IPv6 Einführung
In dieser Einführung zu IPv6 erklären wir daher nicht nur den Unterscheid zwischen IPv4 und IPv6 sondern zeigen außerdem wie IT-Administratoren die neuen IPv6 Adressen sinnvoll nutzen können.
Jeder Server, jedes Smartphone das mit dem Internet verbunden ist, benötigt zur Kommunikation eine IP (Internet Protokoll) Adresse. Dabei sind die TCP/IP-Adressen für Computer-Netzwerke das, was Nummernschilder für ein Auto sind. Sie identifizieren einen Host-Computer eindeutig und ermöglichen es erst, dass die Datenkommunikation zwischen den richtigen Partner stattfinden kann.
Das Problem mit IPv4-Adressen im Internet
Seit der Einführung des Internets Anfang der 1990er Jahre wurden an Firmen, Internet-Provider und z.T. an Privathaushalte IPv4-Adressen vorgegeben. Diese Nummern im Format 123.231.123.254 werden aus Ziffer (0 bis 9) gebildet und bilden einen so genannten Adressraum vom maximal 2^32 Adressen.
2^32 Adressen sind ca. 4,3 Milliarden, wovon ca. 3,7 Milliarden tatsächlich genutzt werden können. Das hört sich nach viel an – ist es aber letztlich nicht. Wenn man bedenkt, dass heute 8-9 Milliarden Menschen auf der Erde leben und in den Industrieländern viele Menschen deutlich mehr als ein Gerät besitzen, mit dem Sie im Internet sind, dann relativiert sich die Zahl von 4,3 Mrd. IPv4-Adressen recht schnell. Die Anzahl von IPv4 Adressen ist schlicht zu wenig um noch alle Geräte der Welt mit IP-Adressen zu versorgen.
Dieser Umstand wurde bereits 1999 von der IETF (Internet Engineering Task Force) erkannt und man veröffentlichte die Erweiterung des IP-Adressraums für das Internet auf die nächste Generation von IP-Adressen: IPv6 war geboren
Warum IPv6
Der Hauptgrund von IPv4 auf IPv6 zu wechseln ist der massiv vergrößerte Adressraum, den IPv6 Adressen abbilden können. Bereits im Jahr 1999 wurde von der IETF ein maximaler Adressraum von 2^128 Bit vorgesehen. Statt 2^32 IPv4-Adressen können mit IPv6 nun 2^128 Adressen abgebildet werden.
Das sind 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 Adressen (Sextillionen = 3,4·1038)
Damit könnte theoretisch jedes Sandkorn auf der Erde eine eigene, eindeutige IPv6-Adresse erhalten.
Wie ist eine IPv6 Adresse aufgebaut?
Eine IPv6 Adresse wird nicht mehr in der dezimalen Schreibweise von IPv4 ausgedrückt, sondern hexadezimal. Eine IPv6 Adresse kann also aus den Ziffern 0 bis 9 und den Buchstaben A bis F bestehen. Dabei besteht eine IPv6 Adresse aus 8 Blöcken zu je 4 Hexadezimalen-Zahlen.
Eine Beispiel-Adresse sieht demnach so aus:
2001:0db8:1234:5678:90ab:cdef:1111:ffff
Schreibweisen von IPv6 Adressen
IPv6 Adressen sind aufgrund des größeren Adressraums deutlich länger als ihre Vorgänger IPv4. Daher gibt es für die Schreibweise von IPv6 Adressen die Möglichkeit diese verkürzt darzustellen.
- Führende Nullen eines Blocks (Die Bereiche zwischen zwei „:“ Zeichen) können immer weg gelassen
- Zwei oder mehr aufeinander folgende 0er-Bereiche können als zwei Doppelpunkte „::“ dargestellt werden. Dies ist innerhalb einer IPv6 Adresse aber nur einmal erlaubt, da die Adresse sonst nicht mehr eindeutig wäre.
- Die Buchstaben A bis F sollen klein geschrieben werden (also a,b,c,d,e,f).
Die Beispiel-Adresse 2001:0db8:0000:0000:0123:0000:0000:0adf kann demnach wie folgt gekürzt werden:
- 2001:db8::123:0:0:adf
Die führenden Nullen entfallen in allen Blöcken und der dritte und vierte Block mit jeweils :000: werden als „::“ dargestellt. Der sechste und siebte Block werden jeweils als :0: dargestellt.
Ebenso wäre richtig:
- 2001:db8:0:0:123::adf
Hier würde im Gegensatz zum ersten Beispiel der „::“ Block die letzten beiden :000: Blöcke ersetzen.
Nicht richtig wäre folgende Darstellung:
- 2001:db8::123::adf
Diese Darstellung ist falsch, da die IPv6 Adresse nicht mehr eindeutig ermittelt werden kann. Die Notation „::“ darf daher in einer IP-Adresse nur einmal vorkommen.
Subnetze im IPv6 Adressbereich
Unter IPv4 wurden Subnetze meist in der Regel in der Form 192.168.0.0/24 dargestellt. Die Subnetzmaske (hier /24) definierte dabei die maximal Anzahl von Hosts (=Computern) in einem Subnetz. Daran hat sich bei IPv6 an sich nichts geändert – lediglich die Subnetze werden größer.
Die Empfehlung bzw. Vorgabe der Vergabestellen für IP-Adressen im Internet sind so genannte Prefixe von /64. Das bedeutet, daß der kleinste an eine Endanwenderfirma vergebene IP-Adressbereich bereits 9,223,372,036,854,775,807 Adressen umfasst.
Als Beispiel: 2001:db8:1234:abcd:: /64
Die nutzende Firma hätte dann die Adressen von 2001:db8:1234:abcd:0000:0000:0000:0001 bis 2001:db8:1234:abcd:ffff: ffff: ffff: ffff zur Verfügung.
Eine einzelne IPv6-Adresse kann mit dem Anhang „/128“ als einzelne Adresse dargestellt werden.
Bsp.: 2001:db8::123:0:0:adf /128
Diese Darstellung entspricht der Notation von 192.168.1.1/32 im IPv4 Schema.
Besonderheiten von IPv6
Mit der Einführung und Nutzung von IPv6 ergeben sich gleichzeitig einige Änderungen gegenüber IPv4.
Kein NAT mehr unter IPv6
Network Adress-Translation (NAT) wird unter IPv4 dazu verwendet, bestimmte Netzwerk-Subnetze wie 192.168.0.0/16 oder 10.0.0.0/8 als private Netze zu definieren, die nicht im Internet geroutet werden. Die Firewalls und Router der betroffenen Firmen mussten also den IPv4 Datenverkehr zwischen dem internen Netz und dem Internet übersetzen.
Damit war es möglich den Adressbereich von IPv4 länger zu nutzen. Im Umkehrschluss wurde damit aber die Ende-zu-Ende Kommunikation von zwei Knoten im Internet praktisch unmöglich.
Technisch ist NAT mit IPv6 Adressen zwar immer noch möglich. Es sollte aber unbedingt vermieden werden, schließlich gibt es ja keinen Mangel mehr an individuellen IPv6-Adressen.
ICMP muss möglich sein – auch aus dem Internet
Damit die Ende-zu-Ende-Kommunikation zwischen allen Endgeräten im Internet funktioniert, muss das ICMP (Internet Control Message Protocol), etwa ein „ping“, von allen IPv6-Adressen aus möglich sein. Kurz gesagt: IPv6 basiert darauf, dass auch interne IPv6-Adressen von extern aus pingbar sind.
Für Firewall-Administratoren ergeben sich daraus ganz neue Anforderungen. Waren Sie in der Vergangenheit gewohnt, ihre Firewall von der WAN-Seite (WAN=Wide Area Network, i.d.R. das Internet) abzuschotten, so sollten Sie unter IPv6 ihre Firewall zumindest für ICMP-Pakete öffnen.
DHCPv6 und Router Advertisments (RA)
Wie auch bei IPv4 so ist es auch beim Nachfolger IPv6 möglich Endgeräten dynamisch IP-Adressen über den Dienst DHCP zuzuweisen. Im Gegensatz zu DHCP unter IPv4 fehlt dem DHCPv6 aber (absichtlich) der Default-Gateway. Diese unter IPv4 obligatorische Pflichtangabe des Ausgangs aus dem eigenen Subnetz übernimmt unter IPv6 der Dienst Router Advertisments (RA).
Sobald auf einer Firewall (z.B. opnsense oder pfsense) oder einem Host ein Netzwerk-Interface IPv6 „spricht, so muss dann neben dem DHCPv6 Dienst der RA-Dienst aktiviert werden, damit Clients, die ihre IPv6-Adresse über DHCP erhalten, über welchen Weg sie den Rest des eigenen Netzwerks oder des Internets erreichen
Neighbor Discovery Protokoll (NDP) statt ARP
Unter IPv4 diente das „Adress Resolution Protocoll“ (ARP) dazu eine IP-Adresse eindeutig einer MAC-Adresse (der physischen Hardware Adresse eines PCs) zuzuordnen.
Bei IPv6 übernimmt diese Rolle das Neighbor Discovery Protocoll (NDP). Dieser Dienst ist bei den allermeisten Geräten die IPv6 unterstützen aktiv, sobald eine IPv6 Adresse eingetragen oder über DHCPv6 bezogen wurde.
AAAA Records im DNS
Damit die Kommunikation für Endanwender im Internet beherrschbar ist, arbeiten Browser und andere Software-Produkt in der Regel nicht mit IP-Adressen sondern mit besser verständlichen Namen. Der Dienst hinter diesem Namensregister lautet Domain Name System, kurz DNS. Hier werden Namen zu IP-Adressen gespeichert.
Bei der Kommunikation im Web wird dann aus www.wikipedia.de die IPv4 Adresse 134.119.24.29 . Dies ist ein so genannter A-Record.
Damit nun auch IPv6 Adressen im DNS gespeichert werden können, wurde mit IPv6 der AAAA-Record (gesprochen: tripple „Ä“) im DNS eingeführt. Damit können einem Namen im DNS neben dem bestehenden A-Record für seine IPv4-Adresse zusätzlich eine IPv6-Adresse mit gegeben werden.
Wer also mit nslookup die Adresse www.google.de abfragt, der erhält sowohl die Ipv4 als auch die IPv6 IP-Adresse als Antwort:
Name: www.google.de
Addresses: 2a00:1450:4016:80a::2003
172.217.21.99
Besondere IPv6 Adressen
So wie es bei IPv4 besondere Netze für die private Nutzung oder Localhost-Adressen gibt, so gibt es auch bei IPv6 einige spezielle (Sub-)Netze, die gesondert behandelt werden:
Die Localhost Adresse in Ipv6:
Die klassische Localhost-Adresse lautet für IPv6 ::1/128. Oder ausführlich: 0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001 /128 .
Die IPv6 Adresse „::1 /128“ ist das Equivalent zu 127.0.0.1 in IPv4.
Reservierte Netze
Einige Netze oder Prefixe werden seitens der IANA gar nicht vergeben. So ist etwa 2000:: /3 für den Global Unicast reserviert. Daneben sind noch weitere /3 Prefixe (also Subnetze) global reserviert.
Ebenfalls nicht produktiv nutzbar ist das Netz 2001:0db8:: /32. Adressen die mit 2001:db8: beginnen werden in der Regel nur zu Dokumentations- und Demonstrations-Zwecken verwendet (siehe dazu auch rfc3849 der IETF).
URL-Notation von IPv6-Adressen
Wer eine über IPv6 erreichbare URL im Browser über die IP-Adresse aufrufen möchte, muss sich eine neue Notation für den Aufruf der URL einprägen. Damit der Browser die IPv6 von einer IPv4 Adresse unterscheiden kann, lautet der Aufruf:
http://[IPv6:Port]/
Die IPv6-Adresse wird also in eckige Klammern gesetzt. Die Verwendung eines Ports ist optional. Mit einer kompletten IPv6-Adresse sieht das dann z.B. so aus:
http://[2001:db8::123:0:0:adf :7344]/
Parallelbetrieb von IPv4 und IPv6
Wer nun in seinem Netzwerk IPv6 IP-Adressen einführen möchte, der muss nicht sofort alle IPv4 Adressen löschen. Ganz im Gegenteil.
Praktisch alle Betriebssysteme von PCs, Servern und Smartphones bieten seit geraumer Zeit die Möglichkeit sowohl eine IPv4 als auch eine IPv6 Adresse pro einzelnem Gerät zu vergeben. Das bildet den Grundstein für den parallelen Betrieb von IPv4 und IPv6 nebeneinander.
So haben etwa Windows-Server seit der Version 2003 und PCs seit Windows XP die Möglichkeit sowohl eine Ipv4 als auch eine IPv6 Adresse zu vergeben. Auch die meisten Hersteller von Switches und Routern haben IPv6 schon vor langer Zeit in ihre Geräte integriert.
Wer also ein aktuelles Betriebssystem hat und aktuelle Netzwerk-Hardware nutzt, der kann in der Regel IPv6-Adressen eingeben und verwalten.
Migration von IPv4 zu IPv6
Um nun schrittweise die eigene Infrastruktur für IPv6 fit zu machen, sollten IT-Administratoren sich zunächst um die Zuweisung eines statischen /64 Präfixes kümmern. Diesen erhalten Sie in der Regel von ihrem ISP (Internet Service Provider).
Hinweis: Kunden des IT-Dienstleisters Biteno GmbH erhalten im für Services im Rechenzentrum der Biteno einen /64 Präfix aus unserem Netzabschnitt 2a06:fbc0:: /29 der uns von der europäischen Vergabe-Agentur RIPE zugewiesen wurde.
Im zweiten Schritt gilt es dann – wie auch schon bei IPv4 – allen Servern und statischen Geräten eine feste IPv6 Adresse zu vergeben.
Endgeräte, die von Anwendern genutzt werden, erhalten dann ihre IPv6 Adresse über DHCPv6 in Kombination mit dem weiter oben beschriebenen Router Advertisments.
Da Umstellungen bzw. Einführungen von IPv6 im Unternehmen nicht einmal nebenbei erfolgen können, empfiehlt es sich, zunächst die Hilfe eines erfahrenen Consultants eines IT-Dienstleisters in Anspruch zu nehmen.
IPv6 testen
Wer heute einmal probehalber testen möchte, ob sein Endgerät schon mit IPv6 kommuniziert, kann das auf den folgenden Seiten testen:
- https://ipv6-test.com/ – IPv6 Test mit Speed-Test
- https://test-ipv6.com/index.html.de_DE
- https://www.wieistmeineip.de/
Auf dem eigenen PC/Notebook kann man die eigene IPv6 Adresse mit dem Befehlt “ipconfig /all” ermitteln. Das Ergebnis sieht dann z.B. so aus:
IPv6 Konfiguration auf dem eigenen PC/Notebook
Fazit zu IPv6
Bei IPv6 müssen IT-Administratoren einige wichtige Besonderheiten wie den Wegfall von NAT oder die besondere Schreibweise von IPv6-Adressen “lernen” und verstehen. Sobald diese Neuigkeiten verdaut sind, steht dem produktiven Betrieb der eigenen IT-Infrastruktur mit IPv6 aber nichts mehr im Wege.
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Matthias Böhmichen ist Geschäftsführer des IT-Dienstleisters Biteno GmbH. Neben seinem Job blogt und schreibt er auf den Webseiten der Biteno GmbH über technische und unternehmerische Themen.
