Stateless Address Autoconfiguration (SLAAC) - Automatische Konfiguration von IPv6-Adressen

Beschreibung

Ablauf

Aufgabe	Beschreibung
1	Link-local Address generieren
2	Stateless Address Autoconfiguration
3	Duplicate Address Detection

Den ersten Schritt macht der Host, indem er mittels Router Solicitation nach einem Router Advertisement fragt
- Alternativ könnte er auch ein periodisches Router Advertisement abwarten
- diese Geduld beobachtet man aber eher selten
Der Router verschickt das angeforderte Router Advertisement,welches alle konfigurationsrelevanten Daten enthält
Daraufhin führt der Host die Konfiguration des Interfaces durch und prüft die Eindeutigkeit der selbst erzeugten Adressen

Wenn diese Eindeutigkeit angenommen werden kann, ist die Konfiguration des Interfaces vollständig und gilt als beendet

Duplicate Address Detection

Duplicate Address Detection besteht aus mehrere Neighbor Solicitations

Wenn ein Node feststellen möchte, ob eine Adresse schon von einem anderen Node genutzt wird, dann versucht er die zugehörige Linklayer Address aufzulösen
Bleibt eine Antwort aus, benutzt offensichtlich kein anderer Node auf dem Link die überprüfte Adresse
Um Fehlschlüsse aufgrund von Paketverlusten zu vermeiden, sollen mehrere Neighbor Solicitations verschickt werden

Ab wann eine Adresse als eindeutig gilt, hängt von den Parametern der jeweiligen Implementierung ab

Jede Adresse hat anfangs den Status tentative (probeweise)
Erst wenn die Duplicate Address Detection vollständig durchlaufen wurde, und keine Anzeichen darauf schließen lassen, dass die Adresse bereits in Benutzung ist, wird die Adresse valid (gültig)

Ablaufverfolgung

Aufzeichnung einer Autoconfiguration mit Wireshark

Vom Hochfahren des Interfaces bis zu seiner endgültigen Konfiguration

Interface herunterfahren

# ip link set down dev enp2s0
2: enp2s0: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state DOWN group default qlen 1000
   link/ether 74:27:ea:e1:b2:b4 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
   inet 192.168.1.106/24 brd 192.168.1.255 scope global dynamic noprefixroute enp2s0
      valid_lft 4826sec preferred_lft 4826sec

Wireshark starten

auf PseudoInterface any lauschen

Interface starten

# ip link set up dev enp2s0
enp2s0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
   link/ether 74:27:ea:e1:b2:b4 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
   inet6 2001::a44d:a161:1a33:c64d/64 scope global dynamic noprefixroute
      valid_lft 86399sec preferred_lft 14399sec
   inet6 fe80::99d7:66e5:331d:9449/64 scope link noprefixroute
      valid_lft forever preferred_lft forever

Aktivität beobachten

In Wireshark können wir bereits Aktivität beobachten. Wir warten den Abschluss der Konfiguration ab, sie ist erfolgreich verlaufen wenn wir Adressen mit den Parametern scope global und dynamic sehen:

# ip addr show dev enp1s0
2: enp1s0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
   link/ether 50:3e:aa:1f:63:81 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
   inet 10.30.1.1/24 brd 10.30.1.255 scope global enp1s0
      valid_lft forever preferred_lft forever
   inet6 fe80::523e:aaff:fe1f:6381/64 scope link
      valid_lft forever preferred_lft forever

Autoconfiguration

SLAAC ist Bestandteil der Autoconfiguration, die drei wesentliche Aufgaben hat

Generieren einer Link-local Address
Durchführen der Stateless Address Autoconfiguration
Sicherstellen der Eindeutigkeit der generierten Adressen (Duplicate Address Detection)
Damit reduziert IPv6 als Protokoll die Abhängigkeit von dritten Komponenten zur Organisation des Links
Die Nutzung von Stateless Address Autoconfiguration erfordert keine manuelle Konfiguration der Hosts und nur sehr wenige Konfigurationsschritte auf dem Router
Damit einher geht der Verlust einer strengen Zuordnung von Adressen zu bestimmten Hosts
In Umgebungen wo die Zuordnung von Adressen zu Hosts zentral gesteuert werden soll, ist dieser Ansatz nicht ausreichend
Dort würde man auf DHCPv6 zurückgreifen
Aber auch ein simultaner Betrieb von DHCPv6 und Stateless Address Autoconfiguration wäre denkbar

Ablauf

Den ersten Schritt macht der Host, indem er mittels Router Solicitation nach einem Router Advertisement fragt

Alternativ könnte er auch ein periodisches Router Advertisement abwarten, diese Geduld beobachtet man aber eher selten
Der Router verschickt das angeforderte Router Advertisement, welches alle konfigurationsrelevanten Daten enthält
- Wir gehen hier der Einfachheit halber von nur einem Router aus

Daraufhin führt der Host die Konfiguration des Interfaces durch und prüft die Eindeutigkeit der selbst erzeugten Adressen

Erst wenn diese Eindeutigkeit angenommen werden kann, ist die Konfiguration des Interfaces vollständig und gilt als beendet

Duplicate Address Detection

Hinter der Duplicate Address Detection verbergen sich mehrere Neighbor Solicitations

Wenn ein Node feststellen möchte, ob eine Adresse schon von einem anderen Node genutzt wird, dann versucht er die zugehörige Linklayer Address aufzulösen
Bleibt eine Antwort aus, benutzt offensichtlich kein anderer Node auf dem Link die überprüfte Adresse
Um Fehlschlüsse aufgrund von Paketverlusten zu vermeiden, sollen mehrere Neighbor Solicitations verschickt werden

Ab wann eine Adresse als eindeutig gilt, hängt von den Parametern der jeweiligen Implementierung ab

Jede Adresse hat anfangs den Status tentative (probeweise)
Erst wenn die Duplicate Address Detection vollständig durchlaufen wurde, und keine Anzeichen darauf schließen lassen, dass die Adresse bereits in Benutzung ist, wird die Adresse valid (gültig)

Autoconfiguration mitschneiden

Mitschnitt einer komplette Autoconfiguration von linux mit Wireshark

Vom Hochfahren des Interfaces bis zu seiner endgültigen Konfiguration

Dazu öffnen wir ein root-Terminal auf linux und fahren das Interface eth0 herunter:

root@linux:~# ip link set down dev eth

Nun starten wir Wireshark und lassen ihn auf dem PseudoInterface any lauschen

Danach fahren wir eth0 wieder hoch:

root@linux:~# ip link set up dev eth

In Wireshark können wir bereits Aktivität beobachten

Wir warten den Abschluss der Konfiguration ab, sie ist erfolgreich verlaufen wenn wir Adressen mit den Parametern scope global und dynamic sehen:

user@linux:~ $ ip addr show dev eth
2: eth : < BROADCAST , MULTICAST ,UP , LOWER_UP > mtu 15 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1
link / ether : : :6 : d :1 e brd ff : ff : ff : ff : ff : ff inet6 2 a 1 :198:2 :8 a23 :2 : ff : fe6 : d1e /64 scope global dynamic valid_lft 3578 sec preferred_lft 1778 sec inet6 fe8 ::2 : ff : fe6 : d1e /64 scope link valid_lft forever preferred_lft forever

Wireshark kann jetzt den Mitschnitt beenden

Von den vielen Paketen, die wir mitgeschnitten haben, sind nicht alle von Interesse

Multicast DNS

Insbesondere die Pakete vom Typ Multicast DNS (mDNS) werden wir an dieser Stelle ignorieren

Multicast DNS erlaubt die Auflösung von Namen der Domain .local zu Linklocal Addresses
Leider belastet es dazu den Link ungefragt mit allerlei Paketen
Da wir im Workshop keine lokale Namensauflösung auf Multicast-Basis nutzen, kümmern wir uns nicht weiter um dieses Protokoll
Mehr zu Multicast DNS und seinem Nutzen für kleine Netze findet sich auf der gemeinsamen Website der Beteiligten Interessensgruppen. (http://www.multicastdns.org/)

Multicast Listener Report (Solicited Node)

Das erste interessante Paket im Mitschnitt ist ein Multicast Listener Report und wurde von linux verschickt

Der IPv6-Header ist in Abbildung 5.10 zu sehen

Abbildung 5.10 SLAAC Paket 1: IPv6-Header

Als Quelladresse hat linux die Unspecified Address gewählt

Das heißt, zum Zeitpunkt des Versendens stand keine passende, gültige Adresse zur Verfügung

Die Zieladresse ist die Multicast Address für alle MLDv2-fähigen Router
Zu finden auch in der Tabelle 4.5 in Abschnitt 4.5 Multicast
Uns fällt das für MLDv2 Messages typische Hop Limit von 1 auf
Bemerkenswert ist auch der Einsatz des Hop-by-Hop Options Extension Headers
Neben der Padding Option, welche den Extension Header auf eine einheitliche Länge auffüllt, ist auch eine Router Alert Option vorhanden
Sie informiert Multicastfähige Router darüber, dass sich eine MLDv2 Message im Paket befindet
Interessierte Router werten die Nachricht dann aus und ziehen daraus Schlüsse für ihr Multicast Routing
Die MLDv2 Message kann in Abbildung 5.11 eingesehen werden

Genaugenommen handelt sich um eine MLDv2 Message der Art Changed to Exclude

Wir haben in Abschnitt 4.5 Multicast bereits besprochen wie dieser Typ zu interpretieren ist
Hier wird die Multicast Address ff 2::1:ff6 :d1e für alle potentiellen Multicast-Quellen freigegeben
Die Nachricht entspricht dem Beitritt zur Multicast Group ff 2::1:ff6 :d1e
Es handelt sich dabei um die Solicited Node Multicast Address von Interface eth0 auf linux

Gruppenbeitritt

Zu diesem Zeitpunkt hat linux bereits einen Interface Identifier erzeugt

Der Beitritt zur entsprechenden Multicast Group gewährt ihm Zugang zu den Paketen dieser Gruppe

Abbildung 5.11 SLAAC Paket 1:Multicast Listener Report

So hat er die Chance, frühzeitig zu erfahren, ob sein Interface Identifier schon verwendet wird

Würde ein anderer Node seinen Interface Identifier bereits verwenden, so wäre dieser Node ebenfalls Mitglied der Multicast Group
Eine doppelt vorkommende Adresse würde dadurch schneller auffallen

Gruppen mit mehreren Mitgliedern

Es wäre allerdings auch möglich, dass ein anderer Node eine ähnliche Adresse verwendet

Beispielsweise eine Adresse bei der sich die letzten 24 Bits gleichen
Beide Nodes wären nun in derselben Gruppe, jene mit der gemeinsamen Solicited Node Multicast Address
Beide Nodes würden auch Pakete empfangen, die nicht für sie bestimmt wären, die aufgrund der Ähnlichkeit der Adresse aber an die gemeinsame Gruppe geschickt wurden
Jeder Node muss deshalb prüfen, ob ein Paket, welches an die Gruppe adressiert wurde, auch wirklich für ihn von Belang ist
Auch linux könnte Pakete empfangen, nach der Prüfung des Inhaltes aber feststellen, dass der eigene Interface Identifier davon nicht betroffen ist

Duplicate Address Detection (Link-local)

Möchte linux nun feststellen, ob die von ihm gewählte Adresse nicht nur vielleicht eindeutig ist, dann ist eine Duplicate Address Detection erfolgsversprechender

Wenn sie fehlschlägt, dann ist die von linux gewählte Adresse sehr wahrscheinlich auf dem Link noch nicht vergeben

Abbildung 5.12: SLAAC Paket 2: Neighbor Solicitation

Eine endgültige Gewissheit ist mit der Duplicate Address Detection nicht zu erreichen

Im ungünstigsten Fall gehen genau jene Pakete verloren, die auf eine doppelte Adresse hinweisen würden
Dazu sendet linux eine Neighbor Solicitation für die selbst erzeugte Adresse aus (siehe Abbildung 5.12)

Als Quelladresse wählt er wieder die Unspecified Address, da die Link-local Address noch nicht als eindeutig gilt

Die Neighbor Solicitation geht an die Solicited Node Multicast Address der zu überprüfenden Link-local Address
Im Feld Target Address taucht die gewünschte Adresse fe8 ::2 :ff:fe6 :d1e schließlich auf

Das Ausbleiben eines Neighbor Advertisements wertet der Node als Anzeichen für die Eindeutigkeit seiner Adresse auf dem Link

Sie wird dann dem Interface zugewiesen und gilt fortan als valid

Router Solicitation

Nachdem linux nun eine gültige Link-local Address hat, versucht er auch eine gültige Adresse für den Global Scope zu erhalten

Dazu lässt er sich von jedem Router am Link ein RouterAdvertisement zukommen
Die Anforderung der Router Advertisements geschieht mit Hilfe einer Router Solicitation, die in Abbildung 5.13 zu sehen ist

Abbildung 5.13: SLAAC Paket 3: Router Solicitation

Die Nachricht wird von der Link-local Address des Hosts gesendet

Hier von der Adresse

fe80::200:ff:fe6:d1e

Als Zieladresse wird die All Routers Multicast Address ff 2::2 verwendet, die wir schon in der Tabelle 4.5 in Abschnitt 4.5 Multicast gesehen haben
Angehängt an die Router Solicitation ist, eine ICMPv6-Option mit der Link-layer Address des Absenders

Router Advertisement

Alle Router am Link antworten auf die Router Solicitation mit einem Router Advertisement

Da wir nur einen Router am Link haben, nämlich router, erhalten wir auch nur ein Router Advertisement

Wir werden es hier nicht genauer besprechen, denn das haben wir in Abschnitt 5.1 Ein Präfix für den Link schon getan

Ein auffrischender Blick in das Paket wird aber sicher nicht schaden

Abbildung 5.14: SLAAC Paket 5: IPv6-Header

Nach dem Erhalt des Router Advertisements erzeugt linux eine Global Unicast Address

Dazu verwendet er das von router verteilte Präfix und den bereits vorhandenen Interface Identifier

Multicast Listener Report (Solicited Node, Multicast-DNS)

Auch für diese Adresse muss eine Duplicate Address Detection durchgeführt werden

Die beginnt wieder mit dem Beitritt zu der passenden Multicast Group
Obwohl sich die Solicited Node Multicast Address für die Global Unicast Address nicht von der für die Link-local Address unterscheidet, versendet linux einen neuen Multicast Listener Report
Der wesentliche Unterschied ist die Quelladresse des Paketes, siehe auch Abbildung 5.14

Anstatt der Unspecified Address kommt diesmal die Link-local Address zum Einsatz

Der Rest des Paketes ist in Abbildung 5.15 dargestellt

Unverändert geblieben ist der Beitritt zur Solicited Node Multicast Group, der erneut mithilfe von Changed to Exclude erreicht wurde

Und einen weiteren Gruppenbeitritt können wir im Paket entdecken, der Beitritt zur Gruppe ff 2::fb
Dies ist die Multicast DNS Address für die Verwendung mit IPv6, und für unser Netz nicht weiter wichtig

Abbildung 5.15 SLAAC Paket 5: Multicast Listener Report

Duplicate Address Detection (Global Unicast)

Der letzte Schritt ist die Durchführung der Duplicate Address Detection für die Global Unicast Address

Dazu sendet linux wieder eine Neighbor Solicitation, zu sehen in Abbildung 5.16, aus

Mit dem Ausbleiben einer Antwort ist die Stateless Address Autoconfiguration abgeschlossen

Das Interface eth0 ist nun fertig konfiguriert

Konnektivitätstest

Einem Test der Konnektivität von linux steht nun nichts mehr im Wege

Dazu verschicken wir Echo Requests von linux an den Tunnelendpunkt des Tunnelbrokers:

user@linux:~ $ ping6 -c 3 2 a 1 :198:2 : a23 ::1
PING 2 a 1 :198:2 : a23 ::1 (2 a 1 :198:2 : a23 ::1) 56 data bytes
64 bytes from 2 a 1 :198:2 : a23 ::1: icmp_seq =1 ttl =63 time =8. 2 ms
3 packets transmitted , 3 received , % packet loss , time 2 3 ms

Abbildung 5.16: SLAAC Paket 6: Neighbor Solicitation

Da Echo Replies eintreffen, können wir davon ausgehen dass das Routing funktioniert

Den Beweis können wir auch mit traceroute6 antreten:

user@linux:~ $ traceroute6 -n 2 a 1 :198:2 : a23 ::1
traceroute to 2 a 1 :198:2 : a23 ::1 (2 a 1 :198:2 : a23 ::1) 3 hops max , 8 byte packets
1 2 a 1 :198:2 :8 a23 ::1 2.2 4 ms 162 ms 193 ms
2 2 a 1 :198:2 : a23 ::1 13.255 ms 13.412 ms 19.135 ms

An erster Stelle steht der nächste Hop, in unserem Fall die Adresse des Interfaces eth1 von router

Schon in der zweiten Zeile ist das Ziel erreicht

SLAAC unter Windows

Analyse einer Autoconfiguration unter Windows

Bei dieser Gelegenheit werden wir auch Unterschiede entdecken, die durch Aktivierung von Privacy Extensions auftreten
Dazu öffnen wir als Administrator ein Terminal und stellen sicher das die Privacy Extensions aktiviert sind
Nach dem Betätigen der Tastenkombination Windowstaste+X erscheint ein Menü in dem wir den Punkt Command Prompt (Admin) auswählen:

Abbildung 5.17 SLAAC unter Windows

C:\Users\user> netsh interface ipv6 set global randomizeidentifiers = enabled
Ok

Leider kommt es unter Windows beim Betrieb von Wireshark manchmal zu Problemen

Der benötigte Treiber zum Mitschnitt von Daten heißt Windows Packet Capture (WinPcap), je nach Update-Stand von felis kann er funktionieren oder auch nicht
Als Lösung bietet es sich an, den Verkehr von eth1 auf router mitzuschreiben, auch dort kommen die Pakete vorbei

Sobald Wireshark bereit ist, deaktivieren wir die LAN-Verbindung auf felis und aktivieren sie anschließend wieder

Bei einer Beobachtung von router aus, können wir alternativ auch einen Neustart von felis durchführen
In beiden Fällen ergibt sich ein Mitschnitt, der dem aus Abbildung 5.17 ähnlich sieht

Eigene Untersuchungen

Untersuchen Sie die einzelnen Pakete und finden Sie heraus, zu welchem Zweck jedes einzelne versendet wurde

Sie können sich dabei auf ICMPv6 beschränken und auch die Teile von MLDv2, die sich um Multicast DNS drehen, ignorieren
Erkennen Sie anhand der Informationen in den Paketen, ob diese sich auf einen zufälligen (Privacy Extensions) oder auf einen EUI-64-basierten Interface Identifier beziehen?

Abbildung 5.18: Interner Link mit DNS-Server

Stateless Address Autoconfiguration (SLAAC) - Automatische Konfiguration von IPv6-Adressen

Autoconfiguration

SLAAC ist Bestandteil der Autoconfiguration, die drei wesentliche Aufgaben hat

Generieren einer Link-local Address
Durchführen der Stateless Address Autoconfiguration
Sicherstellen der Eindeutigkeit der generierten Adressen (Duplicate Address Detection)

Ablauf

Den ersten Schritt macht der Host, indem er mittels Router Solicitation nach einem Router Advertisement fragt
1. Alternativ könnte er auch ein periodisches Router Advertisement abwarten
2. diese Geduld beobachtet man aber eher selten
Der Router verschickt das angeforderte Router Advertisement,welches alle konfigurationsrelevanten Daten enthält
Daraufhin führt der Host die Konfiguration des Interfaces durch und prüft die Eindeutigkeit der selbst erzeugten Adressen
Wenn diese Eindeutigkeit angenommen werden kann, ist die Konfiguration des Interfaces vollständig und gilt als beendet

Duplicate Address Detection

Duplicate Address Detection besteht aus mehrere Neighbor Solicitations

Wenn ein Node feststellen möchte, ob eine Adresse schon von einem anderen Node genutzt wird,dann versucht er die zugehörige Linklayer Address aufzulösen
Bleibt eine Antwort aus, benutzt offensichtlich kein anderer Node auf dem Link die überprüfte Adresse
Um Fehlschlüsse aufgrund von Paketverlusten zu vermeiden, sollen mehrere Neighbor Solicitations verschickt werden

Ab wann eine Adresse als eindeutig gilt, hängt von den Parametern der jeweiligen Implementierung ab

Jede Adresse hat anfangs den Status tentative (probeweise)
Erst wenn die Duplicate Address Detection vollständig durchlaufen wurde, und keine Anzeichen darauf schließen lassen, dass die Adresse bereits in Benutzung ist, wird die Adresse valid (gültig)

Ablaufverfolgung

Ziel

Komplette Aufzeichnung der Autoconfiguration mit Wireshark
Vom Hochfahren des Interfaces bis zu seiner endgültigen Konfiguration

Interface herunterfahren

# ip link set down dev enp2s0

2: enp2s0: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state DOWN group default qlen 1000
   link/ether 74:27:ea:e1:b2:b4 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
   inet 192.168.1.106/24 brd 192.168.1.255 scope global dynamic noprefixroute enp2s0
      valid_lft 4826sec preferred_lft 4826sec

Wireshark starten

auf PseudoInterface any lauschen

$ ssh -X root@localhost
root@localhost's password:

# wireshark&

Interface starten

# ip link set up dev enp2s0
enp2s0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
   link/ether 74:27:ea:e1:b2:b4 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
   inet6 2001::a44d:a161:1a33:c64d/64 scope global dynamic noprefixroute
      valid_lft 86399sec preferred_lft 14399sec
   inet6 fe80::99d7:66e5:331d:9449/64 scope link noprefixroute
      valid_lft forever preferred_lft forever

Aktivität beobachten

In Wireshark können wir bereits Aktivität beobachten. Wir warten den Abschluss der Konfiguration ab, sie ist erfolgreich verlaufen wenn wir Adressen mit den Parametern scope global und dynamic sehen:

# ip addr show dev enp1s0
2: enp1s0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
   link/ether 50:3e:aa:1f:63:81 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
   inet 10.30.1.1/24 brd 10.30.1.255 scope global enp1s0
      valid_lft forever preferred_lft forever
   inet6 fe80::523e:aaff:fe1f:6381/64 scope link
      valid_lft forever preferred_lft forever

Automatische Konfiguration

Stateless Auto-Konfiguration (out-of-the-box)

Wird unterstützt und kann bei der zugewiesenen link-lokalen Adressen beobachtet werden, sobald ein IPv6 fähiges Interface aktiv ist

Beispiel:

Stateless Auto-Konfiguration unter Verwendung des Router Advertisement Daemon (radvd)

Mehr Infos hierzu in späteren Versionen. Siehe unten im Abschnitt radvd daemon autoconfiguration

Dynamic Host Configuration Protocol v6 (DHCPv6)

Nach einer langen Zeit der Diskussion wurde RFC 3315 / Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6 (DHCPv6) verabschiedet. Momentan (10/2005) existieren 2 Implementierungen:

Dibbler von Tomasz Mrugalski <thomson at klub dot com dot pl>(Tipps zur Konfiguration)
dhcpv6 (Tipps zur Konfiguration)
ISC DHCP (Tipps zur Konfiguration)

Anhang

Siehe auch

Links

Weblinks