IPv4 vs. IPv6: Was ist der Unterschied?

Was ist eine IP-Adresse?

Eine IP-Adresse oder Internetprotokolladresse ist eine eindeutige ID. Sie identifiziert jedes Gerät in einem Netzwerk, das das Internetprotokoll verwendet. Diese Adressen sind für die Kommunikation über das Internet unerlässlich. IP-Adressen sind im Kern Binärzahlen. Sie werden jedoch normalerweise in einem für Menschen lesbaren Format angezeigt. Eine IPv4-Adresse könnte 151.101.65.121 lauten. Eine IPv6-Adresse könnte 2001:4860:4860::8844 lauten.

Im OSI-Modell befinden sich IP-Adressen in der Netzwerkschicht. Sie werden häufig mit Protokollen höherer Ebene wie TCP zum Senden von Daten verwendet.

IP-Adressen werden in fünf Klassen eingeteilt: A, B, C, D und E, die jeweils unterschiedlichen Zwecken dienen. Die folgende Tabelle zeigt die Details dieser Klassen.

Was ist IPv4?

IPv4, oder Internet Protocol Version 4, ist die vierte Version des Internetprotokolls. Es ist auch heute noch eine der am häufigsten verwendeten Versionen. IPv4 wurde 1983 eingeführt und ist seit Jahrzehnten das Rückgrat der Internetkommunikation. Es verwendet ein 32-Bit-Adressformat, das aus vier durch Punkte getrennten Zahlengruppen besteht (z. B. 192.168.1.1). Jede Zahl in der Sequenz kann zwischen 0 und 255 liegen. Dies ergibt etwa 4,3 Milliarden eindeutige IP-Adressen.

IPv4 hat das explosive Wachstum des Internets mit bemerkenswerten Erfolgen ermöglicht. Der Aufstieg der Online-Welt, insbesondere mit Smartphones, IoT-Geräten und anderen vernetzten Technologien, hat die begrenzte Anzahl von IPv4-Adressen zu einem großen Problem gemacht. Diese Beschränkung ist einer der Hauptgründe für die Entwicklung von IPv6.

Struktur von IPv4-Adressen

1. Netzwerkteil:Dieser Teil der IP-Adresse identifiziert das Netzwerk, zu dem das Gerät gehört. Er ist wichtig für die Weiterleitung von Daten an das richtige Netzwerkziel innerhalb eines größeren Netzwerks.

2. Hostteil: Der IPv4-Hostteil wird jedem Gerät zugewiesen und identifiziert es eindeutig im Netzwerk. Im Wesentlichen bleibt der Netzwerkteil der Adresse für alle Geräte innerhalb desselben Netzwerks konsistent, während der Hostteil für jedes Gerät unterschiedlich ist.

3. Subnetzteil: Der Subnetzteil in IPv4 ist optional. Subnetznummern werden großen lokalen Netzwerken mit zahlreichen Hosts zugewiesen. Vor der Zuweisung dieser Nummern wird das Netzwerk in Subnetze unterteilt und jedes Subnetz erhält eine eigene eindeutige Nummer.

Arten von IPv4-Adressen

1. Öffentliche IP-Adresse

Eine öffentliche IP-Adresse ist eine eindeutige Kennung, die weltweit im Internet zugänglich ist.

2. Private IP-Adresse

Eine private IP-Adresse wird innerhalb eines lokalen Netzwerks (LAN) verwendet und ist nicht über das Internet zugänglich. Diese Adressen ermöglichen eine eindeutige Identifizierung von Geräten innerhalb des lokalen Netzwerks, werden jedoch nicht global verwendet.

Die Internet Assigned Numbers Authority (IANA) hat drei Blöcke privater IP-Adressen zur Verwendung reserviert:

• 10.0.0.0 bis 10.255.255.255 (10.0.0.0/8)
• 172.16.0.0 bis 172.31.255.255 (172.16.0.0/12)
• 192.168.0.0 bis 192.168.255.255 (192.168.0.0/16)

3. Loopback-IP-Adresse
Eine Loopback-IP-Adresse ist eine spezielle Adresse in IPv4, die zum Testen der Netzwerkkommunikation auf einem lokalen Gerät verwendet wird. Die gebräuchlichste Loopback-Adresse ist 127.0.0.1, die sich auf das Gerät selbst bezieht. Wenn Datenpakete an die Loopback-Adresse gesendet werden, werden sie an das sendende Gerät zurückgesendet.

Darüber hinaus umfasst IPv4 spezielle IP-Adresstypen wie Multicast-Adressen, die zum Senden von Daten an eine Gruppe von Geräten in einem Multicast-Netzwerk verwendet werden, und Broadcast-Adressen, die Datenpakete an alle Geräte in einem verbundenen Netzwerk senden. Die Verwendung und Konfiguration dieser IP-Adresstypen hängt von der jeweiligen Netzwerkkonfiguration und den Anforderungen ab.

Funktionen von IPv4

1. 32-Bit-IP-Adressen: IPv4-Adressen sind 32 Bit lang, sodass maximal 4,3 Milliarden eindeutige Adressen möglich sind.
2. Dezimalformat: IPv4-Adressen werden in einem numerischen Dezimalformat ausgedrückt, sodass sie für Menschen relativ einfach zu lesen und zu verstehen sind.
3. Header-Größe: Der IPv4-Header ist 20 Byte lang und enthält 12 Felder, die wichtige Informationen für die Datenpaketübertragung bereitstellen.
4. Übertragungsarten: IPv4 unterstützt verschiedene Arten der Datenübertragung, darunter Broadcast (an alle Geräte in einem Netzwerk), Unicast (an ein bestimmtes Gerät) und Multicast (an mehrere Geräte gleichzeitig).

Vorteile von IPv4

1. Weit verbreitete Verwendung:IPv4 ist die am häufigsten verwendete Version des Internetprotokolls. Es funktioniert mit fast allen Geräten, Apps und Netzwerken.
2. Effiziente Zuweisung:IPv4 verfügt über ein gut etabliertes System zur effizienten Zuweisung von IP-Adressen mit rund 85.000 praktikablen Routern.
3. Verschlüsselungsfunktionen: IPv4 kann verschlüsselt werden, wodurch es mit den Fortschritten bei IP-Sicherheit und Datenschutzmaßnahmen Schritt halten kann.
4. Multicast-Unterstützung: IPv4 unterstützt Multicast-Kommunikation, was besonders für Anwendungen wie Streaming-Medien nützlich ist, bei denen Daten gleichzeitig an mehrere Geräte gesendet werden müssen.

Nachteile von IPv4

1. Begrenzter Adressraum: Mit nur 4,3 Milliarden eindeutigen Adressen kann IPv4 die wachsende Zahl mit dem Internet verbundener Geräte nicht bewältigen, was zur Erschöpfung der Adressen führt.
2. Komplexe Konfiguration: IPv4-Netzwerke erfordern häufig eine manuelle Konfiguration oder die Abhängigkeit von DHCP-Servern (Dynamic Host Configuration Protocol), um Geräten IP-Adressen zuzuweisen.
3. Sicherheitseinschränkungen: IPv4 kann zwar verschlüsselt werden, seine Sicherheitsfunktionen sind jedoch nicht zwingend erforderlich, sodass es für bestimmte Arten von Cyberangriffen anfällig ist.
4. Ineffiziente Mobilität: Dank IP-Mobilität können Geräte zwischen Netzwerken wechseln, ohne die Verbindung zu verlieren. Das bedeutet, dass Benutzer das Netzwerk wechseln können, ohne dass ihre Kommunikation unterbrochen wird. IPv4 ermöglicht Mobilität, ist jedoch nicht sehr effizient. Das liegt daran, dass es über ein eigenes System verfügt. IPv4 benötigt Mobile IP (MIP) und Dreiecksrouting, um das Adressraumproblem für mobile Geräte zu lösen.
5. Geografische Einschränkungen: Die USA haben IPv4 entwickelt und besitzen die meisten Adressen. Von über 4 Milliarden Adressen befinden sich 1.541.605.760 (etwa 35,9 %) in den Vereinigten Staaten, mehr als in jedem anderen Land.

Was ist IPv6?

IPv6, die neueste Version des Internetprotokolls, wurde entwickelt, um die Probleme von IPv4 zu beheben. IPv6 wurde 1998 eingeführt und verwendet ein 128-Bit-Adresssystem. Dies ermöglicht nahezu unendlich viele eindeutige IP-Adressen. Zum Vergleich: IPv4 bietet nur 4,3 Milliarden Adressen, während IPv6 etwa 340 Sextillionen (340 x 10^36) Adressen verarbeiten kann. Das ist eine enorme Verbesserung. IPv6 bietet nicht nur mehr Adressen, sondern macht die Internetkommunikation auch effizienter, sicherer und skalierbarer. Da immer mehr Geräte ständig mit dem Internet verbunden sind, wird die Verwendung von IPv6 immer wichtiger.

Arten von IPv6-Adressen

1. Unicast-Adresse
Eine Unicast-Adresse identifiziert einen bestimmten Knoten in einem Netzwerk eindeutig, unabhängig davon, ob es sich um einen Sender oder einen Empfänger handelt.
2. Multicast-Adresse
Eine Multicast-Adresse bezeichnet einen Netzwerkstandort für das Multicasting von Datenpaketen. Es wird als Ziel für ein Datagramm verwendet und identifiziert eine Gruppe von IP-Geräten innerhalb des Netzwerks.
3. Anycast-Adresse
Anycast-Adressen werden einer Reihe von Schnittstellen zugewiesen, die zu verschiedenen Knoten gehören, sodass Daten an das nächstgelegene oder effizienteste Ziel weitergeleitet werden können.

Funktionen von IPv6

1. 128-Bit-IP-Adressen: IPv6-Adressen sind 128 Bit lang und bieten eine nahezu unendliche Anzahl eindeutiger Adressen.
2. Hexadezimalformat: IPv6-Adressen werden im Hexadezimalformat ausgedrückt, das komplexer als das Dezimalformat von IPv4 ist, aber mehr Flexibilität bietet.
3. Vereinfachter Header: IPv6-Header sind 40 Byte lang und enthalten 8 Felder, wodurch sie im Vergleich zu IPv4-Headern schlanker und effizienter sind.
4. Verbesserte Sicherheit:IPv6 umfasst integrierte Unterstützung für Internet Protocol Security (IPSec), das Authentifizierung, Integrität und Vertraulichkeit von Daten bietet.

IPv4 vs. IPv6: Wichtige Unterschiede

Vorteile von IPv6 gegenüber IPv4

1. Größerer Adressraum
IPv6 bietet einen riesigen Adressraum mit 128-Bit-Adressen im Vergleich zu den 32-Bit-Adressen von IPv4. Diese Erweiterung trägt der wachsenden Zahl internetfähiger Geräte Rechnung und gewährleistet Skalierbarkeit.

2. Vereinfachte Netzwerkkonfiguration
IPv6 verfügt über eine zustandslose automatische Adresskonfiguration. Geräte können damit automatisch IP- und DNS-Einstellungen generieren. Dies reduziert den Bedarf an DHCP und NAT.

3. Verbesserte Sicherheitsfunktionen
IPv6 integriert IPsec (Internet Protocol Security) als unverzichtbare Funktion. Es bietet eine bessere Authentifizierung und Verschlüsselung, während IPsec bei IPv4 optional ist, was IPv6 zu einer sichereren Option für den Datenschutz macht.

4. Mobilitätsunterstützung
IPv6 unterstützt mobile Geräte mit Mobile IPv6 (MIPv6) und Multicast Listener Discovery (MLD), wodurch nahtlose IP-Verbindungen auch bei Bewegung der Geräte möglich sind und das Routing des Multicast-Verkehrs verbessert wird.

5. Verbesserte Dienstgüte (QoS)
IPv6 bietet integrierte Unterstützung für QoS. Dies verbessert die Verkehrspriorisierung und Ressourcenreservierung. Dies ist wichtig für Echtzeitanwendungen wie Sprach- und Videokonferenzen.

6. Aktivierung des Internets der Dinge (IoT)
IPv6 verfügt über viele Adressen, was ideal für die Verbindung vieler Geräte des Internets der Dinge (IoT) ist. Es verarbeitet Datenpakete außerdem effizient und verfügt über eine einfachere Datenstruktur. Dadurch ist IPv6 ideal für IoT-Geräte mit geringer Leistung oder Verarbeitungskapazität.

7. Zukunftssichere Netzwerke
Die Umstellung auf IPv6 ist wichtig für die Zukunft des Internets. Da wir alle verfügbaren IPv4-Adressen verbrauchen, stellt IPv6 sicher, dass uns nicht der Speicherplatz für neue Geräte ausgeht. Diese Umstellung hilft unseren Netzwerken zu wachsen und zukünftige Anforderungen zu erfüllen.

Nachteile von IPv6

1. Kompatibilitätsprobleme
IPv6 ist nicht mit dem älteren IPv4-System kompatibel. Damit beide Systeme zusammenarbeiten, benötigen wir spezielle Tools. Diese Tools, wie „Dual-Stack“ oder „Tunneling“, helfen IPv6- und IPv4-Geräten, miteinander zu kommunizieren. Das bedeutet, dass wir beim Wechsel zu IPv6 diese Tools verwenden müssen, um die Verbindung aufrechtzuerhalten.

2. Komplexer Übergang
Der Wechsel von IPv4 zu IPv6 ist für Unternehmen mit umfangreicher IPv4-Infrastruktur eine Herausforderung. Der Prozess erfordert sorgfältige Planung, Zeit und Ressourcen.

3. Längere Adressnotation
IPv6-Adressen sind länger und komplexer als IPv4-Adressen. Dadurch sind sie schwerer zu merken und zu verwenden.

4. Langsamere Einführung
Die Einführung von IPv6 verlief langsamer als erwartet. Dies liegt an der weiten Verbreitung von IPv4 und den Herausforderungen, die die Umstellung auf ein neues Protokoll mit sich bringt. Die Akzeptanz steigt jährlich um 5 %.

5. Weniger technischer Support
IPv6 ist nicht vollständig in die globale Infrastruktur integriert. IPv4 ist die beliebteste Version, daher wird es weltweit verwendet und die aktuelle Infrastruktur ist natürlich darauf ausgelegt. Außerdem erfordert IPv6 eine umfassende Modernisierung der Infrastruktur und der Geräte.

6. Routing-Leistung
IPv6 verlässt sich aufgrund der fehlenden Unterstützung für bestimmte Routing-Protokolle auf statische Routen. Es vereinfacht die Einrichtung kleiner Netzwerke und reduziert die CPU-Last. Es verursacht jedoch Probleme wie menschliches Versagen, Fehlerintoleranz, administrative Distanz und administrativen Overhead. Diese Probleme führen dazu, dass IPv6 weniger beliebt ist als IPv4.

Umstellung von IPv4 auf IPv6

Die Umstellung von IPv4 auf IPv6 ist nicht ohne Herausforderungen. Eines der Haupthindernisse ist die schiere Größe der vorhandenen IPv4-Infrastruktur. Viele Organisationen haben stark in IPv4-Netzwerke investiert. Die Umstellung auf IPv6 kann kostspielig und zeitaufwändig sein.

Hier finden Sie einige Möglichkeiten, um das Problem der Verbindung von IPv4- und IPv6-Systemen zu lösen und den Übergang zu erleichtern:

1. Dual Stack

Die Dual-Stack-Methode ermöglicht die gleichzeitige Verwendung von IPv4 und IPv6. Durch die Konfiguration von Routern zur Unterstützung beider IP-Versionen können Geräte unabhängig von ihrer IP-Version netzwerkübergreifend kommunizieren. Diese Methode erleichtert die Interaktion mit IPv6 bei gleichzeitiger Beibehaltung der IPv4-Unterstützung. Allerdings sind möglicherweise nicht alle IPv4-Geräte mit IPv6 kompatibel, sodass alternative Methoden erforderlich sind.

2. Tunneling

Beim Tunneling werden IPv6-Pakete in IPv4-Pakete gekapselt. Dies ermöglicht ihre Übertragung über IPv4-Netzwerke. Wichtige Tunneling-Methoden sind:

• Manuelle IPv6-Tunnel:Dies sind Tunnel zwischen IPv4- und IPv6-Routern. Sie kapseln und dekapseln den Datenverkehr für die Kommunikation über Netzwerke.
• Generic Routing Encapsulation (GRE)-Tunnel: GRE, das für IPv6-Tunneling verwendet wird, kann mehrere Protokolle verarbeiten. Es unterstützt IPv6-zu-IPv4-Tunneling und umgekehrt.

3. Übersetzung

Übersetzungsmethoden konvertieren Datenverkehr zwischen IPv4 und IPv6 ohne Verwendung einer gemeinsamen Schnittstelle. Diese Methoden umfassen:

• NAT64: Eine erweiterte Form von NAT. Es verwaltet zustandsbehaftete Bindungen und übersetzt zwischen IPv4- und IPv6-Adressen.
• Netzwerkadressübersetzung: Konvertiert IPv4-Adressen in IPv6 und kehrt sie um. Außerdem werden Protokolle mithilfe eines Gateways auf Anwendungsebene abgebildet.

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