Das Internet Protocol Version 6 (IPv6), anfangs auch Internet Protocol next Generation (IPng) genannt, ist ein von der Internet Engineering Task Force (IETF) seit 1998 standardisiertes Verfahren zur Übertragung von Daten in paketvermittelnden Rechnernetzen, insbesondere dem Internet. In diesen Netzen werden die Daten in Paketen versendet, in welchen nach einem Schichtenmodell Steuerinformationen verschiedener Netzwerkprotokolle ineinander verschachtelt um die eigentlichen Nutzdaten herum übertragen werden. IPv6 stellt als Protokoll der Vermittlungsschicht (Schicht 3 des OSI-Modells) im Rahmen der Internetprotokollfamilie eine über Teilnetze hinweg gültige 128-Bit-Adressierung der beteiligten Netzwerkelemente (Rechner oder Router) her. Ferner regelt es unter Verwendung dieser Adressen den Vorgang der Paketweiterleitung zwischen Teilnetzen (Routing). Die Teilnetze können so mit verschiedenen Protokollen unterer Schichten betrieben werden, die deren unterschiedlichen physikalischen und administrativen Gegebenheiten Rechnung tragen.
Im Internet soll IPv6 im Laufe der Zeit die Version 4 des Internet Protocols (IPv4) vollständig ablösen, da es deutlich mehr Adressen bietet, von denen die IANA bei IPv4 auf globaler Ebene 2011 die letzten vergeben hat. Kritiker befürchteten 2011 ein Zurückdrängen der Anonymität im Internet durch die nun mögliche zeitlich stabilere und weiter reichende öffentliche Adressierung.Datenschützer besorgt über IPv6. Heise.de. Befürworter bemängelten 2010 die zögerliche Einführung von IPv6 angesichts der ausgelaufenen globalen IPv4-Adressvergabe.NRO and OECD Highlight that IPv6 Deployment is Too Slow. Regional Internet Registries, Pressemitteilung. Zugriffe auf Google von Nutzern aus Deutschland enthielten im Dezember 2023 zu etwa 72 % IPv6.Google per country IPv6 Adoption.
Gründe für ein neues Internet-Protokoll mini|Anzahl verfügbarer IPv4-Adressblöcke zwischen 1995 und 2015 mini|Täglich zugewiesene IPv4-Adressen nach RIRs (Regional Internet Registries)
IPv4 bietet theoretisch einen Adressraum von etwas über vier Milliarden IP-Adressen (232 = 2564 = 4.294.967.296), der von der IANA in 256 /8-Netze eingeteilt wird, wovon 221iana.org. weitgehend zur Nutzung freigegeben, also beispielsweise an RIRs zugewiesen wurden. Die restlichen 35 /8-Netze wurden für spezielle Zwecke (z. B. 127/8 für Loopback) oder für die Zukunft reserviert, was den verfügbaren Bereich rechnerisch auf 3.707.764.736 Adressen reduziert. Nachdem jedoch auch einige Unterbereiche (wie 100.64.0.0/10) der an sich freigegebenen /8-Netze für andere Zwecke reserviert wurden, reduziert sich dieser Bestand um weitere 5.506.830 IP-Adressen, sodass der tatsächlich nutzbare Adressbereich, um z. B. Computer und andere Geräte direkt anzusprechen, letztlich auf 3.702.257.906 IP-Adressen sinkt.IPv4 – Charts and Explanations siehe Abschnitte IV.–V. CIDR/EU. In den Anfangstagen des Internets, als es nur wenige Rechner gab, die eine IP-Adresse brauchten, war dies vollkommen ausreichend. Man hatte sogar größere Adressbereiche u. a. für große Organisationen reserviert, wodurch noch weniger freie Adressen für Privatpersonen übrig blieben.
Im Laufe der Zeit erlangte aber das Internet immer größere Verbreitung, und die Weltbevölkerung war lange schon größer als die Zahl verfügbarer IPv4-Adressen. Hinzu kam, dass unter anderem eine Website bereits dauerhaft eine oder mehrere Adressen belegt. Es brauchte also ein besseres System, das ohne technische Provisorien viel mehr Adressen bereitstellt. Weitere Informationen siehe Adressknappheit von IPv4.
Durch eine kurzsichtige Vergabepraxis gibt es im IPv4-Adressraum eine starke Fragmentierung. Bei IPv6 hingegen wurde eine weitsichtigere Praxis angewandt.
Aus diesen Gründen begann die IETF bereits 1995 die Arbeiten an IPv6. Im Dezember 1998 wurde IPv6 mit der Publikation von RFC 2460 auf dem Standards Track offiziell zum Nachfolger von IPv4 gekürt. Im Juli 2017 veröffentlichte die IETF RFC 8200, der die ursprüngliche Fassung ersetzt.
Die wesentlichen neuen Eigenschaften von IPv6 umfassen: Vergrößerung des Adressraums von IPv4 mit 232 (≈ 4,3 Milliarden = 4,3·109) Adressen auf 2128 (≈ 340 Sextillionen = 3,4·1038) Adressen bei IPv6, d. h. Vergrößerung um den Faktor 296 (≈ 7,9·1028). Vereinfachung und Verbesserung des Protokollrahmens (Kopfdaten); dies entlastet Router von Rechenaufwand. Zustandslose automatische Konfiguration von IPv6-Adressen; zustandsbehaftete Verfahren wie DHCP werden beim Einsatz von IPv6 damit in vielen Anwendungsfällen überflüssig. Mobile IP sowie Vereinfachung von Umnummerierung und Multihoming. Implementierung von IPsec innerhalb des IPv6-Standards. Dadurch wird die Verschlüsselung und die Überprüfung der Authentizität von IP-Paketen ermöglicht.IPsec wurde zusätzlich auch für IPv4 spezifiziert, dort ist die Umsetzung aber optional, während sie für IPv6 zunächst in vorgeschrieben war. Diese Vorschrift wurde aber zurückgenommen mit: Unterstützung von Netztechniken wie Quality of Service und Multicast.
Die hauptsächliche Motivation zur Vergrößerung des Adressraums besteht in der Wahrung des Ende-zu-Ende-Prinzips,siehe etwa das ein zentrales Designprinzip des Internets ist: Nur die Endknoten des Netzes sollen aktive Protokolloperationen ausführen, das Netz zwischen den Endknoten ist nur für die Weiterleitung der Datenpakete zuständig. (Das Internet unterscheidet sich hier wesentlich von anderen digitalen Datenübertragungsnetzwerken wie z. B. GSM). Dazu ist es notwendig, dass jeder Netzknoten global eindeutig adressierbar ist.
Heute übliche Verfahren wie Network Address Translation (NAT), welche derzeit die IPv4-Adressknappheit umgehen, verletzen das Ende-zu-Ende-Prinzip. Sie ermöglichen den so angebundenen Rechnern nur, ausgehende Verbindungen aufzubauen. Aus dem Internet können diese hingegen nicht ohne Weiteres kontaktiert werden. Auch verlassen sich IPsec oder Protokolle auf höheren Schichten wie z. B. FTP und SIP teilweise auf das Ende-zu-Ende-Prinzip und sind mit NAT nur eingeschränkt oder mittels Zusatzlösungen funktionsfähig.Stefan Wintermeyer: Asterisk 1.4 + 1.6. 1. Auflage. Addison-Wesley, München 2009, Kapitel 8. das-asterisk-buch.de.
Besonders für Heimanwender bedeutet IPv6 damit einen Paradigmenwechsel: Anstatt vom Provider nur eine einzige IP-Adresse zugewiesen zu bekommen und über NAT mehrere Geräte ans Internet anzubinden, bekommt man den global eindeutigen IP-Adressraum für ein ganzes Teilnetz zur Verfügung gestellt, so dass jedes seiner Geräte eine IP-Adresse aus diesem erhalten kann. Damit wird es für Endbenutzer einfacher, durch das Anbieten von Diensten aktiv am Netz teilzunehmen. Zudem entfallen die Probleme, die bei NAT durch die Adressumschreibung entstehen.
Bei der Wahl der Adresslänge und damit der Größe des zur Verfügung stehenden Adressraums waren mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Zum einen müssen pro Datenpaket auch Quell- und Ziel-IP-Adresse übertragen werden. Längere IP-Adressen führen damit zu erhöhtem Protokoll-Overhead, d. h. das Verhältnis zwischen tatsächlichen Nutzdaten und der zur Vermittlung notwendigen Protokolldaten sinkt.Eine Diskussion des Problems findet sich in einem Internet-Draft von W. Eddy: Comparison of IPv4 and IPv6 Header Overhead. Auf der anderen Seite sollte dem zukünftigen Wachstum des Internets Rechnung getragen werden. Zudem sollte es zur Verhinderung der Fragmentierung des Adressraums möglich sein, einer Organisation nur ein einziges Mal Adressraum zuweisen zu müssen. Um den Prozess der Autokonfiguration sowie Umnummerierung und Multihoming zu vereinfachen, war es außerdem wünschenswert, einen festen Teil der Adresse zur netzunabhängigen eindeutigen Identifikation eines Netzknotens zu reservieren. Die letzten 64 Bit der Adresse bestehen daher in der Regel aus der EUI-64 der Netzwerkschnittstelle des Knotens.
Adressaufbau von IPv6 IPv6-Adressen sind 128 Bit lang (IPv4: 32 Bit). Die ersten 64 Bit bilden das sogenannte Präfix, die letzten 64 Bit bilden bis auf Sonderfälle einen für die Netzwerkschnittstelle () eindeutigen Interface-Identifier. Eine Netzwerkschnittstelle kann unter mehreren IP-Adressen erreichbar sein; in der Regel ist sie dies mittels ihrer link-lokalen Adresse und einer global eindeutigen Adresse. Derselbe Interface-Identifier kann damit Teil mehrerer IPv6-Adressen sein, welche mit verschiedenen Präfixen auf dieselbe Netzwerkschnittstelle gebunden sind. Insbesondere gilt dies auch für Präfixe möglicherweise unterschiedlicher Internetanbieter; dies vereinfacht Multihoming-Verfahren.
Da die Erzeugung des Interface-Identifiers aus der global eindeutigen MAC-Adresse die Nachverfolgung von Benutzern ermöglicht, wurden die Privacy-Extensions (PEX, RFC 4941) entwickelt, um diese permanente Kopplung der Benutzeridentität an die IPv6-Adressen aufzuheben. Indem der Interface-Identifier zufällig generiert und regelmäßig gewechselt wird, soll ein Teil der Anonymität von IPv4 wiederhergestellt werden.
Da im Privatbereich in der IPv6-Adresse aber sowohl der Interface-Identifier als auch das Präfix allein recht sicher auf einen Nutzer schließen lassen können, ist aus Datenschutzgründen in Verbindung mit den Privacy Extensions ein vom Provider dynamisch zugewiesenes, z. B. täglich wechselndes Präfix wünschenswert. (Mit einer statischen Adresszuteilung geht in der Regel insbesondere ein Eintrag in der öffentlichen Whois-Datenbank einher.) Dabei ist es wie oben beschrieben grundsätzlich möglich, auf derselben Netzwerkschnittstelle sowohl IPv6-Adressen aus dynamischen als auch aus fest zugewiesenen Präfixen parallel zu verwenden. In Deutschland hat der Deutsche IPv6-Rat Datenschutzleitlinien formuliert, die auch eine dynamische Zuweisung von IPv6-Präfixen vorsehen. German IPv6 Council.
Adressnotation Die textuelle Notation von IPv6-Adressen ist in Abschnitt 2.2 von RFC 4291 beschrieben:
IPv6-Adressen werden für gewöhnlich hexadezimal (IPv4: dezimal) notiert, wobei die Zahl in acht Blöcke zu jeweils 16 Bit (4 Hexadezimalstellen) unterteilt wird. Diese Blöcke werden durch Doppelpunkte (IPv4: Punkte) getrennt notiert: 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344. Führende Nullen innerhalb eines Blockes dürfen ausgelassen werden: 2001:0db8:0000:08d3:0000:8a2e:0070:7344 ist gleichbedeutend mit 2001:db8:0:8d3:0:8a2e:70:7344. Mehrere aufeinander folgende Blöcke, deren Wert 0 (bzw. 0000) beträgt, dürfen ausgelassen werden. Dies wird durch zwei aufeinander folgende Doppelpunkte angezeigt: 2001:db8:0:0:0:0:1428:57ab ist gleichbedeutend mit 2001:db8::1428:57ab. Ein einzelnes 16-Bit-Feld mit 0 darf nicht mit : gekürzt werden, als Beispiel 2001:db8:0:1:1:1:1:1 ist richtig, 2001:db8::1:1:1:1:1 wäre falsch. Die Reduktion durch Regel 3 darf nur einmal durchgeführt werden, das heißt, es darf höchstens eine zusammenhängende Gruppe aus Null-Blöcken in der Adresse ersetzt werden. Die Adresse 2001:0db8:0:0:8d3:0:0:0 darf demnach entweder zu 2001:db8:0:0:8d3:: oder 2001:db8::8d3:0:0:0 gekürzt werden; 2001:db8::8d3:: ist unzulässig, da dies mehrdeutig ist und fälschlicherweise z. B. auch als 2001:db8:0:0:0:8d3:0:0 interpretiert werden könnte. Die Reduktion darf auch dann nicht mehrfach durchgeführt werden, wenn das Ergebnis eindeutig wäre, weil jeweils genau eine einzige 0 gekürzt wurde. Es empfiehlt sich, die Gruppe mit den meisten Null-Blöcken zu kürzen. Ebenfalls darf für die letzten beiden Blöcke (vier Bytes, also 32 Bits) der Adresse die herkömmliche dezimale Notation mit Punkten als Trennzeichen verwendet werden. So ist ::ffff:127.0.0.1 eine alternative Schreibweise für ::ffff:7f00:1. Diese Schreibweise wird vor allem bei Einbettung des IPv4-Adressraums in den IPv6-Adressraum verwendet.
URI-Notation von IPv6-Adressen In einem URI wird die IPv6-Adresse in eckige Klammern eingeschlossen, z. B.: http://[2001:0db8:85a3:08d3::0370:7344]/ Diese Notation verhindert die fälschliche Interpretation von Portnummern als Teil der IPv6-Adresse: http://[2001:0db8:85a3:08d3::0370:7344]:8080/