Was ist IPv4?

Wie der Name schon sagt, ist IPv4 oder Internet Protocol Version 4 die vierte Version des IP oder Internet Protocol. Dieses Protokoll ist eines der Kernprotokolle, die bei der Einrichtung und Wartung des Internets ( sowie einiger anderer ähnlich strukturierter Netzwerke ) verwendet werden.

Die ursprüngliche Version des IP wurde 1974 eingeführt. Lange bevor sich das Internet, wie wir es heute kennen, durchgesetzt hat. Es diente auch als Grundlage für ein anderes Protokoll – das TCP. Oder Transmission Control Protocol. Im Gegensatz zum TCP, das seit seiner Konzeption aktualisiert, aber nicht grundlegend überarbeitet wurde, hat das IP mehrere Überarbeitungen erfahren. IPv4 war die erste Hauptversion davon und ist es bis heute. Dennoch wird das dominierende Protokoll im Internet verwendet.

Was tut es?

Das Internet Protocol, in jeder Version, ist verantwortlich für die Fragmentierung und Reassemblierung übertragener Daten und das Routing von Datagrammen vom Host zum Ziel. Einfacher gesagt zerlegt IPv4 die Informationen und verpackt sie in kleinere Einheiten, die über das Netzwerk übertragen werden können. Und tut dies dann, bevor er die Daten für den Empfänger wieder zusammenfügt. „Datagramm“ sind die Netzwerkpakete, die hin und her gesendet werden. Und jeder von ihnen besteht aus zwei Abschnitten – dem Header und der Nutzlast.

Der IP-Header enthält Informationen über die Quell- und Ziel-IP-Adresse sowie zusätzliche Metadaten, die erforderlich sind, um das Datagramm dorthin zu bringen, wo es hingehört. Die Nutzdaten sind die eigentlichen Daten, die transportiert werden. Der Prozess, Daten für die Übertragung in Datagramme zu zerlegen, wird täglich milliardenfach durchgeführt. Jedes Mal, wenn ein Benutzer auf das Internet zugreift und beispielsweise eine Webseite laden möchte.

Warum IPv4?

Das ursprünglich 1974 geschaffene geistige Eigentum reichte für die Aufgabe, die zuerst seine Verwendung erforderte, nicht aus. 1981 wurde IPv4 als verbesserte Version entwickelt. Es war diese Version, die das US-Verteidigungsministerium als Standard für alle seine militärischen Computernetzwerke übernahm. So wurde es nicht lange danach zu einem Eckpfeiler des modernen Internets.

Das für Adressen innerhalb des IPv4-Systems verwendete Format besteht aus vier Datenoktetten, die meistens durch Punkte getrennt sind. Das Design ist den meisten bekannt: 127.0.255.250 wäre ein Beispiel für eine solche Adresse. Es ist erwähnenswert, dass IP-Adressen im IPv4-System nicht mit Website-URLs identisch sind – obwohl Website-Inhalte über das IP-Protokoll übertragen werden, sind URLs und IP-Adressen nicht synonym. Während ein Telefon, das zum Laden einer Website verwendet wird, eine eindeutige IP-Adresse hat, hat die Website selbst keine eindeutige IP-Adresse – jedoch auf welchem ​​Computer auch immer die Daten gespeichert sind.

Einschränkungen und der nächste Schritt

Der Zweck von IPv4 besteht ausschließlich darin, Daten von A nach B zu bringen – es garantiert weder die Datenlieferung noch stellt es sicher, dass Informationen in der richtigen Reihenfolge und zum richtigen Zeitpunkt geliefert und zusammengestellt werden. Es kann auch nicht verhindern, dass doppelte Pakete gesendet werden. Solche Dinge sind notwendig, werden aber von Transportprotokollen der oberen Schicht wie dem TCP erledigt. Alles, was IPv4 tut, ist ein „Best-Effort“-Ansatz, um so viele Daten wie möglich an den richtigen Ort zu liefern. Im Gegensatz dazu werden wesentliche Aspekte wie Datenintegrität von anderen Protokollen behandelt.

Die bedeutendste Einschränkung von IPv4 ist die Verwendung von 32-Bit-Adressen. Bei der Gründung war das kein Problem. Das Internet hat sich bis zu einem Punkt ausgedehnt, an dem die Erschöpfung des Adressraums ein Problem darstellt. Das 32-Bit-Adressierungssystem bedeutet, dass die Gesamtzahl der möglichen Adressen 232 beträgt. Mit anderen Worten, es können nur 4294967296 Adressen existieren.

Etwa 18 Millionen davon sind für private Netze reserviert und weitere 270 Millionen für Multicast-Adressen – aber das Internet kommt so oder so schnell an den Punkt, an dem diese Zahl nicht mehr ausreicht. Dies veranlasste die Entwicklung eines Nachfolgeprotokolls – IPv6. Im Jahr 2011 war der primäre Adresspool formell erschöpft, sodass nur noch wenig Platz für den Übergang zu IPv6 blieb.

IPv6 wurde erstmals 1998 vorgeschlagen und 2017 als Internetstandard ratifiziert, lange nachdem es Mitte der 2000er Jahre von Entwicklern verwendet wurde. Obwohl es in Bezug auf die Adressräume eine Verbesserung gibt ( IPv6 verwendet 128-Bit-Pakete mit insgesamt 3,4 × 1038 verfügbaren Adressen ), sind IPv4 und IPv6 nicht interoperabel. Das bedeutet, dass sie nicht direkt miteinander kommunizieren können. Dies macht es auch komplizierter, vollständig auf IPv6 umzusteigen, und deshalb ist ein Großteil des Internets immer noch vollständig auf das IPv4-System angewiesen.

Abschluss

IPv4 ist das grundlegende Protokoll und Adressierungsschema des Internets und seiner Vorläufer. Wie viele Alterungsprotokolle weist es jedoch Anzeichen eines veralteten Designs auf. Während dies bei vielen Protokollen ein Mangel an Sicherheit war, ist es bei IPv4 ein Mangel an Skalierbarkeit. Während die 4 Milliarden Adressen, die es anbietet, nach viel klingen mögen, ist es in der modernen Welt, in der viele Menschen mehr als ein mit dem Internet verbundenes Gerät haben, einfach nicht genug.

Trotz dessen und des starken Drucks, auf das Nachfolgeprotokoll IPv6 umzusteigen, das einen riesigen Adressraum bietet, war der Übergang von IPv4 relativ schwierig und langsam. Schon jetzt verwenden viele Netzwerke, die IPv6 verwenden, entweder duale Netzwerkstacks mit IPv4 und v6 oder verwenden IPv4 intern und übersetzen es über NAT in eine öffentliche IPv6-Adresse.