Die kurze Antwort auf die Frage „Was ist IPv4?“ lautet: Es ist die vierte Version des Internetprotokolls. IP, kurz für „Internet Protocol“, ist das grundlegende Regelwerk des Internets für die Kommunikation.

Es ist seit mehr als 35 Jahren im Einsatz und wurde 1983 vom US-Verteidigungsministerium erstmals in seinemARPANET (Advanced Research Projects Agency Network) eingesetzt.

Das Internetprotokoll Version 4, IPv4, steht ebenfalls an einem Scheideweg: Der weltweite Vorrat an IP-Adressen ist erschöpft. Das Internet durchläuft derzeit einen schrittweisen Übergang zur nächsten Version, IPv6, der jedoch mit Herausforderungen verbunden ist.

In diesem Glossareintrag werden wir die grundlegenden Komponenten des Internets und ihr Zusammenspiel untersuchen, die vierte Version des Internetprotokolls und ihre heutigen Mängel beleuchten sowie auf ihren Nachfolger IPv6 eingehen.

Vor IPv4: noch ein paar Worte zur Funktionsweise des Internets

Weitere Details zu IP

IP ist Teil einer Internetprotokollsuite, zu der auch das Transmission Control Protocol gehört. Zusammen werden diese beiden als TCP/IP bezeichnet. Die Internetprotokollsuite regelt die Regeln für die Paketierung, Adressierung, Übertragung, Weiterleitung und den Empfang von Daten über Netzwerke.

Die IP-Adressierung ist ein logisches Verfahren zur Zuweisung von Adressen an Geräte in einem Netzwerk. Jedes mit dem Internet verbundene Gerät benötigt eine eindeutige IP-Adresse.

Die meisten Netzwerke, die Internetverkehr verarbeiten, sind paketvermittelt. Kleine Dateneinheiten, sogenannte Pakete, werden durch ein Netzwerk weitergeleitet. Ein Quellhost, wie beispielsweise Ihr Computer, übermittelt diese IP-Pakete an einen Zielhost, wie beispielsweise einen Server, basierend auf den IP-Adressen in den Paket-Headern. Die Paketvermittlung ermöglicht es vielen Nutzern in einem Netzwerk, denselben Datenpfad gemeinsam zu nutzen.

Eine IP-Adresse besteht aus zwei Teilen – der eine Teil identifiziert den Host, beispielsweise einen Computer oder ein anderes Gerät, und der andere Teil identifiziert das Netzwerk, zu dem er gehört. TCP/IP verwendet eine Subnetzmaske, um diese beiden Teile voneinander zu trennen.

IP befindet sich im OSI-Modell auf Schicht 3, der Netzwerkschicht. Das Modell unterteilt die Kommunikation in Computernetzwerken in sieben abstrakte Schichten, von denen jede eine bestimmte Funktion bei der Netzwerkkommunikation erfüllt. Auf Schicht 3 findet das Routing zwischen verschiedenen Netzwerken statt.

Wie DNS ins Bild passt

DNS, kurz für „Domain Name System“, ist das Telefonbuch des Internets. Es übersetzt Domainnamen, die wir uns leicht merken können, wie beispielsweise bluecatnetworks.com, in IP-Adressen wie 104.239.197.100, die die Sprache des Internets darstellen.

Das DNS ermöglicht es Computern, Servern und anderen vernetzten Geräten, die jeweils über eine eigene IP-Adresse verfügen, miteinander zu kommunizieren. Und es führt Nutzer zu der Website, die sie suchen.

Was genau ist nun IPv4?

IP-Adressen (Version 4) sind 32-Bit-Ganzzahlen, die in hexadezimaler Schreibweise dargestellt werden können. Das gängigere Format, bekannt als „Dotted Quad“ oder „Dotted Decimal“, lautet x.x.x.x, wobei jedes x einen beliebigen Wert zwischen 0 und 255 annehmen kann. Beispielsweise ist 192.0.2.146 eine gültige IPv4-Adresse.

IPv4 leitet nach wie vor den Großteil des heutigen Internetverkehrs weiter. Ein 32-Bit-Adressraum begrenzt die Anzahl der eindeutigen Hosts auf 2³², was weltweit fast 4,3 Milliarden IPv4-Adressen entspricht (genauer gesagt 4.294.967.296).

Heute sind uns die Adressen ausgegangen

Denken Sie einmal darüber nach: Wie viele vernetzte Geräte gibt es in Ihrem Haushalt?

Derdurchschnittliche amerikanische Haushalt verfügt über fünf Geräte, darunter Smartphones, Computer und Laptops, Tablets sowie Streaming-Geräte. Dabei sind die zahlreichen Geräte, die unter die Kategorie „Internet der Dinge“ (IoT) fallen, wie vernetzte Thermostate, Smart-Lautsprecher und Türklingelkameras, noch gar nicht mitgezählt.

In der heutigen Welt der extrem vernetzten Computernetzwerke, in der jedes stationäre und mobile Gerät mittlerweile über eine IP-Adresse verfügt, stellt sich also heraus, dass 4,3 Milliarden davon bei weitem nicht ausreichen.

Im Jahr 2011 gingen der Internet Assigned Numbers Authority (IANA), der globalen Koordinierungsstelle für die IP-Adressvergabe, die freien IPv4-Adressen aus, die sie an regionale Registrierungsstellen vergeben konnte. Die IANA holte daraufhin zusätzliche ungenutzte IPv4-Adressblöcke von den regionalen Registrierungsstellen zurück und schuf einen Pool aus zurückgewonnenen Adressen. Im Jahr 2014 gab die IANA bekannt, dass sie die letzten Adressen aus dem Pool zurückgewonnener Adressen neu zuteilen werde.

Wenn dieser Pool erschöpft ist, werden keine IPv4-Adressen mehr verfügbar sein.

Weitere Einschränkungen

Abgesehen von der Erschöpfung des Adressraums weist das IPv4-Adressierungssystem einige weitere Nachteile auf:

Etwa 18 Millionen Adressen wurden für die private Adressierung reserviert, die aus einem als RFC 1918 bekannten Bereich stammen. Die meisten Organisationen verwenden private Adressen in internen Netzwerken. Geräte in diesen lokalen Netzwerken haben jedoch keinen direkten Zugang zum öffentlichen Internet.

Um auf das öffentliche Internet zugreifen zu können, benötigen Geräte mit privaten Adressen eine komplexe und ressourcenintensive Umgehungslösung, die als Network Address Translation (NAT) bezeichnet wird.

Zudem erhielt Nordamerika den Löwenanteil der IPv4-Adresszuteilungen. Infolgedessen haben Organisationen im asiatisch-pazifischen Raum und anderswo, wo die Internetnutzung explosionsartig zugenommen hat, große Teile des IP-Adressraums auf dem Graumarkt erworben. Dies hat zusammenhängende IP-Adressbereiche aufgespalten und die Weiterleitung des Internetverkehrs erschwert.

Als Ersatz für IPv4 kommt IPv6 ins Spiel

Um dieses Problem zu lösen, vollzieht das Internet derzeit einen schrittweisen Übergang zu IPv6. Die neueste Version des Internetprotokolls, die IPv6-Adressierung, wechselt von einem 32-Bit- zu einem 128-Bit-Adressraum, wobei die Bezeichner sowohl aus Buchstaben als auch aus Zahlen bestehen (zum Beispiel 2002:db8::8a3f:362:7897). IPv6 verfügt über^2¹²⁸ eindeutig identifizierende Adressen, was etwa 340 Undecillionen oder 340 Milliarden Milliarden Milliarden entspricht.

Diese IP-Version bietet einige offensichtliche Vorteile, wobei der wichtigste darin besteht, dass sie wesentlich mehr Platz bietet. Mit IPv6 kann ein einzelnes Netzwerk mehr IPv6-Adressen haben als der gesamte IPv4-Adressraum umfasst.

Das klingt zwar einfach, doch IPv4 und IPv6 sind nicht direkt miteinander kompatibel, was den Übergang zu einer Herausforderung macht. Die Unterschiede zwischen IPv4 und IPv6 zu verstehen, ist komplex. Die Lösungen von BlueCat können beim Übergang zu IPv6 helfen – mithilfe unserer branchenweit anerkannten DDI-Software.