Moderne Computergeräte sind im Allgemeinen mit dem Internet verbunden. Diese riesige Datenquelle ist dank einer breiten Palette von Protokollen und Kommunikationsstandards zugänglich. Die IP-Adresse untermauert sie alle. Eine IP-Adresse ist eine digitale Adresse für ein Computergerät, die es ihm ermöglicht, über Netzwerkverbindungen zu kommunizieren. Entscheidend ist, dass es die Kommunikation zwischen Netzwerken ermöglicht, was es dem Internet ermöglicht hat, ein riesiges Netz miteinander verbundener Netzwerke zu bilden.
Auf die gleiche Weise muss ein Brief eine Adresse auf dem Umschlag haben, um an den richtigen Ort geliefert zu werden, ein Netzwerkpaket benötigt eine Ziel-IP-Adresse, um an das richtige Gerät geliefert zu werden. Das Internet und sein Vorläufer, das ARPANET, basieren auf einer Adressstruktur namens IPv4 oder Internet Protocol Version 4. Dies wird jedoch jetzt von IPv6 abgelöst.
Das ursprüngliche Adressierungsschema – IPv4
IPv4 ist das Standardadressschema des größten Teils des Internets und war es seit seiner Einführung. IPv4-Adressen sind mit 32 binären Bits definiert. Um sie für Menschen lesbar zu machen, werden sie oft in einem Format angezeigt, das als Dotted-Quad- oder Dot-Decimal-Notation bezeichnet wird. Eine beispielhafte IPv4-Adresse wäre 192.168.0.2.
Das von Menschen lesbare Format von IPv4 oben soll vier Oktette haben, da jeder der durch Punkte getrennten Abschnitte 8 Bit hat. Jedes Oktett kann einen Wert zwischen 0 und 255 haben. Das bedeutet, dass es insgesamt 2 gibt32 oder 4.294.967.296 mögliche IPv4-Adressen. Das mag viel klingen und wurde in den Anfängen des Internets auch vermutet. In Wirklichkeit hat das Internet jedoch eine enorme Verbreitung erfahren, und es gibt jetzt viel mehr Geräte als IP-Adressen.
Erschöpfung des Adressraums
In den frühen Tagen des Internets war der PC keine Sache. Es wurde angenommen, dass Netzwerke nur in großen Organisationen zu finden seien, da sie sich als einzige Computer leisten könnten. Um diesem Gedankengang zu folgen, wurden Organisationen, die danach fragten, große Blöcke von IP-Adressen zugewiesen.
Der PC änderte das alles und brachte Computer ins Haus. Diese Änderung führte dazu, dass es jetzt viele kleinere Netzwerke statt weniger großer Netzwerke gab. Das bedeutete, dass die Methode zur Vergabe von IP-Adressen geändert werden musste. Classful Networking war eine Möglichkeit, die großen Netzwerke in kleinere Teile aufzuteilen. Dies war eine effizientere Nutzung des Adressraums, hatte aber immer noch ein Problem mit kleinen bis mittleren Organisationen, die eine zwischengeschaltete Netzwerkzuweisung benötigen, die im Allgemeinen weitaus höher ist als zuvor erforderlich.
Ein Jahrzehnt später wurde Classful Networking durch CIDR oder Classless Inter-Domain Routing ersetzt. Dies ermöglichte eine viel genauere Kontrolle über die Größe der zugewiesenen Netzwerke und wird bis heute verwendet. Es funktioniert, indem es ein Netzwerk mit einer zweiten Adresse definiert, die als Subnetzmaske bezeichnet wird. Die Subnetzmaske hat die gleiche Struktur. Aber jedes binäre Bit, das die Netzwerkadresse darstellt, wird auf 1 gesetzt und jedes binäre Bit, das verwendet werden kann, um Hosts in diesem Netzwerk zu bezeichnen, wird auf 0 gesetzt.
Dennoch drohte die Popularität des Internets weiterhin, den Adressraum vollständig auszuschöpfen. Während ein paar weitere Tricks wie private Adressräume und NAT implementiert wurden. Die wirkliche Lösung ist ein Übergang zu IPv6.
Der Nachfolger – IPv6
IPv6-Adressen sehen ganz anders aus als IPv4-Adressen. Eine beispielhafte IPv6-Adresse könnte wie folgt aussehen: fe80:0db8:0000:0000:0000:8a2e: 0370:7334. Die vollständige Adresse besteht jetzt aus 128 Bit statt 32. Dies bietet 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 oder 340 Billionen Billionen Billionen eindeutige IPv6-Adressen, mehr als genug, um vor der Erschöpfung des Adressraums wie IPv4 geschützt zu sein.
Im Gegensatz zu IPv4, bei dem durch Punkte getrennte Dezimalzahlen verwendet werden, verwendet IPv6 Hexadezimalzahlen und Doppelpunkte. In einigen Fällen wird die Adresse möglicherweise komprimiert angezeigt, damit sie kürzer aussieht. Zur Erleichterung des Lesens und Schreibens kann der größte zusammenhängende Nullblock weggelassen werden, wobei die Doppelpunkte auf beiden Seiten verbleiben. Dadurch reduziert sich die Adresse auf fe80:0db8::8a2e: 0370:7334.
IPv6 hatte einen langen Weg zur Standardisierung, zunächst wurde 1998 ein Standardentwurf veröffentlicht und schließlich 2017 standardisiert. In diesem Zeitrahmen gab es trotz der Stabilität des Standardentwurfs und der zunehmenden Dringlichkeit der Erschöpfung des IPv4-Adressraums nur eine minimale Akzeptanz.
Ab 2022 ist der IPv4-Adressraum vollständig ausgeschöpft und es können keine neuen Adressen mehr vergeben werden. Glücklicherweise gibt es jetzt eine Zunahme der IPv6-Unterstützung auf Servern, Benutzergeräten und Middleboxen. Google bietet tägliche Statistiken für die Menge an Datenverkehr, der IPv6 verwendet. Zum Zeitpunkt des Verfassens dieses Artikels liegt dieser bei rund 40 % und steigt seit 2017 stetig an.
Reservierte Adressen
Einer der Tricks, um die Erschöpfung des Adressraums zu verhindern, bestand darin, bestimmte Gruppen von Adressen unterschiedlich zu behandeln. Einige Adressen wurden für die zukünftige Verwendung reserviert, und einige wurden für die Verwendung als Loopback-Adresse reserviert. Die wichtigsten Bereiche waren jedoch die privaten Adressbereiche. Diese Adressbereiche: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 und 192.168.0.1/16 wurden als vertraulich gekennzeichnet. Jedes Netzwerk kann diese Adressbereiche intern verwenden.
Entscheidend dabei war, dass diese privaten Adressen nur für die lokale Netzwerkkommunikation verwendet werden können, sie können nicht netzwerkübergreifend verwendet werden. Dies bedeutet, dass interne Geräte nicht auf das seltene und schwindende Angebot an öffentlichen IPv4-Adressen zurückgreifen müssen. Das macht die Kommunikation außerhalb des Netzwerks natürlich komplizierter, aber dank NAT nicht unmöglich.
NAT oder Network Address Translation und zugehörige PAT (Übersetzung von Portadressen) ist ein Protokoll, das es einem Router ermöglicht, eine einzige öffentliche IP-Adresse zu haben und dann jeden ausgehenden Datenverkehr geschickt so umzuwandeln, dass er seine eigene öffentliche IP-Adresse verwendet. Der Router muss nachverfolgen, welche Kommunikation von welchem Gerät kam, damit er die Antwort an die richtige Adresse zurücksenden kann, aber das System hat hervorragend funktioniert.
Mit privaten Adressräumen, NAT und PAT gingen interne Netzwerke von der Verwendung einer öffentlichen IP-Adresse für jedes Gerät zur Verwendung einer öffentlichen Adresse insgesamt über.
IPv6 enthält auch ähnliche reservierte Adressräume für interne Netzwerke. Jede IPv6-Adresse, die mit „fe80“ beginnt, ist eine private „link local“-Adresse.
Fazit
Eine IP-Adresse wird verwendet, um ein Computergerät in einem Computernetzwerk zu identifizieren und ihm die Kommunikation darüber zu ermöglichen. IPv4-Adressen sind Standard, werden aber durch die längeren IPv6-Adressen ersetzt, da IPv4 keine möglichen Adressen mehr hat, um sie neuen mit dem Internet verbundenen Geräten zuzuweisen.
Einige eindeutige Adressbereiche sind private IP-Adressen. Private Adressen können in jedem Netzwerk verwendet werden, können jedoch nicht zur direkten Kommunikation zwischen Netzwerken verwendet werden. IP-Adressen in einem Netzwerk werden normalerweise von einem Router mithilfe von DHCP oder Dynamic Host Control Protocol zugewiesen.