Gründe für ein neues Internet-Protokoll
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 221 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 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. 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 Webseite bereits dauerhaft eine oder mehrere IPv4-Adressen belegt. Es brauchte also ein besseres System, das ohne technische Provisorien viel mehr Adressen bereitstellt.
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.[8] Dadurch wird die Verschlüsselung und die Überprüfung der Authentizität von IP-Paketen ermöglicht.[9] 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,[10] das ein zentrales Designprinzip des Internets ist:[11] 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.[10] Heute übliche Verfahren wie Network Address Translation (NAT), welche derzeit die IPv4-Adressknappheit umgehen, verletzen das Ende-zu-Ende-Prinzip.[12] 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.[13] 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.[14] 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.
