Was ist IPv4?

IPv4 ist seit der Bereitstellung der ersten Version im ARPANET im Jahr 1983 das Standard-Internet-Adressierungsschema. Der Nachfolger von IPv4, IPv6, wurde 2017 standardisiert, wird jedoch trotz der seit 1998 veröffentlichten Entwurfsversionen immer noch langsam eingeführt da der verfügbare IPv4-Adressraum erschöpft ist.

IPv4-Design

IPv4 verwendet einen 32-Bit-Adressraum, der insgesamt 2^32 IP-Adressen ermöglicht, das sind 4.294.967.296 mögliche eindeutige Adressen.

IPv4-Adressen werden normalerweise in der Punkt-Quad-Notation angezeigt, die aus vier binären Oktetten im Dezimalformat besteht, die jeweils durch einen Punkt getrennt sind. 172.67.69.195 ist beispielsweise 10101100.01000011.01000101.11000011 in binärer Form. Aufgrund dieses Designs kann jedes Oktett nur zwischen 0 und 255 liegen.

Erschöpfung der IPv4-Adresse

Früher wurde die Struktur von Netzwerken in IPv4 in Klassen unterteilt, hauptsächlich A, B und C. Ein Klasse-A-Netzwerk verwendet das erste Oktett, um das Netzwerk zu definieren, wobei alle anderen Bits Hosts zuordenbar sind, dies ermöglicht 128 mögliche Netzwerke, mit jeweils mehr als 16 Millionen Hosts. Ein Klasse-B-Netzwerk verwendet die ersten beiden Oktette als Netzwerkadresse und die letzten beiden als Hostadressen, was mehr als 16.000 Netzwerke mit mehr als 65.000 Hosts ermöglicht. Schließlich verwendeten Klasse-C-Netzwerke die ersten drei Oktetts für die Netzwerkadresse und das letzte Oktett für Hostadressen, was mehr als 2 Millionen Netzwerke mit bis zu 256 Hosts ermöglichte.

Wenn ein Unternehmen ursprünglich IP-Adressen benötigte, konnte es ein Klasse-C-Netzwerk von einem regionalen Provider anfordern, wenn es diesen Platz nicht brauchte, bekam es es trotzdem, wenn es mehr brauchte, bekam es ein Klasse-B-Netzwerk. Einigen Unternehmen wurden sogar Netzwerke der Klasse A zugewiesen, darunter Apple, Ford, der US Postal Service, AT&T und Comcast. Dem US-Verteidigungsministerium sind 13 Klasse-A-Netze zugeordnet.

Im Laufe der Zeit wurde festgestellt, dass ein solches Vorgehen schnell dazu führen würde, dass dem Adressschema die zu vergebenden Adressen ausgehen. Es wurde ein neues Verfahren namens CIDR oder Classless Inter-Domain Routing entwickelt, das die Zuweisung von IP-Adressblöcken beliebiger Größe ermöglichte. Dies verhinderte die eventuelle Erschöpfung des Adresspools.

Ein weiteres Tool zur Reduzierung der IP-Adressnutzung bestand darin, private IP-Adressbereiche anzugeben, die intern, aber nicht im Internet verwendet werden konnten. Dieser Ansatz ermöglichte es allen internen Netzwerken, die gleichen Adressierungsschemata zu verwenden, mit nur einem kleinen Verlust an nutzbarem Adressraum. Der gebräuchlichste private Netzwerkbereich ist wahrscheinlich der, den Sie in Ihrem Heimnetzwerk haben. Es beginnt bei 192.168.0.0 und geht bis 192.168.255.255.

Diese Technik hat dazu geführt, dass das Internet-Gateway wie Ihr Heimrouter jetzt das einzige Gerät in Ihrem Netzwerk mit einer öffentlichen IP-Adresse ist. Ihr Router übersetzt den gesamten eingehenden Datenverkehr und ermittelt durch zwei Prozesse namens NAT und PAT, an welchen Host er in Ihrem Netzwerk gesendet werden soll. NAT ist Network Address Translation und PAT ist Port Address Translation. Zusammen werden sie vom Router verwendet, damit Ihre Geräte Dienste für das Internet öffnen können, ohne direkt über eine öffentliche IP-Adresse zu verfügen.

Trotz aller Bemühungen, die Erschöpfung der IPv4-Adressen abzuwenden, haben alle regionalen Registrare ihren Vorrat an nicht zugewiesenen IPv4-Adressen inzwischen erschöpft, wobei die letzte nicht zugewiesene Adresse am 25. November 2019 vergeben wurde. Alle 4.294.967.296 IP-Adressen wurden zugewiesen. Regionale Registrare können nur IP-Adressen neu zuweisen, die an sie zurückgegeben werden. Der Wechsel zu IPv6 ist jetzt entscheidend, um sicherzustellen, dass jedes Gerät, das eine Adresse benötigt, eine erhalten kann. IPv6 verwendet ein viel längeres Adressierungsschema, das einen im Wesentlichen unerschöpflichen Vorrat an IP-Adressen bereitstellt.