IPv6 versus IPv4: Gemeinsamkeiten und Unterschiede

Digitales Business

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Datum 20.04.2021
Lesezeit 7 Min.

IPv6 versus IPv4: Gemeinsamkeiten und Unterschiede

Während IPv4 noch immer gängiger Standard bei der Adressvergabe im Internet ist, bietet der Internetprotokoll-Standard IPv6 deutlich mehr Möglichkeiten und vor allem: Genug individuelle Adressen für eine riesige Anzahl einzeln vernetzbarer Geräte. Große Teile des Internet der Dinge basieren daher schon heute auf IPv6 und das bisherige Internet könnte schon bald folgen.

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Obwohl es im Jahr 2011 in einigen Schlagzeilen hieß, es könne bald keine neuen Webseiten mehr geben, weil alle Adressen vergeben seien, existiert das Internet mitsamt neuer Webseiten noch immer. Dennoch ist – von Anwendern weitgehend unbemerkt – ein Umbruch des Adress-Standards von IPv4 hin zum neuen Standard IPv6 in Gang. Wenn von Internet-Übertragungsprotokollen und IP-Adressen die Rede ist, denken sachkundige Anwender und Administratoren meist auch weiterhin an IPv4. Diese Version des Internetprotokoll-Standards existiert seit 1981 und sollte eigentlich schon länger durch IPv6 abgelöst werden. Grund hierfür ist unter anderem, dass IP-Adressen bei diesem Protokoll-Standard nicht mehr dynamisch vergeben werden müssen, wie dies bei Heimnetzen üblich ist. Wir klären auf, wo die Unterschiede zwischen den Standards liegen und ob für Unternehmen aktuell Handlungsbedarf besteht.

 

IPv4 und IPv6: Was ist der Unterschied?

Der Internetprotokoll-Standard, oder IP-Standard, soll gemäß seiner Definition dafür sorgen, dass jeder Webseite und jedem Gerät, das mit dem Internet verbunden ist, eine weltweit eindeutige Adresse zugewiesen wird. Die Bezeichnung IPv4 steht für Internetprotokoll Version vier: Die Adressen sind als zwölfstellige Zahl aufgebaut, die durch Punkte getrennt ist und beispielsweise in der Form 139.7.147.49 geschrieben wird.

Mit IPv4 lassen sich theoretisch knapp 4,3 Milliarden unterschiedliche Internetadressen erzeugen. Was nach viel klingt, ist in der Praxis schon seit langem knapp: Ein Grund hierfür ist die Tatsache, dass mittlerweile über vier Milliarden Menschen über einen Internetanschluss verfügen – und jeweils immer mehr Geräte besitzen, die mit dem Internet verbunden werden sollen. Das Internet der Dinge und die wachsende Smart-Home-Nutzerschaft erhöhen den Bedarf an eindeutigen Internetadressen zusätzlich.

IPv4: Ein Protokoll-Standard an seinen Grenzen

Um dem Problem der schrumpfenden Anzahl freier IPv4-Adressen zu begegnen, werden in IPv4-Netzen häufig sogenannte Subnetze erzeugt. Im Heimbereich beispielsweise beginnen IP-Adressen meist mit 192.168. und enden mit einer individuellen Zahlenkombination. Derartige IP-Adressen sind von der IANA als „privat” ausgewiesen und können unter dieser Adresse aus dem Internet nicht direkt erreicht werden. Die Verwaltung der Geräte „hinter” dem Router übernimmt der Router selbst und weist den Geräten jeweils eigene Adressen innerhalb des Heimnetzwerkes zu. Der IPv4-Standard wird hierdurch entlastet, da ein Router nur eine IP-Adresse braucht, um mehrere Geräte anzusteuern – die sogenannte Network Address Translation (NAT) macht es möglich. Im Grunde stellt dieses Vorgehen jedoch eine Verletzung des Protokoll-Standards dar, der eine freie Ende-zu-Ende-Kommunikation in beide Richtungen vorsieht. Bei IPv6 ist dieser Adressierungsumweg nicht nötig.

In einem üblichen Heimnetz, aber auch bei vielen Firmen, erfolgt die Ansteuerung der vorhandenen Geräte wie Computer, Smartphone oder Smart-Home-Fernseher über einen vorgeschalteten Router, der die eingehenden Datenpakete entgegennimmt und an die angeschlossenen Geräte weiterleitet. Aus diesem Grund (ver-)braucht das gesamte Heimnetz in der Praxis nur eine einzige (öffentliche) IP-Adresse. Wäre das nicht der Fall, würde die Menge an verfügbaren Internetadressen beim derzeitigen Internetprotokoll-Standard IPv4 längst nicht mehr ausreichen, um jedes Gerät mit dem Internet zu verbinden.

Bei Firmen wiederum, die auf eine ständige Erreichbarkeit ihrer Peripherie aus dem Internet angewiesen sind, verschärft sich das Problem zusätzlich, da sie für verschiedene Geräte oder Geräteverbunde jeweils eine feste, weltweit bekannte IP-Adresse benötigen. Im Heimbereich wird diese normalerweise alle 24 Stunden beziehungsweise bei erneuter Einwahl des Routers dynamisch neu vergeben.

Abhilfe soll hier der Protokoll-Standard IPv6 schaffen. Das Internetprotokoll Version sechs wird seit 1998 als offizieller Nachfolger von IPv4 betrachtet. Der Standard bietet die Möglichkeit, anstelle von 32 Bit oder circa 4,3 Milliarden Einzeladressen im 128-Bit-Bereich zu arbeiten. Hierdurch wird die separate und dauerhafte Adressierung von bis zu 340 Sextillionen (eine Sextillion entspricht einer eins mit 36 Nullen) Einzelgeräten wie beispielsweise Wandthermostaten, Kühlschränken, aber auch Warenpaletten und sogar einzelnen Produkten innerhalb eines Kühlschranks möglich. Eine IPv6-Adresse besteht aus 32 Hexadezimalzahlen und kann beispielsweise so aussehen:

2a02:0db8:0b01:08d3:0215:5dff:0370:0a02

Eine IPv6-Adresse mit 128 Bit besteht hierbei aus einem meist 64 Bit langen sogenannten Präfix und einem dann ebenfalls 64 Bit langen, eindeutigen Identifier. Sogenannte Privacy Extensions sollen wiederum dafür sorgen, dass nicht automatisch aus einer IPv6-Adresse ein konkreter Rückschluss auf die Identität eines Netzteilnehmers möglich ist. Die Vergabe der IPv6- wie auch der IPv4-Adressen erfolgt grundsätzlich über die IANA-Organisation (Internet Assigned Numbers Authority), die im Wesentlichen Subnetze definiert, die dann nach mehreren Zwischenschritten von den entsprechenden Providern zu einzelnen Adressen ausgeweitet werden.

 

Ausklappbare Informationsgrafik
Beim IPv4-Standard werden IP-Adressen üblicherweise dynamisch über einen Router vergeben. In IPv6 sind diese häufig fest einem Gerät zugeordnet.

 

Subnetting in IPv6 und IPv4

Gerade Betreiber von firmeneigenen Netzen kommen häufig um das Thema Subnetting nicht herum. Hierbei werden innerhalb eines zusammenhängenden Adressraums von IP-Adressen sogenannte Teil- oder Subnetze gebildet – kurz gesagt spricht man auch von Subnetting. Gründe hierfür sind die oben erwähnten Probleme mit der verfügbaren Anzahl an IP-Adressen. Durch Subnetting ergeben sich sowohl in IPv6, als auch in IPv4 eine Reihe von Vorteilen:

  • Doppelte IP-Adressen möglich: In einem „eigenen”, nicht öffentlichen Subnetz können IP-Adressen auch doppelt existieren – im „freien” Internet ist dies ohne weiteres nicht möglich, da die Adresse sonst nicht mehr eindeutig wäre.
  • Höhere Netzwerkperformance: Neben den eigentlichen Daten laufen im Internet jede Menge Dienst- und andere Anfragen. Liegen Sender und Empfänger im selben Subnetz, werden sowohl das Subnetz als auch das übrige Netz entlastet und die Gesamtperformance steigt.
  • Mehr Struktur: Ist ein IP-Adressraum nicht vollkommen ausgelastet, können leichter weitere Rechner hinzugefügt werden, was die Struktur und Flexibilität der IT-Umgebung verbessert.
  • Verbesserte Sicherheit: Durch Subnetting trennen Sie bestimmte Netzabschnitte vom restlichen Netz ab, was es Hackern schwieriger macht, diese zu erreichen.

Im IPv4-Adressraum ist genau wie bei IPv6 jede IP-Adresse in einen Netzwerk- und einen Hostbereich unterteilt. Dies lässt sich recht gut am Beispiel einer Postadresse veranschaulichen: Die Netzadresse ist quasi die Stadt, in der die Adresse liegt – in einer Stadt wiederum gibt es meist mehrere Straßen. Die eindeutige Identifizierung eines Teilnehmers erfolgt nun anhand der vollständigen Adresse durch die Kombination aus Postleitzahl, Stadt, Straße und Hausnummer. Verschickt nun jemand einen Brief innerhalb derselben Stadt, muss dieser die Stadt gar nicht erst verlassen, sondern verbleibt (idealerweise) im örtlichen Briefzentrum. Es liegt auf der Hand, dass diese Art der Zustellung weniger Arbeitsschritte umfasst, als wenn sämtliche Briefe zunächst „bundesweit” (oder gar weltweit) erfasst und dann neu verteilt würden.

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Im IPv4-Protokoll heißen diese verschieden großen Subnetze nach ursprünglicher Definition Netzklassen. Ein Netz der Klasse A verwendet hier beispielsweise eine Subnetzmaske in der Form 255.0.0.0 und ermöglicht somit mehr als 16 Millionen einzelner Hosts in einem Subnetz. Ein Netz der Klasse C hingegen, wie sie meist in Heimnetzen oder kleinen Büroumgebungen zum Einsatz kommen, erlaubt „lediglich” 254 einzelne Teilnehmer. Durch Mechanismen wie Classless Inter-Domain-Routing (CIDR) werden jedoch innerhalb des gesamten Adressraums Netze in flexiblen Größen vergeben, was eine starre Subnetzvorgabe zumindest in modernen Umgebungen überflüssig macht und den knappen IPv4-Adressraum effizienter zu verwalten hilft. Ein Beispiel für ein IPv4-Subnetz nach CDIR-Notation wäre beispielsweise 132.168.0.0/15. Ein solches Netz könnte bis zu  131.070 einzelne Hosts einthalten. Die Angabe der oben erwähnten, veralteten Subnetzmaske entfällt und man spricht von „classless routing”.

In IPv6 ist die Subnetting-Notation ähnlich aufgebaut wie bei IPv4. Allerdings sind IPv6-Adressen 128 Bit lang und es lassen sich somit viel mehr Teilnehmer (Hosts) und einzelne Subnetze abbilden. Außerdem werden IPv6-Adressen wie erwähnt in hexadezimaler Schreibweise angegeben, was die Subnetzmasken-Berechnung ein wenig komplizierter macht. Das Subnetting in IPv6 erfolgt durch Nennung des festen IPv6-Adressanteils, gefolgt von einem zusätzlichen Doppelpunkt (er steht für eine IPv6-Adresse, die am Ende lauter Nullen hat) und dem via „/” angehängten CIDR-Suffix, also beispielsweise fcab:10cd:afce::/48. An welcher Stelle und wie Sie das IPv6-Netz konkret aufteilen, hängt natürlich von dem Ihnen zugewiesenen Adressbereich, Ihren Anforderungen und der benötigten Anzahl der Subnetze sowie deren Größe ab. Wie Sie eines oder mehrere IPv6-Subnetze konkret anhand eines Beispiels berechnen, erfahren Sie im nachstehenden Video, oder schauen Sie sich den hier verlinkten Subnetzrechner an:

 




Video: YouTube / Sebastian Philippi

 

Der Ping-Test bei IPv6

Mit dem sogenannten Ping-Test stellen Sie fest, ob eine bestimmte Zieladresse erreichbar ist. Eventuell wollen Sie auch herausfinden, welche Latenzzeit diese besitzt, also wie lange Datenpakete brauchen, wenn Sie von Ihrem Rechner zum Zielort und zurück reisen. Der Ping einer IPv6-Adresse erfolgt hierbei ähnlich wie bei IPv4, nur dass Sie anstelle der IPv4-Adresse eben eine IPv6-Adresse angeben. Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass Sie via IPv6 mit dem Internet verbunden sind – ansonsten erhalten Sie eine Fehlermeldung. Unter Windows läuft das Anpingen einer solchen IPv6-Adresse wie folgt ab:

  • Öffnen Sie mit Hilfe von „Start | Ausführen | cmd” eine Eingabeaufforderung (eventuell sind hierzu Administratorrechte erforderlich).
  • Geben Sie die Ping-Befehl wie folgt ein: „ping [IPv6-Adresse]” (beachten Sie hierbei, dass Sie Nullen in der Adresse weglassen können)

Bei erfolgreichem Ping sollten Sie eine Antwort in etwa in dieser Form erhalten:

C:\Users\featured>ping 2f02:b02:d::c3

Ping wird ausgeführt für 2f02:b02:d::c3 mit 32 Bytes Daten:
Antwort von 2f02:b02:d::c3: Zeit=20ms
Antwort von 2f02:b02:d::c3: Zeit=54ms
Antwort von 2f02:b02:d::c3: Zeit=70ms
Antwort von 2f02:b02:d::c3: Zeit=33ms

Ping-Statistik für 2f02:b02:d::c3:
Pakete: Gesendet = 4, Empfangen = 4, Verloren = 0
(0% Verlust),
Ca. Zeitangaben in Millisek.:
Minimum = 20ms, Maximum = 70ms, Mittelwert = 44ms

 

IPv6: Das bietet der neue Protokoll-Standard

Bereits am 6. Juni 2012 wurden zahlreiche Unternehmen auf den neuen IPv6-Standard „umgestellt”. Dies bedeutete jedoch zunächst nur, dass diese sowohl mit Hilfe von IPv4 als auch IPv6 erreichbar waren und sind. Eine allgemeine Umstellung des Internet-Datenverkehrs auf IPv6 gestaltet sich momentan noch schwierig, da viele Geräte aktuell einfach nicht IPv6-fähig sind.

Trotzdem findet der neue IP-Standard immer mehr Verbreitung und eröffnet interessante Möglichkeiten: Künftig könnten, vor allem in Verbindung mit Narrowband IoT, noch mehr Gegenstände und Güter an das Internet angebunden werden – und zwar bidirektional. Das bedeutet, dass die Geräte nicht nur eine Anforderung an das Internet senden können, sondern auch zu jeder Zeit und grundsätzlich von jedem beliebigen Ort der Welt aus erreichbar sind und gesteuert werden können. Neben den naheliegenden Anwendungsmöglichkeiten im Smart-Home-Bereich ergeben sich gerade für Firmen völlig neue Möglichkeiten, ihre verteilte Infrastruktur vollständig über das Internet zu überwachen und zu steuern.

Doch es gibt noch weitere Vorteile mit IPv6:

  • Sicherheitsaspekte: Wenn ein einzelner Router auf IPv4-Basis gehackt wird, ist das schlimm genug – doch bei der weltweiten Erreichbarkeit einzelner Geräte und ganzer Geräteverbunde mit IPv6 sind zusätzliche Sicherheitsmechanismen erforderlich. Aus diesem Grund unterstützt IPv6 nativ die Ende-zu-Ende-Verschlüsselung (IPsec) bei der Datenübertragung. Auch die Identität eines Teilnehmers lässt sich mit Hilfe von Verschlüsselungsverfahren nicht so leicht fälschen wie bei IPv4, was sogenannte Man-in-the-middle-Attacken deutlich schwieriger macht.
  • Skalierbarkeit: Wie bereits angesprochen, bietet IPv6 die Möglichkeit, sehr viel mehr Geräte als bisher mit dem Internet zu verbinden. Laut einer Studie des IT-Beratungsunternehmens Gartner sollen bis zum Jahr 2020 mehr als 25 Milliarden Einzelgeräte mit dem Internet verbunden sein. In Verbindung mit dem riesigen Adressraum von IPv6 bedeutet dies vor allem für Hersteller von IP-basierten Geräten zusätzliche Sicherheit. Diese können sicher sein, dass sich ihre Produkte auch in einigen Jahren noch zuverlässig mit dem Internet verbinden lassen.
  • Reduzierte Komplexität: IPv6-Adressen sind im Aufbau komplexer als IPv4-Adressen. Die zusätzliche Adresslänge spart künftig jedoch eine Menge Aufwand bei der sogenannten Netzwerkadressübersetzung (NAT).

 




Video: YouTube / Takiry

 

Lohnt sich der Umstieg? Was IPv6 schon kann und was nicht

Soweit, so gut: Warum wird also nicht einfach „alles” auf IPv6 umgestellt? Eine der wesentlichen Einschränkungen des IPv6-Protokolls besteht darin, dass eine direkte Kommunikation mit IPv4-Geräten wegen der unterschiedlichen Paketstandards nicht möglich ist. Beinahe das gesamte Internet wurde bis zur Einführung von IPv6 auf Basis von IPv4-Adressen und dazugehörigen Geräten wie Switches, Routern, Servern und anderen Komponenten aufgebaut. Bevor diese nicht vollständig auf IPv6 umgestellt wurden oder zumindest kompatibel sind (und somit beide Standards unterstützen), wird es also weiterhin zwei parallele IP-Standards geben. Und solange diese nebeneinander existieren, müssen Daten zwischen ihnen vergleichsweise umständlich übersetzt werden. Trotzdem führt vor allem aufgrund des deutlich größeren Adressraums und des höheren Sicherheitsniveaus auf Dauer kein Weg an IPv6 vorbei.

Unsere Empfehlung lautet daher: Ergänzen Sie IPv4 in Ihrem Unternehmen schon jetzt nach Möglichkeit durch IPv6, indem Sie die entsprechende Hardware austauschen oder umrüsten, um für die Zukunft optimal gerüstet zu sein.

 

IPv6 bei Vodafone: Der Stand der Dinge

In bestimmten Regionen ist IPv6 über Vodafone bereits verfügbar. Grundsätzlich funktionieren IPv4 und IPv6 betriebssystemseitig durch den sogenannten Dual-Stack-Betrieb parallel, sodass ein schrittweiser Umstieg kein Problem darstellt.  Ob Sie IPv6 vollumfänglich nutzen können, hängt neben der Verfügbarkeit bei Ihnen vor Ort auch vom verwendeten Router ab. Derzeit unterstützen folgende Router IPv6:

  • AVM FRITZ!Box 6591
  • AVM FRITZ!Box 6490
  • AVM FRITZ!Box 6360
  • Cisco EPC3212
  • Compal (CBN) CH6640E
  • Compal CH7466CE
  • Hitron CVE30360
  • Sagemcom FAST5460
  • Technicolor TC7200K
  • Thomson THG571
  • Vodafone Station (Arris TG344DE)

Aktuelle Informationen diesbezüglich erhalten Sie auch auf unseren Support-Seiten. Sollten Sie als Geschäftskunde besondere Anforderungen diesbezüglich haben, sprechen Sie uns bitte an – wir helfen gerne weiter.

 

Das Wichtigste zu IPv4 und IPv6 im Überblick

  • Beinahe das gesamte Internet wurde ursprünglich auf Basis des IPv4-Standards aufgebaut.
  • Der Adressraum von IPv4 stößt mit seinen 32-Bit-Adressen seit Längerem an Grenzen, was verschiedene Umweglösungen bei der Adressierung von Geräten zur Folge hat.
  • Der modernere IPv6-Standard wird momentan parallel zu IPv4 verwendet. Er ermöglicht es, deutlich mehr Geräte mit dem Internet zu verbinden.
  • Eine endgültige Umstellung des Internets auf IPv6 wird sich vermutlich noch eine Weile hinziehen.
  • Das sogenannte Subnetting ermöglicht es genau wie in IPv4, auch in IPv6 eigens abgetrennte Subnetze für mehr Performance und Sicherheit zu erstellen.
  • Ein Großteil der aktuellen IoT-Lösungen auf dem Markt basiert bereits auf IPv6. Daher ist eine schrittweise Umrüstung für Unternehmen schon jetzt empfehlenswert.

 

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Ist Ihr Unternehmen schon fit für IPv6? Welche Anwendungen mit dem neuen Standard setzen Sie schon ein oder planen dies in Zukunft? Wir freuen uns über Ihren Kommentar.

 


Alexander Stati
Binasa Gicic
Carlo Kramer
Hans-Martin Finck
Thorsten Spinger

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