IPv4 in IPv6: Mapped vs. Embedded

Die schrittweise Migration vom klassischen IPv4-Netz zum modernen IPv6-Internet bringt zahlreiche technische Herausforderungen mit sich. Zwei zentrale Konzepte helfen dabei, die Kluft zwischen den Protokollen zu überbrücken: IPv4-mapped IPv6-Adressen und IPv4-embedded IPv6-Adressen. Beide ermöglichen die Einbindung von IPv4-Adressen in den IPv6-Adressraum – allerdings mit grundlegend unterschiedlicher Funktion und Zielsetzung.

Während IPv4-mapped-Adressen primär in Dual-Stack-Systemen zur Vereinfachung der Host-Kommunikation verwendet werden, dienen IPv4-embedded-Adressen der algorithmischen Übersetzung in NAT64-Umgebungen und sind für die Weiterleitung in IPv6-Netzen geeignet.

Dual Stack

Dual-Stack bezeichnet den gleichzeitigen Betrieb von IPv4 und IPv6 auf einem Gerät oder in einem Netzwerk. Es ist eine Übergangstechnologie, die es ermöglicht, beide Internetprotokolle parallel zu nutzen – ein essenzieller Schritt auf dem Weg zur vollständigen IPv6-Migration.

Es ermöglicht Geräten, gleichzeitig IPv4- und IPv6-Adressen zu verwenden und mit beiden Protokolltypen zu kommunizieren.

Vorteile von Dual-Stack:

• Kompatibilität: Geräte und Dienste, die nur IPv4 oder nur IPv6 unterstützen, können weiterhin erreicht werden.
• Flexibilität: Netzwerkadministratoren können Dienste schrittweise auf IPv6 umstellen, ohne IPv4 sofort abschalten zu müssen.
• Zukunftssicherheit: Bereitet Netzwerke auf die IPv6-Ära vor, ohne bestehende Infrastruktur zu gefährden.

NAT64

NAT64 ist ein Übersetzungsmechanismus, der es Geräten mit ausschließlich IPv6-Konnektivität ermöglicht, mit IPv4-only Servern zu kommunizieren. Es ist eine Schlüsseltechnologie für Netzwerke, die IPv6 bevorzugen, aber weiterhin auf Inhalte und Dienste im IPv4-Netzwerk zugreifen müssen.

Adressübersetzung:

IPv6-Adressen enthalten eine eingebettete IPv4-Adresse – z. B. 64:ff9b::192.0.2.33.Der NAT64-Router erkennt diese Struktur und wandelt das Paket in ein IPv4-Paket um.

Paketweiterleitung:

Das IPv4-Paket wird an den Zielserver gesendet. Die Antwort wird vom NAT64-Router wieder in ein IPv6-Paket übersetzt und zurück an den Client geschickt.

Zustandsverwaltung (Stateful NAT64):

Der Router merkt sich, welcher IPv6-Client mit welchem IPv4-Server kommuniziert – inklusive Ports. So kann er Antworten korrekt zuordnen.

Abgrenzung

IPv4-mapped in IPv6

Struktur und Darstellung

IPv4-mapped IPv6-Adressen nutzen den Adressbereich ::ffff:0:0/96. Die ersten 96 Bit sind fest und lauten in hexadezimaler Schreibweise:

0000:0000:0000:0000:0000:ffff

Die letzten 32 Bit enthalten die native IPv4-Adresse:

(z. B. 192.0.2.128 → ::ffff:192.0.2.128)

Bitlängen

Textuelle Notation

Vollständig ausgeformt:

0000:0000:0000:0000:0000:ffff:c000:0280

Komprimiert (RFC 5952-Konform):

::ffff:192.0.2.128

Es wird empfohlen, die letzten 32 Bit stets im IPv4-Dotted-Decimal-Format anzugeben. Das IPv4-Dotted-Decimal-Format ist die gebräuchlichste Schreibweise für IPv4-Adressen. Es stellt die 32-Bit-Adresse in vier Gruppen zu je 8 Bit dar – sogenannte Oktette – die als Dezimalzahlen zwischen 0 und 255 geschrieben und durch Punkte getrennt werden.

Funktion

IPv4-mapped IPv6-Adressen (::ffff:<IPv4>) sind speziell dafür konzipiert, lokal auf einem Host verwendet zu werden – etwa im Betriebssystem oder in Anwendungen, die IPv6-Sockets nutzen. Sie sind nicht für die Weiterleitung im IPv6-Netzwerk vorgesehen und dürfen nicht geroutet werden.

Ein Socket ist ein virtueller Kommunikationsendpunkt, über den zwei Programme – meist auf unterschiedlichen Rechnern – Daten über ein Netzwerk austauschen können. Er verbindet eine IP-Adresse mit einem Port und bildet damit die Grundlage für Netzwerkprotokolle wie TCP oder UDP.

• Der Adressbereich ::ffff:0:0/96 ist reserviert für interne Zwecke und wird von Routern im IPv6-Internet nicht weitergeleitet.
• Diese Adressen sind nicht global eindeutig und besitzen keine Struktur, die für Routing erforderlich wäre.
• Sie dienen ausschließlich der lokalen Darstellung von IPv4-Adressen im IPv6-Format – etwa in Logdateien, Monitoring-Tools oder API-Rückgaben.

IPv4-embedded in IPv6

Struktur und Darstellung

Bitlängen

IPv4-embedded IPv6-Adressen ermöglichen die algorithmische Übersetzung zwischen IPv6-only Clients und IPv4-only Servern. Sie sind in RFC 6052 definiert und betten eine 32-Bit-IPv4-Adresse in einem vorgegebenen IPv6-Präfix ein, wobei die restlichen Bits reserviert und auf Null gesetzt werden müssen.

• Ein IPv6-Präfix variabler Länge n (z. B. 64 Bit für das Well-Known-Prefix 64:ff9b::/96)
• Direkt anschließend die 32 Bit der eingebetteten IPv4-Adresse
• Der verbleibende Teil (128 – n – 32 Bit) sind Suffixbits, die auf Null gesetzt sein müssen

Textuelle Notation

Die Adresse wird in der üblichen IPv6-Hexnotation dargestellt. Bei einem /96-Präfix (z. B. NAT64-Well-Known-Prefix) folgt nach den ersten 96 Bits direkt die IPv4-Adresse im Dotted-Decimal-Format.

Beispiel mit dem Well-Known-Prefix 64:ff9b::/96:

64:ff9b::192.0.2.33

Hier repräsentiert 192.0.2.33 die hinteren 32 Bits. Es wird somit auch bei einer IPv4-embedded-Adresse auf die Dotted-Decimal-Notation zurückgegriffen.

Beispiele für verschiedene Präfixlängen:

In allen Fällen werden die Suffixbits nach der IPv4-Adresse ignoriert und sind auf Null gesetzt.

Funktion

IPv4-embedded-IPv6-Adressen verankern eine native 32-Bit-IPv4-Adresse in einem definierten IPv6-Präfix (beispielsweise 64:ff9b::/96) und ermöglichen so eine algorithmische Adressübersetzung durch NAT64-Gateways. Da sie als reguläre IPv6-Adressen routbar sind, werden sie auf OSI-Layer 3 verarbeitet: Ein NAT64-Router erkennt das Präfix, extrahiert die eingebettete IPv4-Adresse und wandelt IPv6-Pakete in IPv4-Pakete um – und umgekehrt. Typische Einsatzszenarien sind:

• Mobilfunknetze, in denen Endgeräte nur IPv6 sprechen, das Kernnetz aber IPv4-basiert ist.
• Internet-Provider, die per Stateful NAT64 IPv4-Adressen sparen möchten.
• Unternehmensnetzwerke, die weiterhin Legacy-IPv4-Dienste anbieten und gleichzeitig auf IPv6 migrieren.