IPv6-Adresstypen: Global, Link-Local, Multicast erklärt

IPv6-Adressen funktionieren anders als IPv4 in der Art, wie sie Pakete zustellen. Das Verständnis dieser Unterschiede ist wichtig, wenn Sie Netzwerkprobleme debuggen oder Systeme entwerfen.

Drei Zustellungsmethoden#

IPv6 verwendet drei grundlegende Zustellungsmodelle:

• Unicast: Ein Sender an einen Empfänger. Die Standardmethode, um mit einem bestimmten Host zu kommunizieren.
• Multicast: Ein Sender an mehrere Empfänger. Effizient für Gruppenkommunikation.
• Anycast: Ein Sender an den nächstgelegenen Empfänger in einer Gruppe. Wird für Lastverteilung und Redundanz verwendet.

Unicast-Adressen#

Jede Unicast-Adresse identifiziert genau ein Netzwerk-Interface. Senden Sie ein Paket an diese Adresse, und genau ein Host empfängt es.

Global Unicast-Adressen (2000::/3)#

Dies sind Ihre öffentlichen IPv6-Adressen, routbar im gesamten Internet. Wenn eine Adresse mit 2 oder 3 beginnt, ist es eine Global Unicast-Adresse.

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
│         │         │              │
│         │         │              └─ Interface ID (64 Bits)
│         │         └──────────────── Subnet ID (16 Bits)
│         └────────────────────────── Site Prefix (48 Bits)
└──────────────────────────────────── Global Routing Prefix

Die typische Struktur teilt eine /48-Zuteilung so auf:

Echte Anbieter weisen typischerweise einen /48 an Standorte zu, einen /56 an kleine Unternehmen oder einen /64 an Privatanwender. Jedes /64-Subnetz enthält 18 Trillionen Adressen, weshalb Sie an /64-Grenzen subnetten.

Link-Local-Adressen (fe80::/10)#

Jedes IPv6-Interface generiert automatisch eine Link-Local-Adresse, wenn Sie IPv6 aktivieren. Diese Adressen funktionieren nur im lokalen Netzwerksegment und werden nie geroutet.

fe80::1
fe80::a1b2:c3d4:e5f6:7890

Link-Local-Adressen sind zwingend erforderlich, damit IPv6 funktioniert. Neighbor Discovery, Router Solicitation und andere Kernprotokolle benötigen sie. Ihr Interface hat möglicherweise keine globale Adresse, aber es wird immer eine Link-Local-Adresse haben.

Zone IDs: Das Interface spezifizieren#

Da fe80::1 auf jedem Interface existieren könnte, müssen Sie angeben, welches Interface Sie meinen:

ping6 fe80::1%eth0      # Linux
ping6 fe80::1%en0       # macOS
ping fe80::1%12         # Windows (Interface-Index verwenden)

Das %-Symbol steht vor der Zone ID. Unter Linux und macOS verwenden Sie den Interface-Namen. Unter Windows verwenden Sie den Interface-Index von netsh interface ipv6 show interface.

Unique Local-Adressen (fc00::/7)#

Betrachten Sie diese als IPv6-Version der RFC 1918 privaten Adressen. Sie sind nicht global routbar und eignen sich daher für interne Netzwerke.

In der Praxis sehen Sie fd00::/8-Adressen, weil der fc00::/8-Bereich eine zentrale Zuteilung erfordert, die nie implementiert wurde. Generieren Sie die 40-Bit-Global-ID zufällig:

fd 3a:c7b1:29f4 :0001:0000:0000:0000:0001
│  └──────────┘  │    └──────────────────┘
│       │        │             │
│       │        │             └─ Interface ID (64 Bits)
│       │        └─────────────── Subnet ID (16 Bits)
│       └──────────────────────── Zufällige Global ID (40 Bits)
└──────────────────────────────── ULA-Präfix (fd = lokal zugewiesen)

Wenn Sie diese 40-Bit-Kennung zufällig generieren, minimieren Sie das Kollisionsrisiko, falls zwei Netzwerke später zusammengeführt werden. Verwenden Sie nicht einfach überall fd00::1.

Spezielle Adressen#

Zwei Adressen haben einzigartige Zwecke:

Loopback (::1): Pakete an sich selbst senden. Das IPv6-Äquivalent zu 127.0.0.1. Verkehr an ::1 verlässt nie den Host.

Nicht spezifiziert (::): Repräsentiert das Fehlen einer Adresse. Hosts verwenden :: als Quelladresse während DHCPv6 oder wenn sie noch keine Adresse konfiguriert haben. Sie können keine Pakete an :: senden.

Multicast-Adressen (ff00::/8)#

Jede Adresse, die mit ff beginnt, ist Multicast. Das Paket geht an jedes Interface, das dieser Multicast-Gruppe beigetreten ist.

Adressstruktur#

ff 0 2 : 0000:0000:0000:0000:0001
│  │ │   └──────────────────────┘
│  │ │              │
│  │ │              └─ Gruppen-ID (112 Bits)
│  │ └──────────────── Scope (4 Bits)
│  └─────────────────── Flags (4 Bits)
└────────────────────── Multicast-Präfix

Das Scope-Feld bestimmt, wie weit das Multicast-Paket reist:

Wesentliche Multicast-Gruppen#

Mehrere Multicast-Adressen dienen kritischen Funktionen:

Solicited-Node Multicast#

Dieser Mechanismus macht Neighbor Discovery effizient. Anstatt jeden Host zu fragen „wer hat diese IP?" (wie ARP), fragt IPv6 eine kleine Multicast-Gruppe.

Jede Unicast-Adresse generiert automatisch eine entsprechende Solicited-Node Multicast-Adresse:

Unicast:        2001:db8:1234:5678::abcd:ef12:3456
                                      └────┬─────┘
                                           │
                                     (letzten 24 Bits)
                                           │
Solicited-Node: ff02::1:ff12:3456 ────────┘

Wenn ein Host 2001:db8:1234:5678::abcd:ef12:3456 auflösen muss, sendet er eine Neighbor Solicitation an ff02::1:ff12:3456. Nur Hosts mit Adressen, die auf 12:3456 enden, verarbeiten die Anfrage. Dies reduziert den Multicast-Overhead drastisch im Vergleich zum Broadcast an jeden Host.

Anycast-Adressen#

Anycast-Adressen sehen identisch aus wie Unicast-Adressen – es gibt kein spezielles Präfix. Der Unterschied liegt in der Konfiguration: Sie weisen dieselbe Adresse mehreren Interfaces zu, und das Routing liefert Pakete an das topologisch nächstgelegene.

Häufige Anwendungsfälle#

DNS-Root-Server: Alle 13 Root-Server-Buchstaben (a.root-servers.net bis m.root-servers.net) verwenden Anycast. Dieselben IP-Adressen existieren an Hunderten von Standorten weltweit. Ihre Anfrage erreicht den nächstgelegenen Root-Server.

CDN-Edge-Server: Content Delivery Networks verwenden Anycast, um Benutzer zu nahe gelegenen Cache-Servern zu leiten. Gleiche Adresse, verschiedene geografische Standorte.

6to4-Relay-Router: Die Adresse 192.88.99.1 (IPv4) und 2002:c058:6301:: (IPv6) sind Anycast-Adressen für 6to4-Relays.

Subnet-Router Anycast#

Jedes Subnetz hat automatisch eine reservierte Anycast-Adresse mit der Interface-Kennung auf Null gesetzt:

Subnet:         2001:db8:1234:5678::/64
Subnet-Router:  2001:db8:1234:5678::

Router in diesem Subnetz sollten auf diese Adresse antworten. In der Praxis wird sie selten verwendet.

Schnellreferenz: Adresstypen identifizieren#

Schauen Sie auf die ersten paar Zeichen, um jede IPv6-Adresse zu identifizieren:

Alles andere ist entweder reserviert oder noch nicht zugewiesen.

Ihre Adressen überprüfen#

Sehen Sie, welche Adressen Ihr System konfiguriert hat:

Linux:

ip -6 addr show

macOS:

ifconfig | grep inet6

Windows:

netsh interface ipv6 show addresses

Sie sehen typischerweise:

• Mehrere Link-Local-Adressen (fe80::), eine pro Interface
• Eine oder mehrere Global Unicast-Adressen, wenn Sie IPv6-Konnektivität haben
• Die Loopback-Adresse ::1 auf dem Loopback-Interface
• Mehrere Multicast-Gruppenmitgliedschaften (normalerweise standardmäßig nicht angezeigt)

Multicast testen#

Senden Sie eine ICMPv6-Echo-Anfrage an alle Knoten in Ihrem lokalen Link:

# Ersetzen Sie eth0 durch Ihren Interface-Namen
ping6 ff02::1%eth0

Sie erhalten Antworten von jedem IPv6-fähigen Gerät in diesem Netzwerksegment. Dies ist nützlich für die Erkennung, kann aber in großen Netzwerken laut sein.

Prüfen Sie, ob Router vorhanden sind:

ping6 ff02::2%eth0

Nur Router sollten antworten.

Praktische Auswirkungen#

Verschiedene Adresstypen beeinflussen, wie Sie Netzwerke entwerfen und Probleme beheben:

Sicherheitsrichtlinien: Filtern Sie Global Unicast an Ihrer Firewall, aber Link-Local muss für Neighbor Discovery passieren. Das Blockieren von fe80::/10 bricht IPv6 vollständig.

Anwendungsbindung: Server, die an :: binden, hören auf allen Adressen (wie 0.0.0.0 in IPv4). Bindung an ::1 beschränkt auf localhost nur.

Routing-Tabellen: Link-Local-Adressen erscheinen als Next-Hops in Routing-Tabellen, was Menschen verwirrt, die an IPv4 gewöhnt sind. Das ist normal – Router verwenden Link-Local-Adressen für Stabilität, da sie sich nie ändern.

DNS: Veröffentlichen Sie nur Global Unicast-Adressen im DNS. Veröffentlichen Sie niemals Link-Local- oder Unique Local-Adressen in öffentlichen DNS-Zonen.

Das Verständnis dieser Adresstypen ist nicht akademisch – es ist notwendig für die Konfiguration von Firewalls, das Debugging von Konnektivität und das Entwerfen von Netzwerken, die tatsächlich funktionieren.

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