DHCPv6/DHCPv4

DHCPv6/DHCPv4 - Gemeinsamkeiten und Unterschiede

Beschreibung

DHCPv4 und DHCPv6 funktional gleichwertig

Integration von DHCPv4 und DHCPv6 in eine einheitliche Lösung, kann Effizienz steigern und die Netzwerkverwaltung vereinfachen

Nuancen und Besonderheiten

Beide Protokolle weisen ihre eigenen Nuancen und Besonderheiten auf, deren Verständnis von Vorteil ist

DHCPv4 und DHCPv6, können sie beide nebeneinander existieren
Hosts, Netzwerke und Server können beide gleichzeitig verwenden können

IPv4

In IPv4-Netzwerken können die IP-Adressen der Knoten entweder

statisch konfiguriert oder
dynamisch mit DHCPv4 zugewiesen werden

IPv6

IPv6 bietet mehrere Methoden zur Zuweisung von IPv6-Adressen an Endknoten

statisch
StateLess Address AutoConfiguration (SLAAC)
Stateful DHCPv6

Betriebsmodell

Es wird empfohlen, dass Unternehmen für IPv4 und IPv6 dasselbe Betriebsmodell verwenden

Wenn Unternehmen DHCPv4 verwenden, kann es sinnvoll sein, DHCPv6 zu wählen
Es kann sich als aufwendig erweisen, DHCPv4 für IPv4 und SLAAC mit rekursivem DNS-Server (RDNSS) und DNS-Suchliste (DNSSL) (RFC/8106) für IPv6 zu verwenden
In diesem Fall ist es möglicherweise am besten, die Dinge einfach zu halten und DHCPv6 neben DHCPv4 einzusetzen
Es kann jedoch Geräte geben, wie z. B. solche mit Android- oder ChromeOS-Betriebssystem, die DHCPv6 (noch) nicht unterstützen

Gemeinsamkeiten

Standards der Internet Engineering Task Force (IETF)

Innerhalb der Dynamic Host Configuration Working Group (DHC WG) veröffentlicht

DHCPv4 wurde 1993 in RFC/1531 definiert und 1997 in RFC/2131 weiterentwickelt
DHCPv6 wurde erstmals 2003 in RFC/3315 definiert, die aktuelle Version ist in RFC/8415 definiert

Grundlegende Eigenschaften

Beide Protokolle erfüllen die Funktion

Dynamischen Zuweisung einer IP-Adresse an einen Endgerät
Verfügen über das Konzept eines Bereichs oder einer Reichweite
Leasinggabe einer einzelnen Adresse an einen Endknoten

Funktionalen Komponenten

DHCP/DHCPv6-Client
DHCP/DHCPv6-Relay
DHCP/DHCPv6-Server

Dieselben Clients, Relays und Server können DHCPv4 und DHCPv6 gleichzeitig in einem Dual-Protokoll-Szenario verwenden

Unterschiede

UDP-Portnummern

DHCPv4 und DHCPv6 verwenden ein verbindungsloses Dienstmodell mit User Datagram Protocol (UDP)-Nachrichten

DHCPv4

Server/Relays lauschen auf UDP-Port 67
Clients auf UDP-Port 68 (BOOTP)

DHCPv6

Server/Relays lauschen auf UDP-Port 546
Clients auf UDP-Port 547

Registrierte Port-Nummern

Von der Internet Assigned Numbers Authority (IANA) dokumentiert

„Service Name and Transport Protocol Port Number Registry“

SARR statt DORA

DHCPv4 und DHCPv6 sind funktional gleichwertig, da ein Client zustandsbehaftet Nachrichten oft über einen Relay an den Server sendet

Nachrichtentypen und -namen sind unterschiedlich

IPv4-DHCP-Clients senden zunächst eine DHCPDISCOVER-Nachricht an die IPv4-Broadcast-Adresse (z. B. 255.255.255.255), woraufhin der Server mit einer DHCPOFFER-Nachricht antwortet

Der Client sendet dann eine DHCPREQUEST-Nachricht, und schließlich schließt der Server die Transaktion mit einer DHCPACK-Bestätigungsnachricht ab
Dies wird als Discover, Offer, Request, Acknowledge oder „DORA“ abgekürzt

Die vier wichtigsten Nachrichten von DHCPv6 (SARR)

SOLICIT
ADVERTISE
REQUEST
REPLY

Häufige Nachrichten

Funktional äquivalent mit DHCPv6

DHCPv4-Nachrichtentypen	DHCPv6-Nachrichtentypen	Beschreibung
DHCPDISCOVER	SOLICIT	Entdeckung eines DHCP-Servers
DHCPOFFER	ADVERTISE	Angebot
DHCPREQUEST	REQUEST	Anftrage
DHCPACK	REPLY	Bestätigung
DHCPRELEASE	RELEASE	Freigabe
DHCPINFORM	INFORMATION-REQUEST	Informationsanfrage
DHCPDECLINE	DECLINE	Ablehnung

Weitere Nachrichtentypen sind bei der IANA zu finden

Multicast statt Broadcast

Effiziente Nutzung von Multicast anstelle von Broadcast

Wesentlicher Unterschied zwischen IPv4 und IPv6

IPv4-Netzwerke konnten Subnetz-Broadcast-Nachrichten verwenden, die unter Verwendung von 255.255.255.255 an alle lokalen Knoten gesendet wurden, oder IPv4 konnte Multicast-Zieladressen (224.0.0.0/4) verwenden
IPv6 verfügt über keinen Mechanismus oder Adresstyp, der als Broadcast fungiert
Stattdessen verwendet IPv6 Multicast-Adressen (ff00::/8) für alle Eins-zu-Viele-Kommunikationen

DHCPv4

DHCP-Clients senden ihre DHCPDISCOVER- und DHCPREQUEST-Nachrichten als Broadcast an 255.255.255.255

Alle anderen Knoten im lokalen Segment empfangen diese Nachricht und müssen sie verarbeiten und entscheiden, ob sie darauf reagieren müssen
Der DHCP-Relay empfängt diese unaufgeforderte Broadcast-Nachricht und leitet sie an den DHCP-Server weiter

DHCPv6

Clients senden ihre erste SOLICIT-Nachricht an die link-lokale Multicast-Adresse ff02::1:2 des Bereichs All_DHCP_Relay_Agents_and_Servers

Das On-Link-DHCPv6-Relay (oder der DHCPv6-Server) ist auf diese Multicast-Adresse eingestellt und empfängt und verarbeitet diese Nachrichten
Der DHCPv6-Relay könnte auch die Multicast-Adresse ff05::1:3 im lokalen Bereich „All_DHCP_Servers“ verwenden, um Nachrichten an alle DHCPv6-Server in der Umgebung zu senden

Client-Quelladressen

Unterschiede bei den Client-Quelladressen

„Henne-Ei“-Dilemma

Beschaffung einer Unicast-Adresse ohne eine Absenderadresse zu haben

DHCPv4

verwendet 0.0.0.0 als erste Quelladresse zum Senden ihrer DHCPDISCOVER- und DHCPREQUEST-Nachrichten
verwendet Broadcasts, um Nachrichten an das Relay oder den Server zu senden, und das Relay oder der Server verwendet Unicast-Adressen, um die Antworten zurückzusenden
Client erhält seine Adresse in der Zieladresse der DHCPOFFER-Nachricht

DHCPv6

verwenden ihre link-lokale IPv6-Adresse (im Netzwerk fe80::/10), wenn sie ihre SOLICIT- und REQUEST-Nachrichten zur Kommunikation mit dem Relay oder Server senden
Clients und Relay/Server verwenden ihre link-lokalen Adressen als Quelladresse, und der Relay/Server ist auf link-lokale Multicasts eingestellt, um Nachrichten von Clients zu empfangen
Clients erhalten ihre globale Unicast-Adresse erst, wenn die Konfiguration abgeschlossen ist

Router-Advertisement

Router-Advertisement-Nachrichten initiieren DHCPv6

Hauptunterschiede zwischen der Funktionsweise von IPv4 und IPv6 in einem LAN-Segment ist die Verwendung von ICMPv6 für die Routererkennung in IPv6

IPv6-Router senden ICMPv6-Nachrichten vom Typ 134 (Router Advertisement, RA)

an die link-lokale Multicast-Adresse ff02::1 aller Knoten, um Informationen über das lokale Netzwerk an alle Knoten im Segment weiterzugeben
Diese vom First-Hop-Router gesendeten RAs sind wichtige Nachrichten, die den Startvorgang für Endknoten initiieren

Managed Address Configuration

Tatsächlich ist es die RA mit dem auf „1“ gesetzten Flag „Managed Address Configuration“, die einen Client dazu veranlasst, den DHCPv6-Prozess zur Zuweisung einer zustandsbehafteten Adresse zu starten
IPv4 verfügt über keine Entsprechung zur Router-Erkennungsfunktion
Ein DHCP-Client startet einfach und sendet die DHCPDISCOVER-Nachricht, um den Prozess zu starten

MACs versus DUIDs

DHCPv4

Verwendet die MAC-Adresse der Verbindungsschicht als Kennung für den Client

Die MAC-Adresse des Clients wird vom Relay und vom Server notiert und mit der Adresszuweisung verknüpft

DHCPv6

Verwendet für die Client-Kennung eine sogenannte DHCPv4 Unique Identifier (DUID)

In DHCPv6 (RFC/8415) sind vier DUID-Typen definiert, wobei die Wahl des DUID-Formats dem Client überlassen bleibt
- Link-Layer-Adresse plus Zeit (DUID-LLT) – wird von Windows 10/11-Clients und Apple MacOS verwendet
- Vom Hersteller zugewiesene eindeutige ID basierend auf der Enterprise ID (DUID-EN) – wird von einigen Linux-Distributionen verwendet
- Link-Layer-Adresse (DUID-LL)
- UUID-basierte DUID (DUID-UUID) RFC/6355 – wird von einigen Linux-Distributionen verwendet

Dies kann für Unternehmen eine operative Herausforderung darstellen, da DHCPv4 und DHCPv6 nicht einfach beide die MAC-Adresse des Clients verwenden

Statischen Reservierung

DHCPv4 und DHCPv6 ermöglichen beide die Erstellung einer statischen Reservierung

Für IPv4 ermöglicht DHCPv4 die Erstellung einer festen Adressbindung zwischen einer IP-Adresse basierend auf der MAC-Adresse des Clients
Durch die Nutzung von IP Address Management wird eine optimierte Verwaltung der Adresszuweisungen und der Leasingverfolgung für DHCPv4- und DHCPv6-Umgebungen gewährleistet
Für IPv6 verwendet DHCPv6 die DUID für die statische Reservierungszuordnung zur globalen IPv6-Adresse innerhalb des Bereichs

Hochverfügbarkeit

Für IPv4-Netzwerke, die im Falle eines Ausfalls einen hochverfügbaren Satz von DHCP-Servern erforderten, konnten Leases beibehalten und neue Leases von den überlebenden DHCP-Servern bereitgestellt werden

Zunächst wurde das DHCP-Failover-Protokoll konzipiert und später der „DHC Load Balancing Algorithm“ (RFC/3074) vorgeschlagen

Hochverfügbarkeit war für DHCPv6-Server bisher eine Herausforderung, da es lange keine standardisierte Redundanzmethode gab

Die IETF hat diese Probleme in „DHCPv6 Redundancy Deployment Considerations“ (RFC/6853) und „DHCPv6 Failover Requirements“ (RFC/7031) dokumentiert
Mit dem DHCPv6-Failover-Protokoll (RFC/8156) entspricht die Redundanz von DHCPv6-Servern nun der Redundanz von DHCPv4-Servern

Lease-Zeiten

DHCPv4-Lease-Zeiten

Da der IPv4-Adressraum knapp ist, sind die Bereiche in der Regel klein und die Lease-Zeiten sehr niedrig angesetzt, um Adressraum zu sparen

Tatsächlich können DHCP-Netzwerke sogar so konfiguriert werden, dass Clients ihre Adressen freigeben, bevor sie ein Netzwerk verlassen
IPv6-Subnetze sind hingegen groß (in der Regel /64) und es besteht keine Gefahr, dass der Pool erschöpft wird
Daher können Clients bei jedem Beitritt zu einem Netzwerk eine neue Adresse anfordern
Die maximale Anzahl von Knoten in einem IPv4-Subnetz kann aufgrund der Gefahr von Subnetz-Broadcast-Stürmen auf einige Hundert begrenzt sein
Andererseits ermöglicht die effiziente Nutzung von Multicast durch IPv6, dass Netzwerke weitaus mehr Knoten in einem reinen IPv6-Segment haben können

DHCPv6-Lease-Zeiten

Müssen nicht mit den IPv4-DHCP-Lease-Zeiten des Netzwerks übereinstimmen

Bei beiden Protokollen erfolgt die Erneuerung nach der Hälfte der Lease-Zeit, dies kann jedoch angepasst werden und ist implementierungsspezifisch
Die DHCPv6-Lease-Zeiten können jedoch von den üblichen IPv4-DHCP-Lease-Zeiten abweichen, sodass Sie möglicherweise unterschiedliche Lease-Zeiten für DHCPv4 und DHCPv6 festlegen möchten

DHCPv6-Bereiche

DHCPv6-Bereiche sind in der Regel /64-Präfixe, und DHCPv6-Server verfügen über genügend verfügbare Adressen, um bei jeder Lease-Anforderung eines Clients eine neue Adresse zuzuweisen

Der DHCPv6-Server erneuert und wiederverwendet Leases bis zum Intervall, wiederverwendet, erneuert und bereinigt jedoch nach diesem Intervall abgelaufene Leases

Optionen

Optionen ermöglichen es DHCP-Servern zusätzliche Konfigurationsinformationen an Clients zu senden

DHCPv6-Optionen unterscheiden sich von DHCPv4 für IPv4, sind jedoch funktional gleichwertig
- Optionsnummern und -namen sind unterschiedlich
- DHCPv4 verwendet ein einzelnes Oktett-Optionsfeld
- DHCPv6 eine größere 16-Bit-Optionstyp-Codelänge hat

Die IANA führt die vollständige Liste aller DHCPv4-Optionen und DHCPv6-Optionen (s. u)