Damit Computer weltweit miteinander kommunizieren können, benötigen sie eindeutige Adressen – im Internet sind das IP-Adressen. Über Jahrzehnte dominierten IPv4-Adressen.
Inzwischen gibt es jedoch eine alternative Version, IPv6, die mit einem viel größeren Adressraum und einigen technischen Verbesserungen aufwartet. Obwohl IPv6 eigentlich die Zukunft sein sollte, hat sich die vollständige Umstellung verzögert, weshalb IPv4 und IPv6 heute parallel existieren. Was genau ist an IPv6 neu und anders, und weshalb gibt es diese Koexistenz?
Inhalt
1. Entwicklung
1.1 Ursprung von IPv4
Der Ursprung des Internet Protocol (IP) reicht zurück bis in die späten 1970er-Jahre, als das ARPANET auf das TCP/IP-Modell umgestellt wurde. IPv4 definierte damals 32 Bit Adressen – das entspricht rund 4,3 Milliarden eindeutig möglicher IPs. Zu jener Zeit wirkte diese Menge riesig. Doch in den 1990ern zeigte sich, dass das World Wide Web und die rasante Verbreitung von Rechnern bald mehr IP-Adressen fordern würden, als IPv4 langfristig hergeben kann. Ergänzende Techniken wie CIDR (Classless Inter-Domain Routing) oder NAT (Network Address Translation) verschafften zwar eine Atempause, doch das Grundproblem – begrenzter Adressraum – blieb bestehen.
1.2 Entwicklung und Ziele von IPv6
Um die drohende Erschöpfung des IPv4-Adressraums zu beheben, entwickelte die IETF (Internet Engineering Task Force) die nächste Version: IPv6. Bereits in den 1990ern entstanden erste Entwürfe, bis schließlich in den 2000ern die Standards finalisiert wurden. Hauptziel von IPv6 ist ein massiv erweiterter Adressraum (128 Bit statt 32 Bit). Das ergibt theoretisch rund 3,4 × 10^38 Adressen – mehr als genug, um jedes Gerät, Auto, Sensor und noch mehr eindeutig zu vernetzen. Daneben führte man neue Mechanismen ein, die die Konfiguration und das Routing vereinfachen und NAT überflüssig machen sollten.
1.3 Warum Koexistenz?
Obwohl IPv6 rein technisch vieles besser macht, kann man das bestehende Internet mit Millionen von Routern, Servern und Clients nicht einfach „auf IPv6 umschalten“. Zudem laufen viele Legacy-Systeme ausschließlich über IPv4. Daher existieren verschiedene Übergangstechniken wie Dual-Stack (ein Gerät hat sowohl IPv4- als auch IPv6-Adressen), NAT64 oder Tunnel, um IPv4- und IPv6-Verkehr miteinander zu verbinden. Infolgedessen besteht bis heute eine Mischwelt, in der IPv4 weiter genutzt wird, während IPv6 schrittweise eingeführt wird.
2. Adressierung und Aufbau
2.1 IPv4-Adressen
- Länge: 32 Bit
- Notation: Vier Dezimalzahlen (0–255), z. B.
192.168.0.1 - Adressraum: ca. 4,3 Milliarden eindeutige Adressen
- Subnetting: Durch CIDR (z. B.
/24), private Adressbereiche (10.x.x.x, 192.168.x.x, 172.16.x.x) und NAT-Lösungen in Heimnetzwerken.
Die regelmäßige Knappheit führte dazu, dass Provider oft nur eine kleine Handvoll öffentlicher IPv4-Adressen besitzen und bei vielen Kunden NAT einsetzen müssen (Carrier-Grade NAT). Dies erschwert manche Anwendungen (z. B. Peer-to-Peer, eigenes Hosting).
2.2 IPv6-Adressen
- Länge: 128 Bit
- Notation: Acht Blöcke aus hexadezimalen Werten, z. B.
2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334. Führende Nullen dürfen weggelassen werden, und ein zusammenhängender Block aus Nullen kann einmalig mit::ersetzt werden. - Adressraum: 2^128 ≈ 3,4×10³⁸ = 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 (340 Sextillionen) eindeutige Adressen. Somit könnte jeder Mensch auf dieser Welt jeweils 41.244.229.736.854.175.206.745.788.148 Geräte mit einer eigenen IP versorgen. Das ist also für extrem viele Geräte ausreichend.
- Subnetting: Üblich sind /64-Netze für ein Subnetz, wodurch jedes Gerät 2^64 mögliche Adressen hat. Das vereinfacht die Aufteilung und macht NAT unnötig.
IPv6-Adressen bestehen meist aus Global Routing Prefix, Subnet ID und Interface Identifier. Letztere kann per SLAAC automatisch generiert werden, was das manuelle Konfigurieren vereinfacht.
3. Technische Unterschiede im Detail
3.1 Header-Aufbau
| Kriterium | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| Header-Länge | 20 Byte (oder mehr mit Optionen) | 40 Byte, feste Länge + optional Ext. Header |
| Adresslänge | 32 Bit | 128 Bit |
| Checksumme | Enthält Header-Checksum | Keine Checksumme (Transport-Schicht o. MAC) |
| Fragmentierung | Router dürfen fragmentieren (Optional) | Nur End-System fragmentiert (falls nötig) |
| Optionen | Variabler Optionsbereich | Extension Header (d. h. modularer Aufbau) |
IPv6 versucht den Header zu vereinfachen, Router sollen Pakete leichter weiterleiten, ohne sich mit Optionen beladen zu müssen.
3.2 Autokonfiguration
- IPv4 setzt meist auf DHCP. Heimrouter vergeben private IPs (z. B. 192.168.178.x), die mittels NAT ins Internet kommen.
- IPv6 ermöglicht SLAAC (Stateless Address Autoconfiguration): Clients generieren ihre Adressanteile selbst, basierend auf dem vom Router gesendeten Präfix. Alternativ oder ergänzend existiert DHCPv6.
3.3 NAT und End-to-End
IPv4 nutzt häufig NAT, um Adressen einzusparen und interne Netze zu verstecken. Das durchbricht das ursprüngliche „End-to-End“-Prinzip des Internets. IPv6 hingegen kann alles direkt routen – jedes Gerät hat eine global gültige Adresse. Für die Sicherheit nutzt man Firewalls anstelle von NAT. Real existiert teils NAT66, ist jedoch nicht Standard.
3.4 Sicherheit (IPsec)
IPsec existiert in beiden Protokollen, allerdings war es bei IPv4 optional, während man in IPv6 anfangs vorsah, IPsec als integralen Bestandteil zu nutzen. Trotzdem nutzen viele Admins lieber TLS-basierte VPNs (OpenVPN, WireGuard). IPv6-Firewalls müssen oft so konfiguriert werden, dass unerwünschte eingehende Pakete geblockt werden, da ohne NAT jedes Gerät potenziell von außen erreichbar ist.
4. Praktische Aspekte der Implementierung
4.1 Koexistenz-Strategien
| Verfahren | Beschreibung |
|---|---|
| Dual-Stack | Endgerät/Netz bekommt sowohl IPv4- als auch IPv6-Adresse. Gängig bei vielen ISPs. |
| NAT64 | IPv6-Clients erreichen IPv4-Only-Server via Übersetzung (64:ff9b::/96). |
| 6to4, Teredo | Tunnel-Verfahren, um IPv6-Traffic über IPv4-Netze zu leiten (bspw. bei Mangel an nativer Unterstützung). |
4.2 Provider und Endkunden
ISPs setzen oft auf DS-Lite (Dual-Stack Lite), bei dem Kunden nativ IPv6 und getunneltes IPv4 hinter Carrier-Grade NAT bekommen. Das reicht für Surfen. Wer Serverdienste (z. B. Spiele-Server, Remote-Zugriff) anbietet, leidet manchmal unter NAT-Problemen im IPv4-Bereich. IPv6 hingegen erlaubt direktes Hosting, sofern Firewall-Rules stimmen.
4.3 Heimumgebung
- Router: Viele Home-Router (FRITZ!Box, Speedport, etc.) sind Dual-Stack-fähig. Bei manchen muss man IPv6 aktivieren.
- Geräte: Windows, macOS, Linux, Android, iOS sind standardmäßig IPv6-fähig. Je nach ISP bekommt man ein IPv6-Präfix.
- Vorteil: Geräte können von außen direkt angesprochen werden, z. B. Smart-Home-Kameras, ohne Portforwarding. Dafür sollte man firewallen.
4.4 Enterprise-Umgebung
Unternehmen tun sich teils schwer mit IPv6, weil:
- IT-Personal muss IPv6 adressplanung, DNS, RA, DHCPv6 etc. lernen.
- Sicherheitskonzepte ändern sich, NAT verliert an Relevanz.
- Viele Legacy-Systeme können nur IPv4 oder sind schlecht getestet.
Daher betreiben sie IPv6 oft nur testweise oder Dual-Stack. Netzwerk-Equipment (Switches, Router, Firewalls) sollte IPv6 nativ supporten, was bei modernen Geräten üblich ist.
5. Gegenüberstellung und Fazit
5.1 Tabelle: IPv4 vs. IPv6
| Merkmal | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| Adresslänge | 32 Bit (~4,3 Mrd. Adressen) | 128 Bit (~3,4 × 10^38 Adressen) |
| Notation | Dezimalpunkt: z. B. 192.168.0.1 | Hexadezimal mit Doppelpunkten: 2001:db8::1 |
| Headergröße | 20 Byte (ggf. + Optionen) | 40 Byte fester Basisheader + Erweiterungsheader |
| Fragmentierung | Router können fragmentieren | Nur Endsystem darf fragmentieren |
| Konfiguration | DHCP, manuell, private Adressen + NAT | SLAAC, DHCPv6, global geroutet, kein NAT nötig |
| Sicherheitskonzept | NAT weit verbreitet, IPsec optional | IPsec integraler Bestandteil, End-to-End möglich |
| Adressknappheit | De-facto ausgeschöpft, Workarounds mit CGNAT | Sehr großer Raum, praktisch kaum limitiert |
| Übergang | Viele Übergangsverfahren, Dual-Stack | – |
| Vorteil | Weit verbreitet, altbewährt, „alles läuft“ | Massiver Adressvorrat, modernes Design |
| Nachteil | Adressen knapp, NAT-Komplexität, kein End-to-End | Komplexe Koexistenz, Implementierung teils schleppend |
5.2 Zusammenfassung und Ausblick
IPv4 hat das Internet groß gemacht, stößt jedoch seit Jahren an Kapazitätsgrenzen. IPv6 ist die Antwort mit einem fast unerschöpflichen Adressraum und technischen Verbesserungen. Dennoch bleibt die Umstellung schwierig, weil alle Beteiligten (ISPs, Firmen, private Router) mitziehen müssen. Bis heute – rund 20 Jahre nach den ersten IPv6-Spezifikationen – betreiben wir überwiegend Dual-Stack oder nutzen Tunnellösungen.
Für Nutzer bedeutet das: Die meisten haben es nicht bemerkt, aber viele Rechner haben längst eine IPv6-Adresse. Wer spezialisierte Anwendungen betreibt, profitiert von direkter End-to-End-Erreichbarkeit im IPv6-Fall – vorausgesetzt, der Provider gibt einem ein natives IPv6-Netz. Firmen können interne Netze auf IPv6 umstellen, doch die Lernkurve und Migrationskosten sind real.
Fazit: IPv4 und IPv6 unterscheiden sich vor allem im Addressing (32 vs. 128 Bit) und manchen technologischen Details (Header, Autokonfiguration, NAT-Freiheit). IPv6 bietet eindeutig die langfristige Zukunft, ohne Adressknappheit und potenziell effizienterem Routing. Trotzdem wird IPv4 noch lange bleiben, schon wegen abertausender Legacy-Geräte, Services und praktischer Komplexität. Eine Welt, in der IPv6 allein existiert, mag das Endziel sein – doch Koexistenz und Dual-Stack werden uns noch mehrere Jahre, wenn nicht Jahrzehnte begleiten.
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