Anstieg von Geräten mit IP-Adressen schrumpfte der Adressraum weiter.

Der Adressraum von IPv4-Adressen ist fast erschöpft, während IPv6 128-Bit-Adressen verwendet und einen enormen Raum für zukünftiges Wachstum bietet. Der Übergang gestaltet sich jedoch als herausfordernd. Dabei muss die Frage gestellt werden: Was ist IPv4 oder IPv6 und wo liegen die Unterschiede? Denn konzeptionell gleichen sich die beiden Internetprotokoll-Versionen. Jedes Gerät (Computer, Tablet, Smartphone, Router etc.) hat eine Routing Tabelle, anhand derer es entscheidet, wie ein IP-Paket weitergesendet werden soll. Wenn das Zielgerät lokal erreichbar, sprich mit dem gleichen Switch verbunden ist, wird das Paket direkt zum Ziel gesendet. Wenn das nicht der Fall ist, muss es zu einem lokal erreichbaren Router gesendet werden, der sich um dessen Weiterleitung kümmert.

Herausforderungen und Chancen

Dem Übergang von IPv4 auf IPv6 wohnen, neben der erhöhten Anzahl an IP-Adressen, wichtige Chancen für eine bessere Nutzung der Netzwerkinfrastruktur, erhöhte Sicherheit, effizientere Verwaltung und erweiterte technologische Möglichkeiten inne. Gleichzeitig trifft der Umstieg auf IPv6 auf Hindernisse, welche die Migration verzögern.

Heute unterstützen alle gängigen Betriebssysteme den Parallelbetrieb von IPv4 und IPv6 und somit auch alle mit diesen Betriebssystemen ausgestatteten Geräte wie PCs, Server, Router etc. Derzeit findet ein schrittweiser Übergang von IPv4 zu IPv6 statt, weswegen beide Internet-Protokoll-Versionen koexistieren. Das hat folgende Gründe:

• Um die Kompatibilität von IPv4 auf IPv6 zu gewährleisten, erfolgt die Umstellung schrittweise.
•  Viele ältere Netzwerke, Geräte und Dienste verwenden immer noch ausschließlich IPv4.
•  Lösungsszenarien für die Koexistenz beider Internet-Protokolle sind folgende:
  •  In der Praxis nutzen viele Netzwerke heute sowohl IPv4 als auch IPv6 (Dual Stack), um die Kompatibilität zu gewährleisten, da der Übergang schrittweise erfolgt. 
  •  Beim Tunneling werden IPv6-Pakete in IPv4-Pakete eingebettet, um sie über das IPv4-Netzwerk zu versenden.
  • Durch NAT64/DNS64 ist eine Übersetzung zwischen IPv4 und IPv6 möglich, womit beide Protokollversionen miteinander kommunizieren können.
• IPv6 wird zunehmend als langfristige Lösung angesehen, um das Problem der Adressknappheit zu lösen.

In der Abbildung ist die derzeitige Situation von IPv4 und IPv6  im Internet vereinfacht dargestellt.

Wie erwähnt, gibt es immer noch Geräte und Provider, die lediglich IPv4 anbieten (wie Provider 1 in der Abbildung). Damit die Datenübertragung von IPv4 zu IPv6 glückt, wird heute hauptsächlich Dual Stack eingesetzt. Die Kommunikation läuft dabei so ab:

Verbindung von Rechner A zu Web Server X: 

• Rechner A kann nur über IPv4 kommunizieren. 
• Rechner A sendet eine DNS-Anfrage an den DNS-Server, um die IP-Adresse des Web Servers www.x.at zu erhalten. 
• Der DNS-Server antwortet mit der IPv4-Adresse 200.1.2.3. 
• Die Kommunikation zwischen Web Server X und Rechner A erfolgt also nur über IPv4.

 Verbindung von Rechner A zu Web Server Y: 

• Web Server Y verwendet Dual Stack. 
• Rechner A sendet eine DNS-Anfrage und erhält vom DNS-Server die Adresse von www.y.at. Dabei liefert ihm der DNS-Server sowohl die IPv4 als auch die IPv6 Adresse von Y. 
• Daten können aber wieder nur über IPv4 Pakete ausgetauscht werden, weil der Router im Provider 1 Netz nur über IPv4 Adressen routen kann.

Verbindung von Rechner B zu Web Server X: 

• Zwar nutzt Rechner B Dual Stack, Web Server X verfügt allerdings nur über IPv4. Der DNS-Server beantwortet die Anfrage an www.x.at also lediglich via IPv4.

Verbindung von Rechner B zu Web Server Y: 

• Rechner B wie Web Server Y verwenden Dual Stack. 
• Um die IP-Adresse von www.y.at zu erfahren, sendet Rechner B eine DNS-Anfrage an den DNS-Server und erhält als Antwort die IPv4-Adresse wie auch die IPv6-Adresse. 
• Die Kommunikation über IPv6 wird jedoch in der Regel bevorzugt.

Ladezeiten von IPv4 

Übergangslösungen wie NAT ermöglichen zwar, mehrere Geräte mit einer einzigen öffentlichen IPv4-Adresse zusammenzufassen, gestalten das Netzwerk allerdings komplexer und wirken sich somit auf die Geschwindigkeit aus. Insofern ist unter aktuellen Umständen IPv4 langsamer als IPv6.

Um sein Potenzial auszuschöpfen, benötigt IPv6 jedoch eine optimale Umgebung. Da jedoch viele Netzwerke noch nicht vollständig auf IPv6 umgestellt sind, kann es hier noch zu Verzögerungen bei der Geschwindigkeit kommen. Je nach vorhandener Architektur kann IPv4 unter Umständen sogar noch die schnellere Variante sein.

 IPv4- und IPv6-Kompatibilität

Die Kompatibilität von IPv4 und IPv6 ist notwendig für eine reibungslose Übergangsphase und eine funktionierende Koexistenz beider Protokolle. Besonders Dual Stack ist eine flexible Lösung, die eine schrittweise Migration von IPv4 zu IPv6 ermöglicht, ohne dass die gesamte Infrastruktur auf einmal umgestellt werden muss. Dennoch birgt die Kompatibilität einige Herausforderungen:

• Die Einhaltung von Sicherheitsrichtlinien für beide Protokolle gestaltet sich sehr komplex.
• Übergangstechnologien benötigen zusätzliche Verarbeitungsschritte und führen zu Leistungseinbußen.
• Ein zeitgleicher Betrieb von IPv4- und IPv6-Netzwerken erfordert erhöhte Ressourcen und Wissen von Expert*innen.

DNS (Domain Name System) für IPv4 und IPv6

Wie weiter oben in der Abbildung dargestellt, ist DNS essentiell für die Kommunikation zwischen IPv4 und IPv6. DNS übersetzt Domainnamen in IP-Adressen und unterstützt beide Protokolle:

• IPv4-Adressen werden als A-Record (32-Bit) gespeichert.
• IPv6-Adressen werden als AAAA-Record (128-Bit) gespeichert.

Mechanismen wie DNS64 und NAT64 ermöglichen die Kommunikation zwischen IPv6- und IPv4-Netzwerken, indem sie künstliche DNS-Einträge erzeugen und die Adressumsetzung übernehmen.

Alle internetfähigen Geräte benötigen eine IP-Adresse. IPv4 ist seit 1981 das grundlegende Internetprotokoll, das Geräten eindeutige Adressen zuweist und somit die Kommunikation untereinander ermöglicht. Doch die Vielzahl internetfähiger Geräte stellt IPv4 vor Probleme: 

• IPv4-Adressen haben ein 32-Bit-System. Dadurch ist die Anzahl von Adressen limitiert und bald aufgebraucht.
• Um diesem Mangel zu begegnen, wurde IPv6 konzipiert. Dessen 128-Bit-Adresssystem ermöglicht genügend IP-Adressen.
• Die derzeitige Infrastruktur des Internets basiert auf IPv4. Ein Übergang zu IPv6 erfolgt schrittweise und beansprucht viel Zeit.
• Aktuell werden daher Übergangslösungen wie Dual Stack, Tunneling oder Übersetzungstechniken genutzt. Sie ermöglichen eine Koexistenz von IPv4 und IPv6, schaffen aber für keines der beiden Internet Protokoll-Versionen eine optimale Umgebung.
• Langfristig wird ein kompletter Wechsel zu IPv6 angestrebt, das innovative Technologien unterstützt und somit zukunftsweisend ist. 

Ein zentraler Aspekt bei dem Übergang von IPv4 auf IPv6 ist die Sicherheit. Die gleichzeitige Nutzung beider Technologien erfordert einen erhöhten Aufwand in der Absicherung. Expert*innen, die den neuen Herausforderungen der IKT-Sicherheit begegnen, sind gefragter denn je. Die grundlegende Schulung IKT Basics Foundation Level und die vertiefende Schulung IKT Zertifizierung Advanced Level vermittelt wertvolles Wissen und Soft-Skills. Jetzt bewerben!