IPv6 Grundlagen: Was es ist und warum es wichtig ist

Warum IPv6 existiert#

IPv4-Adressen sind ausgegangen. Nicht „könnten ausgehen" oder „werden vielleicht ausgehen" – sie sind tatsächlich aufgebraucht. Die IANA verteilte 2011 die letzten Blöcke an die regionalen Registries. Bis 2015 hatten die meisten Regionen ihre Pools erschöpft.

Der 32-Bit-Adressraum von IPv4 gibt uns etwa 4,3 Milliarden Adressen. Das schien 1981 unendlich. Aber Smartphones, IoT-Geräte, Server und alles andere, was mit dem Internet verbunden ist, verbrauchten diese Adressen schneller als irgendjemand vorhersagen konnte. Wir arbeiteten mit NAT, Carrier-Grade NAT und zunehmend komplexen Tricks herum. Diese Tricks funktionieren, aber sie erhöhen die Latenz, brechen die End-zu-End-Konnektivität und machen die Netzwerkverwaltung schwieriger.

IPv6 verwendet 128-Bit-Adressen. Das sind 340 Undezillionen Adressen – genug, um jedem Quadratmeter der Erdoberfläche Milliarden von Adressen zu geben. Wir werden nicht ausgehen.

Das 128-Bit-Adressformat#

Eine IPv6-Adresse sieht so aus:

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

Acht Gruppen zu je vier hexadezimalen Ziffern, getrennt durch Doppelpunkte. Jede Gruppe repräsentiert 16 Bits (4 Hex-Ziffern × 4 Bits pro Ziffer = 16 Bits). Acht Gruppen × 16 Bits = 128 Bits insgesamt.

Hexadezimal verwendet 0-9 und a-f. Groß-/Kleinschreibung spielt keine Rolle – 2001:DB8::1 und 2001:db8::1 sind identisch.

Komprimierungsregeln#

Das Ausschreiben aller 32 Hex-Ziffern wird mühsam. IPv6 hat zwei Komprimierungsregeln, um Adressen zu kürzen.

Regel 1: Führende Nullen weglassen#

Sie können führende Nullen aus jeder Gruppe entfernen:

2001:0db8:0000:0042:0000:8a2e:0370:7334
     ↓
2001:db8:0:42:0:8a2e:370:7334

Jede Gruppe benötigt mindestens eine Ziffer. Sie können 0000 nicht zu nichts komprimieren – das ist was Regel 2 behandelt.

Regel 2: Aufeinanderfolgende Nullen durch :: ersetzen#

Eine Sequenz aufeinanderfolgender Null-Gruppen kann zu :: werden. Dies funktioniert nur einmal pro Adresse. Würde man es zweimal verwenden, wäre es mehrdeutig – Sie könnten nicht sagen, wie viele Null-Gruppen jedes :: repräsentiert.

2001:db8:0:0:0:0:0:1
        ↓
2001:db8::1

Wählen Sie die längste Folge von Nullen. Wenn Sie zwei gleich lange Folgen haben, komprimieren Sie die erste (obwohl die meisten Tools per Konvention die linkeste komprimieren).

Praktische Beispiele#

So funktioniert die Komprimierung bei echten Adressen:

Probieren Sie verschiedene Formate mit unserem IPv6 Validator aus, um zu sehen, wie die Komprimierung funktioniert.

IPv6 vs IPv4: Mehr als nur größer#

Die meisten Vergleiche konzentrieren sich auf den Adressraum. Das ist fair – es ist der Hauptgrund, warum IPv6 existiert. Aber die Neugestaltung des Protokolls hat auch andere Probleme behoben.

Wichtige Verbesserungen über den Adressraum hinaus#

Vereinfachter Header#

Der Header von IPv4 hat 12 Pflichtfelder und Optionen, die ihn auf 60 Bytes erweitern. Router müssen das alles für jedes Paket parsen. Der Header von IPv6 ist immer 40 Bytes mit 8 Feldern. Extension-Header behandeln alles Zusätzliche, aber die meisten Pakete benötigen sie nicht. Router verarbeiten Pakete schneller.

NAT nicht erforderlich#

Bei IPv4 verstecken sich fast alle Heim- und Büronetzwerke hinter NAT. NAT bricht Protokolle, die IP-Adressen einbetten (wie SIP für VoIP), erschwert Peer-to-Peer-Verbindungen und fügt Zustand zu Routern hinzu. Mit genügend IPv6-Adressen für alles können Geräte global routbare Adressen haben. Ihr Laptop, Telefon und intelligenter Kühlschrank können alle End-zu-End erreichbar sein, wenn Sie möchten. (Firewalls existieren weiterhin – Sie können eingehenden Verkehr ohne NAT blockieren.)

Auto-Konfiguration (SLAAC)#

IPv6-Geräte können sich mit SLAAC (Stateless Address Autoconfiguration) selbst konfigurieren. Der Router kündigt das Netzwerkpräfix an, und Geräte generieren ihre eigenen Adressen. Kein DHCP-Server erforderlich. Sie können weiterhin DHCPv6 für zentrale Verwaltung verwenden, aber grundlegende Konnektivität funktioniert ohne.

IPsec eingebaut#

IPv4 fügte IPsec Jahre nach der Einführung hinzu. IPv6 enthielt es von Anfang an. Das Design ist sauberer. (IPsec wird jetzt empfohlen statt verpflichtend, aber die Integration ist immer noch besser als die Nachrüstung von IPv4.)

Spezielle Adressen, die Sie sehen werden#

Loopback: ::1#

Die IPv6-Loopback-Adresse. Gleicher Zweck wie 127.0.0.1 in IPv4 – Verkehr zu dieser Adresse bleibt auf der lokalen Maschine. IPv6 hat nur eine Loopback-Adresse anstelle des gesamten 127.0.0.0/8-Blocks von IPv4.

Nicht spezifiziert: ::#

Repräsentiert „keine Adresse" oder „beliebige Adresse". Sie sehen dies, wenn ein Gerät noch keine Adresse hat, oder in Listening-Socket-Konfigurationen zum Binden an alle Interfaces.

Link-Local: fe80::/10#

Jedes IPv6-Interface generiert automatisch eine Link-Local-Adresse, die mit fe80:: beginnt. Diese Adressen funktionieren nur im lokalen Netzwerksegment – Router leiten sie nicht weiter. Sie sind essentiell für Neighbor Discovery, Router Advertisements und lokale Kommunikation. Ihr Interface könnte fe80::1 oder fe80::a4b2:c3d4:e5f6:7890 sein, abhängig davon, wie das Suffix generiert wird.

Dokumentation: 2001:db8::/32#

Reserviert für Beispiele und Dokumentation. Jede Adresse, die mit 2001:db8: beginnt, wird garantiert nie im echten Internet zugewiesen. Deshalb sehen Sie sie in Tutorials, RFCs und diesen Beispielen. Wenn Sie Dokumentation schreiben, verwenden Sie 2001:db8::-Präfixe, damit Leser nicht versehentlich Produktionsadressen konfigurieren.

IPv6 in URLs#

IPv6-Adressen in URLs benötigen eckige Klammern. Ohne sie würden die Doppelpunkte in der Adresse mit dem Port-Separator kollidieren:

http://[2001:db8::1]/
http://[2001:db8::1]:8080/
https://[2001:db8:85a3::8a2e:370:7334]/api/endpoint

Die Klammern machen klar, wo die Adresse endet und der Port beginnt. Sie verwenden diese Notation in Browser-URLs, Konfigurationsdateien und überall dort, wo eine IPv6-Adresse mit anderen Komponenten kombiniert wird.

Wo wir heute stehen#

Die IPv6-Einführung ist real, aber ungleichmäßig. Google berichtet, dass etwa 40% ihres Verkehrs über IPv6 ankommt. Große Cloud-Anbieter (AWS, Google Cloud, Azure), CDNs (Cloudflare, Akamai) und ISPs (Comcast, T-Mobile, Deutsche Telekom) haben starke IPv6-Unterstützung. Mobilfunknetze laufen oft nur mit IPv6 und übersetzen bei Bedarf zurück zu IPv4.

Unternehmensnetzwerke hinken hinterher. Viele interne Tools und Sicherheitsgeräte behandeln IPv6 immer noch als optional. Das ändert sich, aber langsam.

Die gute Nachricht: IPv4 und IPv6 laufen nebeneinander. Dual-Stack-Netzwerke unterstützen beides. Sie müssen keinen Schalter umlegen und alles über Nacht umstellen. Aber wenn Sie neue Systeme aufbauen, entwerfen Sie sie von Anfang an für IPv6. Es später hinzuzufügen ist schwieriger.

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Häufig gestellte Fragen#