Was ist IPV4?

IP gibt es in zwei Versionen, als Version 4 (IPv4), im September 1981 als RFC 791 veröffentlicht, und als Version 6 (IPv6), im Dezember 1998 als RFC 2460 veröffentlicht.

IPv6 ist also der Nachfolger von IPv4 und wurde mittlerweile in alle modernen Computer-Betriebssysteme integriert, meist parallel zu IPv4 (Dual Stack). Auch die Router in den Provider-Netzen unterstützen beide Versionen, aber nicht alle Provider bieten IPv6 Anschlüsse an. Der Datenverkehr im Internet basiert auch heute noch überwiegend auf IPv4, wobei es hinsichtlich der Verbreitung von IPv6 große Unterschiede zwischen Ländern und Regionen gibt.

Die gute Nachricht vorweg:  Wer weiß, wie IPv4 funktioniert, wird auch mit IPv6 keine Probleme haben. Doch wie so oft stecken die Herausforderungen im Detail.

In der ersten Hälfte der 90er Jahre hat, bedingt durch das Aufkommen des World Wide Web und die zunehmende Kommerzialisierung , das Wachstum des Internet voll eingesetzt. Dadurch hat sich gezeigt, dass die damals verwendeten IPv4 Adressen schon sehr bald aufgebraucht sein würden. Jede IPv4 Adresse ist nur 32 bits lang. Das bedeutet, dass es theoretisch maximal 232 = 4*109 (4 Milliarden) Adressen geben kann, tatsächlich verwendbar sind aber deutlich weniger. Also von wegen, jeder Kühlschrank, Staubsauger, Smart-Meter und jede Überwachungskamera bekommt eine eigene, weltweit gültige IPv4 Adresse!

Mitte der 90er Jahre hat man daher angefangen, nach Lösungen des Adressenproblems zu suchen. Herausgekommen ist dabei Folgendes:

1. Vergabepraxis der IPv4 Adressen ändern
   • Jeder Kunde eines Internet Providers bekommt nur mehr so viele öffentliche, d.h. global eindeutige Adressen, wie er tatsächlich benötigt. Früher wurden Firmen große Blöcke von Adressen (z.B. 65.000) zugeteilt, wobei die meisten davon nicht verwendet wurden.
   • Weil viele Geräte nicht permanent am Netz sind, benötigen sie keine fixe sprich dauerhaft zugeteilte  IP Adresse. Nur wenn sie online sind, wird ihnen vom Provider eine Adresse dynamisch zugewiesen. Seit der Verbreitung der Smartphones, die praktisch immer online sind, ist diese Maßnahme aber nicht mehr sehr wirkungsvoll.
2. Verwendung von privaten IPv4 Adressen
   • Private IP Adressen sind spezielle Adressen (wie z.B. 10.1.2.3), die nur in einem privaten Netz verwendet werden dürfen, und mit denen keine weltweite Erreichbarkeit gegeben ist. Viele Geräte benötigen diese ohnehin nicht. Wenn man zu Hause z.B. 5 Überwachungskameras hat, die über ein lokales Netzwerk mit einem Videorecorder verbunden werden sollen, können Kameras und Recorder je eine private IP Adresse verwenden. Will man den Recorder auch aus dem Internet erreichen können, muss er zusätzlich eine öffentliche, global routbare Adresse haben. In Summe macht das 6 private, aber nur eine einzige öffentliche IPv4 Adresse. Weil private Adressen nicht im Internet auftauchen dürfen, kann jedes Heimnetz und jede Firma die gleichen privaten Adressen verwenden, d.h. man braucht viel weniger öffentliche Adressen. Weil fast 17 Millionen Adressen für private Zwecke reserviert wurden und diese beliebig oft auf der ganzen Welt verwendet werden dürfen, braucht man viel weniger öffentliche IPv4 Adressen.
   • Falls notwendig, kann eine Adressumsetzung privat – öffentlich gemacht werden, bekannt unter dem Namen NAT (Network Address Translation).
3. Einführung von IPv6
   • IPv6 verwendet 128 Bits lange Adressen (statt den 32 Bits bei IPv4), wodurch sich eine unvorstellbar große Menge an Adressen ergibt. Insgesamt sind es 2128 = 3*10³⁸ mögliche Adressen, was einer 3 mit 38 Nullen entspricht. Zum Vergleich: Ein 100 kg Mensch besteht aus 10²⁸ Atomen, d.h. bei künftig 10 Milliarden Menschen á 100 kg kann jedes menschliche Atom 3 IPv6 Adressen haben! Nicht, dass man jemals so viel brauchen wird, aber 128 Bits sind sehr einfach zu administrieren.

Die Einführung von IPv6 wurde schon Mitte der 90er als längerfristiges Projekt eingestuft, weil man etwas, das weltweit derart verbreitet ist, nicht so leicht austauschen kann. Wie sich auch im Laufe der Zeit herausstellen sollte, haben die ersten beiden Maßnahmen dazu geführt, dass man mit IPv4 großteils bis heute das Auslangen gefunden hat.

Das generelle Konzept ist bei IPv4 und IPv6 gleich: 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.

Wie bereits erwähnt lauern Schwierigkeiten aber oft im Detail. Nicht grundlos schieben Provider die IPv6 Einführung solange es geht hinaus. Den IP Paketen einfach nur einen neuen IPv6 Header zu verpassen, reicht nicht. Die Einführung von IPv6 hat viele Auswirkungen, wie z.B.

• auf Anwendungen wie Mail, Web, etc., die mit IPv6 Adressen zurechtkommen müssen (z.B. als URL Eingabe im Web Browser). Die wichtigsten Programme unterstützen mittlerweile IPv4 und IPv6 gleichzeitig (Dual Stack), exotische und kundenspezifische Software vielfach aber noch nicht.
• auf die Erreichbarkeit, wie also Geräte, die nur eine IPv6 Adresse haben, Geräte erreichen können, die nur eine IPv4 Adresse haben. Schließlich wollen wir auch in Zukunft auf die uns wichtigen Inhalte im Netz zugreifen können.
• auf sog. Hilfsprotokolle wie z.B. DHCP, ICMP, DNS, OSPF etc., die ebenfalls mit IPv6 Adressen klarkommen müssen. Hilfsprotokolle werden zusätzlich zum Basisprotokoll IP benötigt, um bestimmte Funktionen im Netz zu automatisieren. Ein konkretes Beispiel ist die Namensauflösung mittels DNS (Domain Name System), das für die Umwandlung von z.B. www.x.at in die zugehörige IP Adresse zuständig ist. Das Ganze funktioniert ähnlich einem online Telefonbuch, und es ist gut, dass es DNS Server im Netz gibt. Weil, wer merkt sich schon diese langen und komplizierten IP Adressen, wir tun uns ja schon mit Telefon- und Handynummern schwer! Ein anderes Beispiel sind sog. Routing Protokolle wie z.B. OSPF, die dafür sorgen, dass ein Router in Innsbruck automatisch lernt, wenn auf einem Router in Wien ein Portal mit einer IPv6 Adresse in Betrieb genommen wird.
• darauf, wie Router IP Pakete weitersenden (routen). Router, die sowohl IPv4 als auch IPv6 Ziele kennen sollen, brauchen zwei Routing Tabellen, eine mit IPv4 Adressen, und eine mit IPv6 Adressen.
• auf die Administration, sprich Firewall-Administration, technischer Support, Dokumentation, Netzüberwachung, Statistik-Auswertungen, Abrechnung, Scripts u.v.m.