IPv4 vs. IPv6: Was ist der Unterschied?

Das Internet steht vor einer IP-Adresskrise.

Als IPv4 in den 1980er Jahren entwickelt wurde, war es darauf ausgelegt, jedem mit dem Internet verbundenen Computer eine IP-Adresse zuzuweisen.

Allerdings kann es insgesamt nur 4,3 Milliarden eindeutige IPv4-Adressen geben und die Bevölkerungszahl liegt bereits bei acht Milliarden.

Und das ist ein Problem.

Wir verlassen uns immer noch stark auf IPv4, ein System, das erschöpft ist und auf Workarounds basiert, da es heute gewaltige 80 % des Internetverkehrs abwickelt.

Glücklicherweise wurde IPv6 entwickelt, um dieses Problem zu lösen.

IPv6 bietet einen nahezu unbegrenzten Adressraum mit 340 Sextillionen Adressen.

Derzeit greifen über 45 % der Nutzer über eine IPv6-Adresse auf Google zu, und diese Zahl wächst relativ konstant. Viele Länder, wie Frankreich (74 %), Deutschland (71 %) und Indien (71 %), setzen IPv6 bereits in großem Umfang ein.

Aber warum ist nicht jeder auf diese Technologie aufgesprungen? Und was sind die grundlegenden Unterschiede zwischen diesen beiden konkurrierenden Systemen?

Lassen Sie uns die Unterschiede zwischen IPv4 und IPv6 untersuchen – die Gegenwart und Zukunft des Internets.

Was ist IPv4?

Internet Protocol Version 4 (IPv4) ist das älteste System des Internets. Seit seiner Einführung in den frühen 1980er Jahren hat IPv4 Datenpakete (Ihre E-Mails, Nachrichten, Videos usw.) zuverlässig übermittelt.

Aber IPv4 verwendet 32-Bit-Adressen, die wie folgt aussehen: 192.168.0.1.

Jede durch Punkte getrennte Zahl kann zwischen 0 und 255 liegen.

Damit verfügen wir über fast 4,3 Milliarden eindeutige Adressen.

Für die Anfänge des Internets war das mehr als ausreichend, heute reicht es jedoch bei weitem nicht aus.

Denk darüber nach: Wir sind über 8 Milliarden Menschen auf der Erde und viele von uns haben mehrere Geräte, die mit dem Internet verbunden sind. Wenn wir jedem Smartphone, Laptop und intelligenten Kühlschrank eine IPv4-Adresse geben würden, gäbe es einfach nicht genug IPv4-Adressen.

Dieser Mangel ist ein wesentlicher Grund, warum eine Aufrüstung notwendig wurde.

Was ist IPv6?

Entwickler begannen 1994 mit der Entwicklung von Internet Protocol Version 6 (IPv6). Es sollte der potenziellen Erschöpfung verfügbarer Adressen entgegenwirken. Damals schien es jedoch ein komplexer Overkill zu sein, da wir nicht damit rechneten, dass sich das Internet so schnell ausbreiten würde.

Mittlerweile ist IPv6 eine Notwendigkeit.

IPv6 verwendet 128-Bit-Adressen und bietet einen astronomisch riesigen Adressraum von ungefähr 340 Sextillionen (2¹²⁸ oder 3,4×10³⁸) eindeutige Adressen.

Um die enorme Größe des IPv6-Adressraums zu begreifen, wollen wir einige Vergleiche anstellen:

• Es gibt 8,05 Milliarden Menschen auf dem Planeten. IPv6 kann etwa 46 Oktillionen (4,7×10²⁸) eindeutige Adressen für jede Person auf der Erde beim aktuellen Bevölkerungsniveau.
• Es gibt mehr IPv6-Adressen als Sandkörner auf der Erde (schätzungsweise 7.500.000.000.000.000.000 oder 7,5×10³⁸).
• Die Anzahl der IPv6-Adressen ist größer als die Anzahl der Sterne im beobachtbaren Universum (geschätzt etwa 7×10²²).

Der IPv6-Adressraum mag zwar übertrieben erscheinen, bietet jedoch reichlich Raum für zukünftiges Wachstum und macht Techniken zur Adresskonservierung wie Network Address Translation (NAT) überflüssig. Wir kommen gleich darauf zurück.

Da das Internet der Dinge (IoT) immer weiter wächst und Prognosen zufolge 100 oder mehr Geräte pro Haushalt mit dem Internet verbunden sein werden, stellt ein riesiger Adressraum sicher, dass wir über sehr lange Zeit keine Probleme mit der Adresserschöpfung haben werden.

Wo ist IPv5?

Sie fragen sich vielleicht, warum wir von IPv4 auf IPv6 umgestiegen sind und Version 5 übersprungen haben.

IPv5 wurde Ende der 1970er Jahre einem experimentellen Protokoll namens Internet Stream Protocol (ST) zugewiesen.

ST wurde jedoch nie weithin angenommen und später aufgegeben. Um Verwechslungen mit dem bestehenden ST-Protokoll zu vermeiden, wurde die nächste Version des Internetprotokolls IPv6 genannt.

Warum können wir IPv4 nicht weiterhin wie bisher nutzen?

Weil wir keine IPv4-Adressen mehr haben.

Bereits 2011 hat die Internet Assigned Numbers Authority (IANA) ihre letzten IPv4-Adressblöcke an die Regional Internet Registries (RIRs) vergeben. Diese RIRs haben ihre verbleibenden IPv4-Adressen seitdem erweitert, aber einige Regionen sind bereits komplett aus dem Netz genommen worden.

Dies ist kein neues Problem.

Im Juni 1992 führte das unerwartete exponentielle Wachstum des Internets zur Veröffentlichung von RFC 1338, Supernetting: eine Strategie zur Adresszuweisung und -aggregation. Dieses Memo war das erste, das die Folgen der „letztlichen Erschöpfung des 32-Bit-IP-Adressraums“ diskutierte.

Zwei Jahre später wurde RFC 1631, der IP Network Address Translator (NAT), veröffentlicht.

Um zu verstehen, warum das Internet noch immer funktioniert, muss man sich mit den Konzepten und technischen Details des Routings und der Vernetzung auskennen.

Um es einfach auszudrücken: Wir teilen und verwenden IPs derzeit, wann immer möglich, wieder, und zwar mithilfe von Technologien wie Carrier-Grade NAT (CGN).

Hier ist ein vereinfachter Überblick über CGN und warum es zum Problem wird:

Angenommen, Sie haben einen Router zu Hause (nehmen wir an, dies ist Ihr WLAN-Router), der über einen globale IP-Adresse.

Wenn Sie ein Gerät mit Ihrem WLAN verbinden, weist Ihnen der Router einen lokale IP während Ihr globale IP-Adresse bleibt die gleiche wie die Ihres Routers.

Alle Ihre Internetanfragen, wie z. B. beim Ansehen von Instagram-Reels, YouTube-Videos oder beim Lesen dieses Blogs, werden über Ihren Router und den einzelnen globale IP.

Wenn Ihr Router nachts inaktiv ist, weist Ihr Internetdienstanbieter (ISP) Ihre IP-Adresse jemandem zu, der das Internet nutzen möchte.

Wenn Sie darüber nachdenken, werden Sie erkennen, dass dies zu einem Problem wird, da immer mehr Geräte eine Verbindung zum Internet herstellen und rund um die Uhr Zugriff benötigen, wie etwa Ihre Sprachassistenten (Alexa Echo Dot, Google Home, Apple Home usw.) oder Ihre Überwachungskameras.

CGN kann zwar hilfreich sein, bringt aber auch neue Probleme mit sich – Leistungseinbrüche im Netzwerk, komplexe Routing-Möglichkeiten und Probleme bei Anwendungen, die eine direkte Verbindung zwischen Benutzern benötigen.

IPv6 geht diese Bedenken direkt mit einem riesigen Adressraum an. Da IPv6 eine echte End-to-End-Verbindung ermöglicht, wird es keine gemeinsame Nutzung mehr geben. Es bietet außerdem verbesserte Sicherheit, einfachere Netzwerkeinrichtung und bessere Unterstützung für mobile Geräte.

Wie schlimm ist der IPv4-Mangel?

ISPs und ihre Kunden sind seit Jahren besorgt über den Mangel an IPv4-Adressen – wie der Beitrag dieses ServerFault-Benutzers zeigt. Um mit dem verfügbaren Pool an IPv4-Adressen zu arbeiten, gehen Netzwerkanbieter wie folgt vor:

1. ISPs verschieben IPv4-Blöcke immer wieder zwischen Städtenwas zu kurzen Ausfällen und Verbindungsneustarts für Kunden führt.
2. Um Adressen zu sparen, wurden die DHCP-Lease-Zeiten von Tagen auf Minuten verkürztDas bedeutet, dass der ISP Ihre IP jemand anderem zuweist, wenn Ihr Router einige Minuten lang inaktiv ist.
3. Aktivieren von NAT auf Customer-Premise-Equipment (CPE), selbst für Kunden, die sich abgemeldet hatten, weil keine IPs mehr verfügbar waren.
4. Begrenzen der Anzahl der Geräte, die eine Verbindung zu einem Netzwerk herstellen können gleichzeitig durch die Verwendung von MAC-Adressbeschränkungen.
5. Bereitstellung von Carrier-Grade-NAT (CGN) für Kunden die zuvor eine tatsächliche IP-Adresse hatten.

Das Problem? Diese Maßnahmen verringern die Servicequalität für ISP-Kunden.

Die Fragmentierung des IPv4-Adressraums hat außerdem zu einem Verwaltungsaufwand, erhöhten Kosten und sogar zu Ausfällen aufgrund der begrenzten Kapazität des Content Addressable Memory (CAM) auf Backbone-Routern geführt.

NAT war zwar eine vorübergehende Lösung für den Mangel an IPv4-Adressen, wird jedoch zunehmend unzureichend.

ISPs verfügen bereits über mehrere NAT-Schichten, Dies führt zu einer weniger zuverlässigen Konnektivität und zu Netzwerkproblemen, die äußerst schwer zu identifizieren und zu beheben sind.

IPv4 vs. IPv6: Was ist der Unterschied?

Wir haben die Notwendigkeit von IPv6 und seine Akzeptanzraten besprochen. Lassen Sie uns nun IPv4 und IPv6 direkt vergleichen.

Anzahl der verfügbaren Adressen

IPv4 verwendet 32-Bit-Adressen, während IPv6 128-Bit-Adressen verwendet. Dieser Unterschied wirkt sich erheblich auf die Anzahl der verfügbaren Adressen aus:

Der größere Adressraum von IPv6 macht NAT überflüssig. Mit IPv6 erhält jedes Gerät seine eigene, eindeutige, global routbare Adresse, was die Netzwerkkonfiguration vereinfacht und direkte Verbindungen ermöglicht.

Um das Ganze ins rechte Licht zu rücken: Uns würden die IPv4-Adressen ausgehen, wenn wir versuchten, jedem der acht Milliarden Menschen auf der Erde eine zuzuweisen.

Allerdings müssten wir jeder Person auf der Erde 47 Oktillionen Adressen zuweisen, damit die IPv6-Kapazitäten erschöpft wären.

Paket-Header-Struktur

IPv4- und IPv6-Pakete sind wie Umschläge, die Daten über das Internet transportieren.

Genau wie Umschläge haben sie einen Header, der wichtige Informationen für die Zustellung enthält. Allerdings haben IPv4 und IPv6 unterschiedliche Header-Designs:

IPv4-Header sind wie Umschläge mit unterschiedlichen Größen. Sie verfügen über 12 Informationsfelder und eine Prüfsumme, die sicherstellt, dass der Inhalt nicht manipuliert wurde.

IPv4 ermöglicht es sowohl dem Absender als auch dem Postamt (Router), große Pakete bei Bedarf in kleinere Teile aufzuteilen.

Auf der anderen Seite sind IPv6-Header wie standardisierte Umschläge mit einer festen Größe. Sie haben nur acht Informationsfelder und keine Prüfsumme. IPv6 erlaubt dem Absender nur, große Pakete aufzuteilen, nicht die Postamtt (Router).

Dieser vereinfachte Aufbau bietet Vorteile:

• Schnellere Bearbeitung: Mit weniger Feldern und einer festen Größe kann das Postamt IPv6-Pakete schneller sortieren und zustellen, was Verzögerungen reduziert und die allgemeine Netzwerkgeschwindigkeit verbessert.
• Effizientere Weiterleitung: Da IPv6 keine Prüfsumme hat, muss der Router das Siegel nicht bei jedem Stopp überprüfen, was den Zustellungsprozess beschleunigt. Da die Pakete außerdem nur vom Absender zerlegt werden können, müssen die Router sie nur weiterleiten.
• Bessere Unterstützung für Add-Ons: IPv6 verfügt über spezielle Header, die an den Hauptumschlag angehängt werden können, wodurch das effiziente Hinzufügen neuer Funktionen wie Sicherheit, Mobilität und Prioritätsbehandlung ermöglicht wird.

Sicherheit

IPv6 erfordert IPsec, eine Reihe von Protokollen ols, die die Integrität von IP-Paketen verschlüsseln, authentifizieren und schützen. Dies gewährleistet sicheren IPv6-Verkehr und verringert das Risiko von Schnüffelei und Datenmanipulation.

IPv6 umfasst außerdem Datenschutzerweiterungen, mit denen Geräte zufällige Adressen generieren können. Dadurch wird es für Angreifer schwieriger, einzelne Geräte über verschiedene Netzwerke hinweg zu verfolgen.

Die obligatorische IPsec-Unterstützung in IPv6 bietet im Vergleich zu IPv4 mehrere Vorteile:

• Vertraulichkeit: IPsec verschlüsselt die Daten in IP-Paketen und schützt sie vor unberechtigtem Zugriff.
• Verbesserte Integrität: Die Datenintegritätsprüfungen von IPsec verhindern Manipulationen und garantieren, dass die Daten unbeschädigt am Ziel ankommen.
• Robuste Authentifizierung: IPsec ermöglicht die gegenseitige Authentifizierung zwischen Absender und Empfänger, überprüft deren Identitäten und stoppt Spoofing-Angriffe.

Die Datenschutzerweiterungen von IPv6 befassen sich auch mit einem potenziellen Problem im Zusammenhang mit der Stateless Address Autoconfiguration (SLAAC).

Ein Gerät kann beim Verbinden mit einem Netzwerk mithilfe seiner MAC-Adresse eine IPv6-Adresse erstellen. Da sich die MAC-Adresse jedoch nicht automatisch ändert, kann das Gerät über verschiedene Netzwerke hinweg verfolgt werden.

Datenschutzerweiterungen lösen dieses Problem, indem sie Geräten ermöglichen, zufällige IPv6-Adressen zu generieren, die sich regelmäßig ändern. Dadurch wird die Verfolgung eines Geräts erschwert und die Privatsphäre der Benutzer verbessert.

Dienstqualität (QoS)

Quality of Service (QoS) ist eine Möglichkeit, bestimmte Arten von Internetverkehr gegenüber anderen zu priorisieren. Dies ist wichtig für Dinge wie Videoanrufe oder Online-Spiele, bei denen die Daten schnell und reibungslos ohne Verzögerungen oder Unterbrechungen ankommen müssen.

IPv4 und IPv6 handhaben QoS auf unterschiedliche Weise:

IPv4 verfügt über ein kleines „Type of Service“-Feld zur Priorisierung des Datenverkehrs, das jedoch auf nur 8 Bit beschränkt ist.

IPv6 führt ein größeres „Flow Label“-Feld ein, das eine bessere Kennzeichnung und Priorisierung des Datenverkehrs ermöglicht.

Dadurch kann das Netzwerk wichtige Daten, wie etwa Videoanrufe oder Spiele, leichter identifizieren und sorgt für bessere Leistung und Stabilität, sogar bei Netzwerküberlastung.

Multicast

Mit Multicast können Daten gleichzeitig an mehrere Geräte gesendet werden. Dies ist beispielsweise für Video-Streaming oder Online-Gaming nützlich. IPv4 und IPv6 handhaben Multicast unterschiedlich.

In IPv4 weist IANA eine begrenzte Anzahl von Multicast-Adressen im Bereich 224.0.0.0/4 zu.

IPv6 verfügt über einen viel größeren Pool dieser Adressen und ermöglicht es Geräten, sich diese Adressen automatisch selbst zuzuweisen. Dies erleichtert die Verwendung von Multicast für Dinge wie das gleichzeitige Streamen von Videos an viele Personen.

IPv6 verfügt außerdem über spezielle „Solicited-Node“-Adressen, die jedes Gerät automatisch erhält. Diese helfen den Geräten, sich gegenseitig im Netzwerk zu finden und Adresskonflikte zu vermeiden, sodass das Netzwerk reibungsloser läuft.

DNS-Unterstützung

Das Domain Name System (DNS) ist wie ein Telefonbuch für das Internet. Es übersetzt die Website-Namen, die Sie in Ihren Browser eingeben (wie www.example.com), in die spezifischen IP-Adressen, die Computer verwenden, um sich gegenseitig zu finden.

Die wichtigsten Unterschiede in der DNS-Unterstützung zwischen IPv4 und IPv6 sind:

1. IPv6-Adressen werden in AAAA-Einträgen (ausgesprochen „Quad-A“) gespeichert, die den A-Einträgen in IPv4 entsprechen.
2. IPv6 verwendet die Domäne IP6.ARPA für Reverse-DNS-Lookups, während IPv4 IN-ADDR.ARPA verwendet.
3. DNS-Server müssen über IPv6-Adressen verfügen, um über IPv6-Netzwerke erreichbar zu sein.

Für eine reibungslose Umstellung auf IPv6 benötigen DNS-Server und -Programme ein Update, um sowohl IPv4- als auch IPv6-Einträge verstehen zu können. So können beide Adresstypen bei der Umstellung zusammenarbeiten.

IPv6 im Internet der Dinge (IoT)

IPv6 ist wichtig für das „Internet der Dinge“ (IoT), das sich auf alle verschiedenen Geräte bezieht, die mit dem Internet verbunden sind, wie Smart-Home-Geräte und Industrieanlagen. So schneidet IPv6 im Vergleich zu IPv4 für IoT ab:

IPv6 bietet mehrere Vorteile für das IoT:

1. Adressverfügbarkeit: IPv4 hat eine begrenzte Anzahl von Adressen (4,3 Milliarden), während IPv6 eine riesige Anzahl (340 Sextillionen) hat. Das bedeutet, dass IPv6 viel mehr IoT-Geräte unterstützen kann als IPv4.
2. Aufstellen: IPv4 erfordert eine manuelle Einrichtung oder DHCP für die Adresszuweisung, während IPv6 es Geräten ermöglicht, ihre Adressen automatisch zu erstellen (SLAAC). Dies vereinfacht die Einrichtung von IoT-Geräten mit IPv6.
3. Kommunikation: IPv6 verfügt über bessere Multicast-Funktionen als IPv4 und ermöglicht eine effizientere Kommunikation zwischen IoT-Geräten und -Controllern.
4. Sicherheit: IPv6 verfügt über eine integrierte obligatorische Verschlüsselung (IPsec), die für mehr Sicherheit bei IoT-Geräten sorgt. Bei IPv4 ist dies standardmäßig nicht der Fall.

Mit der steigenden Anzahl an IoT-Geräten wird IPv6 aufgrund seines größeren Adressraums, der einfacheren Einrichtung, der verbesserten Kommunikation und der höheren Sicherheit im Vergleich zu IPv4 immer wichtiger.

So entscheiden Sie sich: IPv4 vs. IPv6

Obwohl alle Geräte in absehbarer Zukunft weiterhin abwärtskompatibel mit IPv4 bleiben, ist es sinnvoll, einige Schritte zur Umstellung auf ein IPv6-Netzwerk zu unternehmen. Um Ihnen die Entscheidung zu erleichtern, finden Sie hier eine Zusammenfassung aller Unterschiede zwischen IPv6 und IPv6, die wir oben behandelt haben.

Vorteile von IPv4

IPv4, der etablierte Standard, bietet nahezu universelle Kompatibilität mit vorhandenen Geräten und Netzwerken. Die Vertrautheit der Netzwerkadministratoren vereinfacht die Verwaltung. Jahrelange Nutzung hat zur Entwicklung und weit verbreiteten Einführung von Sicherheitsprotokollen wie IPsec und SSL/TLS geführt, was deren Sicherheit erhöht.

Vorteile von IPv6

IPv6 hingegen bietet dank seiner 128-Bit-Adressen einen wesentlich größeren Adressraum und stellt damit eine Lösung für die steigende Zahl internetfähiger Geräte dar. Die Einrichtung und Verwaltung von Netzwerken ist mit SLAAC und besserer Multicast-Unterstützung von IPv6 einfacher.

Die Sicherheit wird durch die obligatorische Unterstützung von IPsec verbessert, einer Kernfunktion von IPv6, die das Risiko von Abhören und Manipulation verringert. Das Flow Label-Feld von IPv6 ermöglicht eine bessere Priorisierung des Datenverkehrs, was für moderne Anforderungen wie Videokonferenzen perfekt ist.

Praktische Überlegungen

Unternehmen sollten bei der Umstellung von IPv4 auf IPv6 mehrere praktische Faktoren berücksichtigen. Die wichtigste Überlegung ist die Kompatibilität.

Die meisten modernen Geräte und Softwareprogramme können problemlos mit IPv6 umgehen. Bei manchen älteren Systemen ist dies jedoch möglicherweise nicht der Fall. Prüfen Sie Ihre Hardware und Software, um festzustellen, ob eine Migration möglich ist oder ob ein Hardware-Upgrade erforderlich wäre.

Bei jeder Migration entstehen Kosten, entweder wegen der Hardware-Upgrades oder wegen des Zeitaufwands. Und bei der Umstellung auf IPv6 ist das nicht anders.

Vergleichen Sie die Kosten für Hardware, Software und Schulung mit den langfristigen Vorteilen der Einführung von IPv6.

Notiz: Während der Umstellung werden beide Protokolle in Ihrem Netzwerk koexistieren und Sie werden tatsächlich ein abwärtskompatibles System benötigen, während das Internet noch auf IPv6 umgestellt wird.

Was ist die beste Wahl zwischen IPv4 und IPv6?

Die Entscheidung für IPv6 hängt von Ihrer aktuellen Konfiguration ab. Wenn Ihrem Unternehmen die IPv4-Adressen ausgehen, es erweiterte Funktionen wie eine bessere Multicast-Unterstützung benötigt oder seine Netzwerke einfach zukunftssicher machen möchte, ist die Umstellung auf IPv6 definitiv eine Überlegung wert.

Wenn man sich die Unterschiede zwischen IPv4 und IPv6 ansieht, ist IPv6 für das heutige Internet die geeignetere Wahl. Es wurde für eine Welt mit praktisch unbegrenzten Geräten entwickelt, die alle eine zuverlässige und sichere Verbindung benötigen, während dies bei IPv4 nicht der Fall war.

Aber Sie können sich auf diese Veränderung vorbereiten. Wenn Sie Geräte verwenden und an Online-Projekten arbeiten, stellen Sie sicher, dass diese IPv6 unterstützen. Diese Wahl ist hervorragend für Unternehmen, die weiter wachsen wollen. Wenn Sie sich für IPv6 entscheiden, entscheiden Sie sich dafür, jetzt und in Zukunft von mehr Menschen online entdeckt zu werden.

Sie suchen einen Partner, der Sie in die Zukunft des Internets begleitet?

Suchen Sie sich einen Hosting-Anbieter, der die Bedeutung von IPv6 versteht. DreamHost beispielsweise bietet zuverlässige IPv6-Unterstützung, sodass Sie für das, was als Nächstes kommt, gerüstet sind.

Warten Sie nicht, bis IPv4 veraltet ist. Wechseln Sie noch heute zu IPv6.

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