Was ist IPv4?

Das Internetprotokoll (IP) ist für die Herstellung digitaler Kommunikation über verschiedene Arten von Netzwerken von entscheidender Bedeutung. Unter seinen Versionen ist Internet Protocol Version 4 (IPv4) die am weitesten verbreitete und dient als Rückgrat der globalen Internetkonnektivität.

IPv4 wurde in den frühen 1980er Jahren entwickelt und hat unzählige Innovationen ermöglicht. Trotz des zunehmenden Übergangs zu seinem Nachfolger IPv6 bleibt es ein zentraler Bestandteil der Internetarchitektur. Dieser Beitrag befasst sich mit den Grundlagen von IPv4 und untersucht seine Funktionsweise, Bedeutung und den allmählichen Übergang zu einem fortschrittlicheren Protokoll.

Was ist IPv4?

Internet Protocol Version 4 oder IPv4 ist die vierte Revision des Internetprotokolls und war die erste Version, die in der Produktion eingesetzt wurde. Die Implementierung im ARPANET im Jahr 1983 stellte einen bedeutenden Fortschritt in der digitalen Kommunikationstechnologie dar. IPv4-Adressen sind 32-Bit-Zahlen, die etwa 4,3 Milliarden eindeutige Adressen ermöglichen.

Diese Adressierungsmöglichkeit war für die frühen Netzwerkanforderungen ausreichend, reicht jedoch für die heutige umfassende und wachsende Internetnutzung nicht mehr aus, was zur Entwicklung von IPv6 führte.

So funktioniert IPv4

Eine IPv4-Adresse wird normalerweise in Dezimalschreibweise dargestellt, die aus vier Oktetten (oder Bytes) besteht, die durch Punkte getrennt sind. Jedes Oktett stellt eine Dezimalzahl zwischen 0 und 255 dar. Beispielsweise lautet die IPv4-Adresse 192.168.1.1 übersetzt in die binäre Folge 11000000.10101000.00000001.00000001.

Beispiel für eine Aufschlüsselung der IP-Adressen:

• 192 = 11000000
• 168 = 10101000
• 1 = 00000001
• 1 = 00000001

IPv4 verwendet eine Methode namens Routing, um den effizientesten Pfad durch ein Netzwerk zu bestimmen, dem Datenpakete von der Quelle zum Ziel folgen müssen. Router im Internet verwenden Routingtabellen, um Weiterleitungsentscheidungen basierend auf der Ziel-IP-Adresse jedes Pakets zu treffen.

Einfache Routing-Demonstration:

Stellen Sie sich ein Datenpaket mit einer Zieladresse vor 192.168.1.1Ein Router prüft seine Routing-Tabelle, um zu entscheiden, ob das Paket direkt an das Ziel gesendet werden soll, wenn es sich im selben Netzwerk befindet, oder ob es an einen anderen Router weitergeleitet werden soll.

IPv4-Adressklassen

IPv4-Adressen werden in fünf Klassen unterteilt, um Netzwerken unterschiedlicher Größe und Anforderungen gerecht zu werden:

• Klasse a: Unterstützt 16 Millionen Hosts in jedem der 127 Netzwerke. (zB, 10.0.0.1)
• Klasse b: Unterstützt 65.000 Hosts in jedem der 16.000 Netzwerke. (z. B. 172.16.0.1)
• Klasse C: Unterstützt 254 Hosts in jedem der 2 Millionen Netzwerke. (zB, 192.168.1.1)
• Klasse D: Wird für Multicast-Gruppen verwendet. (z. B. 224.0.0.1)
• Klasse E: Reserviert für Experimente; wird nicht in öffentlichen Netzwerken verwendet. (zB 240.0.0.1)

Funktionen von IPv4

IPv4 umfasst mehrere Funktionen, die eine effiziente, wenn auch grundlegende Internetfunktionalität ermöglichen:

• Subnetzbildung: Ermöglicht die Aufteilung eines einzelnen physischen Netzwerks in mehrere kleinere, logische Subnetze. Dies erhöht die Routing-Effizienz und organisiert das Netzwerk logisch.
• Adressauflösungsprotokoll (ARP): Ordnet eine IP-Adresse einer physischen Computeradresse zu, die im lokalen Netzwerk erkannt wird.
• Best-Effort-Liefermodell: IPv4 garantiert weder die Paketzustellung, verwaltet die Paketsequenzierung noch vermeidet es doppelte Zustellungen, sondern überlässt diese Aufgaben Protokollen auf höherer Ebene.

Einschränkungen und Herausforderungen

Die größte Einschränkung von IPv4 ist sein Adressraum. Angesichts der explosionsartigen Zunahme an Internetgeräten reichen 4,3 Milliarden Adressen nicht aus. Daher werden Techniken wie Network Address Translation (NAT) eingesetzt, um den Mangel vorübergehend zu beheben.

NAT ermöglicht mehreren Geräten in einem privaten Netzwerk, eine einzige öffentliche IP-Adresse gemeinsam zu nutzen. Dadurch wird Adressraum gespart, allerdings können dadurch bestimmte Arten der Internetkommunikation, wie etwa Peer-to-Peer-Netzwerke, erschwert werden.

Umstellung auf IPv6

IPv6 wurde entwickelt, um IPv4 zu ersetzen und dessen Einschränkungen zu beheben. Es verwendet 128-Bit-Adressen und ermöglicht damit eine praktisch unbegrenzte Anzahl eindeutiger Adressen. IPv6 enthält außerdem Verbesserungen beim Routing und der automatischen Netzwerkkonfiguration und bietet integrierte Unterstützung für Sicherheitsprotokolle, die IP-Pakete verschlüsseln und authentifizieren.

IPv4 heute

Trotz der Verfügbarkeit von IPv6 bleibt IPv4 aufgrund der umfangreichen Infrastruktur, die es unterstützt, vorherrschend. Übergangsmechanismen wie Dual-Stack-Implementierungen ermöglichen es Geräten, IPv4 und IPv6 zu unterstützen, was einen schrittweisen Übergang statt einer sofortigen Umstellung ermöglicht.

Abschluss

IPv4 hat bei der Entwicklung und Verbreitung des Internets eine entscheidende Rolle gespielt. Obwohl seine Einschränkungen die Entwicklung von IPv6 erforderlich machten, unterstützen seine grundlegenden Designs und Konzepte weiterhin unsere aktuellen digitalen Kommunikationsbedürfnisse.

Der Übergang zu IPv6 ist im Gange, aber IPv4 wird auf absehbare Zeit ein entscheidender Teil der Netzwerkkommunikation bleiben.