IPv6/Motivation: Unterschied zwischen den Versionen

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'''IPv6/Motivation''' - Gründe für ein neues Internet-Protokoll
'''IPv6/Motivation''' - Gründe für ein neues Internet-Protokoll


== Adressknappheit ==
== Beschreibung ==
Durch das schnelle Wachstum des Internets er gibt sich das Problem, dass der Adressraum des IPv4-Protokolls annähernd erschöpft ist
 
== Einschränkungen von IPv4 ==
=== Nutzbarkeit ===
* Adressraum
* QoS
* Security
* Mobiltätsunterstützung
* Effizienz
* Erweiterbarkeit des Protokolls


* Eine IPv4-Adresse aus 32 Bit zumindest rein rechnerisch eine Anzahl von 4.294.967.296 Adressen ergibt
=== Mögliche Adressen ===
* Ein großer Teil dieser Adressen steht außerdem nicht zur Verfügung
[[File:IPv4AddressesAvailable.png|mini|300px|Verfügbare IPv4-Adressen]]
[[File:img-016-017.png|mini|500px|2010: ICANN schaltet Rootserver mangels IP Adressen ab]]
; IPv4-Adressen haben eine Länge von 32 Bit
:; 2<sup>32</sup> = 4.294.967.296
: etwas über vier Milliarden IP-Adressen


; Ein großer Teil der Adressen steht nicht zur Verfügung
* 3.707.764.736 können verwendet werden, um Computer und andere Geräte direkt anzusprechen
* Allein durch die Tatsache, dass die komplette D-Klasse und die E-Klasse nicht zur Verfügung stehen, ergibt sich schon ein enormer Verlust
* Allein durch die Tatsache, dass die komplette D-Klasse und die E-Klasse nicht zur Verfügung stehen, ergibt sich schon ein enormer Verlust
* Außerdem müssen private Adressräume abgezogen werden, und der großzügige Umgang mit ganzen A-Klassen in den frühen Computertagen ist auch nicht zu vernachlässigen
* Außerdem müssen private Adressräume abgezogen werden, und der großzügige Umgang mit ganzen A-Klassen in den frühen Computertagen ist auch nicht zu vernachlässigen
* IPv6-Adressen warten mit einer Länge von 128 Bit auf. Die Anzahl der möglichen Adressen, die sich daraus ergibt, macht genau:
340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456
* Das sind also mehr als 340 Sextillionen. Man kann bei IPv6 wohl ohne weiteres großzügig bei der Verteilung der Adressen vorgehen. Weil IPv6 ohne Subnetzmaske auskommt, werden auch schon gleich zu Anfang eine ganze Menge Adressen verbraucht
* Die Unterscheidung der Netze geschieht innerhalb der ersten 64 Bit
* Demzufolge sind also noch 64 Bit für Host-Adressen verfügbar (allerdings pro Netzwerk)
* Die Anzahl der möglichen Netze und Adressen pro Netzwerk ist somit identisch und liegt bei genau:
18.446.744.073.709.551.616
* Das sind mehr als 18 Trillionen und es könnte somit momentan jeder Mensch etwa 2,4 Milliarden eigene Netzwerke betreiben, ohne in einen Engpass bezüglich der IP-Adressen zu kommen
* Diese Zahlen sollten Ihnen nur eine kleine Vorstellung von den Dimensionen eines 128-Bit-Adressraums geben
=== ICANN schaltet Rootserver mangels IP Adressen ab ===
=== Verfügbare IPv4-Adressen ===
[[File:IPv4AddressesAvailable.png|500px|Verfügbare IPv4-Adressen]]
; IPv4 Adressraum
* etwas über vier Milliarden IP-Adressen
* 2^32 = 4.294.967.296
* 3.707.764.736 können verwendet werden, um Computer und andere Geräte direkt anzusprechen


; In den Anfangstagen des Internets
; In den Anfangstagen des Internets
* galt dies als weit mehr als ausreichend
* galt dies als weit mehr als ausreichend
* da es nur wenige Rechner gab, die eine IP-Adresse brauchten
* da es nur wenige Rechner gab, die eine IP-Adresse brauchten
Durch das schnelle Wachstum des Internets er gibt sich das Problem, dass der Adressraum des IPv4-Protokolls annähernd erschöpft ist


; Unvorhergesehenes Wachstums und Adressenknappheit
; Unvorhergesehenes Wachstums und Adressenknappheit
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* Darüber hinaus steht den regionalen Adressvergabestellen kein weiterer IPv4-Adressraum mehr zur Verfügung
* Darüber hinaus steht den regionalen Adressvergabestellen kein weiterer IPv4-Adressraum mehr zur Verfügung


=== Historische Entwicklung (Routing) ===
=== Entwicklungen ===
; Die historische Entwicklung des Internets wirft ein weiteres Problem auf
; Jeder Haushalt hat diverse Internetendgeräte
* Computer
* SmartTV
* Smartphone/Tablet
* Spiele
* Geräte (IOT)
 
=== Routing ===
; Historische Entwicklung
Die historische Entwicklung des Internets wirft ein weiteres Problem auf


; Fragmentierung des Adressraums
; Fragmentierung des Adressraums
* Durch die mehrmals geänderte Vergabepraxis von Adressen ist der IPv4-Adressraum inzwischen stark fragmentiert
IPv4-Adressraum ist stark fragmentiert
* Häufig gehören mehrere nicht zusammenhängende Adressbereiche zur gleichen organisatorischen Instanz.
* Häufig gehören mehrere nicht zusammenhängende Adressbereiche zur gleichen organisatorischen Instanz
* Folge einer mehrmals geänderte Vergabepraxis von Adressen


; Lange Routingtabellen
; Lange Routingtabellen
* Dies führt in Verbindung mit der heutigen Routingstrategie (Classless Inter-Domain Routing) zu langen Routingtabellen
* Dies führt mit [[Classless Inter-Domain Routing]] zu langen Routingtabellen
* auf welche Speicher und Prozessoren der Router im Kernbereich des Internets ausgelegt werden müssen
* auf welche Speicher und Prozessoren der Router im Kernbereich des Internets ausgelegt werden müssen


; Prüfsummen
; Prüfsummen
* Zudem erfordert IPv4 von Routern, Prüfsummen jedes weitergeleiteten Pakets neu zu berechnen, was eine weitere Prozessorbelastung darstellt
: Zudem erfordert IPv4 von Routern, Prüfsummen jedes weitergeleiteten Pakets neu zu berechnen, was eine weitere Prozessorbelastung darstellt


; Aus diesen Gründen begann die IETF bereits 1995 die Arbeiten an IPv6
== Internet Protokoll Version 6 ==
* Im Dezember 1998 wurde IPv6 mit der Publikation von RFC 2460 auf dem Standards Track offiziell zum Nachfolger von IPv4 gekürt
=== Anforderungen ===
{| class="wikitable options"
|-
! Anforderung !! Beschreibung
|-
| Vereinfachung || Router sollen Datagramme schneller weiterleiten
|-
| Erweiterbarkeit || Zukünftige Erweiterungen des Protokolls sollen möglich sein
|-
| Routing || Effizienteres Routing
* Begrenzung der Größe der „Routing Tabellen“
* Verzicht auf Checksumme
|-
| Adressraum ||
* Zukunftssicherer Adressraum, Unterstützung von mehr Hosts
* Verwaltung des Adressraumes, effiziente Adressvergabe und hierarchische Adressierung
|-
| Sicherheit || Inhärente Security
* Unterstützung der alten und neuen Höhere Sicherheit Protokolle
* Authentifikation und Datenschutz
|-
| Auto-Konfiguration || Plug-and-Play auf Netzwerkebene (ohne DHCP-Server)
|-
| Mobility Support auf IP-Ebene || Möglichkeit für Hosts auf Reise zu gehen, ohne Adressänderung
|-
| QoS Unterstützung || Mehr Gewicht auf Dienstarten, insbesondere für Echtzeitanwendungen
|-
| Neighbor (Router, Rechner..) Discovery ||
|-
| Unterstützung von Multicasting || durch die Möglichkeit den Umfang zu definieren
|-
| Koexistenz für (viele) Jahre ||
|}


=== Entwicklungen ===
=== Adressen ===
Jeder Haushalt mehrere
; Mögliche IPv6 Adressen
IPv6-Adressen haben eine Länge von 128 Bit
:; 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456
: ~340 Sextillionen


                        Planetarische Internets
; Man kann bei IPv6 wohl ohne Weiteres großzügig bei der Verteilung der Adressen vorgehen
Internet-Endgerät
* Weil IPv6 ohne Subnetzmaske auskommt, werden auch schon gleich zu Anfang eine ganze Menge Adressen verbraucht
*    Vielleicht wie das Telefon?        Interplanetary Gateways
* Die Unterscheidung der Netze geschieht innerhalb der ersten 64 Bit
*    Vielleicht das Telefon?
* Demzufolge sind also noch 64 Bit für Host-Adressen verfügbar (allerdings pro Netzwerk)
Interplanetary Channel Protocol
Internet wird zunehmend in                        * .earth? .mars? IPv4? IPv6?
Funktionen und Verhaltensweisen
des Alltags „hineinwachsen“                    Projekt ist Bestandteil der Mars
Missions Pläne der USA
Internetfähigkeit wird zu einem Gerät
genauso gehören wie ein Stromanschluss
 
; Neue Internet-Endgeräte
* WebTV, Palm-Pilot, Nokia,Sony, Nintendo, Sega games
* Tragbare und anziehbare Computer
** Hardwear?
** Underware?
 
=== Neue Anforderungen ===
; Neue Internet-Dienste im LAN, MAN, WAN
* VPNs, QoS, Security, IP-Mobilität
 
; Neue Entwicklungstrends
* Smart Home Appliances, Interaktive Spiele, Peer2Peer
 
; Internet Dienstleistungen im Mobilfunk
 
; „Erschöpfung“ des IPv4 Adressvorrates
 
; Internet Protokoll IPv4
Eingeschränkte Nutzbarkeit
* Adressraum
* QoS
* Security
* Mobiltätsunterstützung
* Effizienz
* Erweiterbarkeit des Protokolls
 
=== Designanforderungen ===
; Umfangreicher, “zukunftssicherer” Adressraum
* Hierarchische Adressierung und effiziente Adressvergabe
 
; Begrenzung der Größe der „Routing Tabellen“
 
; QoS Unterstützung
 
; Inhärente Security
 
; Mobility Support auf IP-Ebene
 
; Auto-Konfiguration
* Plug-and-Play auf Netzwerkebene
 
; Erweiterbarkeit des Protokolls
 
=== Motivation für IPv6 ===
; Unterstützung von Millarden von Hosts
 
* Möglichkeit für Hosts auf Reise zu
* auch bei ineffizienter Nutzung des        gehen
Adressraums                                  * ohne Adressänderung
 
Reduzierung des Umfangs der Routing-                Automatische IP-Adressvergabe
Tabellen                                                * Neighbor (Router, Rechner..) Discovery
 
Vereinfachung des Protokolls                        Möglichkeit für das Protokoll zukünftig
* damit Router Pakete schneller abwickeln  weiterzuentwickeln
können
Unterstützung der alten und neuen
Höhere Sicherheit                                  Protokolle
* Authentifikation und Datenschutz              * Koexistenz für (viele) Jahre
 
Mehr Gewicht auf Dienstarten
* insbesondere für Echtzeitanwendungen
 
Unterstützung von Multicasting
* durch die Möglichkeit den Umfang zu definieren
 
=== Implementierungen Endgeräte ===
; IPv6 Implementierungen liegen für (nahezu) jedes Betriebssystem vor
* Sebst Windows XP wurde schon mit IPv6 Code ausgeliefert
 
; Viele Router-Hersteller bieten IPv6 Produkte
* Cisco annoncierte in 1Q2001 ihr IPv6 Produktionsrelease für alle IOS Systeme
* Juniper (4Q2001) und Hitachi unterstützen IPv6 in Hardware
* Ericsson/Telebit verkauft seit Jahren funktionsfähige „Vollimplementierung“
 
; Probleme bei älteren/preiswerten SOHO-Produkten
 
; IPv6 erfüllt die aktuellen Anforderungen
* IPv6 ist zukunftssicher
* Skaliert mit weiter wachsenden Zahl von Endgeräten
* IPv6 wird DAS Netzwerkprotokoll im Internet
 
; Netzbetreiber sollte sich mit IPv6 beschäftigen und eine Migrationsstrategie erarbeiten
 
== Neue Eigenschaften von IPv6 ==
=== Erweiterung des Adressraums ===
* von IPv4 mit 2^32 (≈ 4,3 Milliarden = 4,3·109) Adressen auf
* 2^128(≈ 340 Sextillionen = 3,4·1038) Adressen bei IPv6
* Vergrößerung um den Faktor 296 (≈7,9·1028).
 
=== Vereinfachung und Verbesserung des Protokollrahmens ===
* entlastet Router von Rechenaufwand
 
=== Zustandslose automatische Konfiguration von Ipv6-Adressen ===
* zustandsbehaftete Verfahren wie DHCP werden 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
 
=== Unterstützung von Netztechniken ===
* Quality of Service
* Multicast
 
=== Ende-zu-Ende-Prinzip ===
; Hauptmotivation zur Vergrößerung des Adressraums
 
; Zentrales Designprinzip des Internets
* 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
 
; Network Address Translation (NAT)
* Heute übliche Verfahren wie NAT verletzen das Ende-zu-Ende-Prinzip
* Umgehen derzeit die IPv4-Adressknappheit
* Sie ermöglichen den so angebundenen Rechnern nur ausgehende Verbindungen aufzubauen
* Aus dem Internet können diese hingegen nicht ohne Weiteres kontaktiert werden
 
; Einschränkungen durch NAT
* IPsec und Protokolle auf höheren Schichten verlassen sich auf das Ende-zu-Ende-Prinzip
–  z. B. FTP und SIP
* Sind mit NAT nur eingeschränkt oder durch Zusatzlösungen funktionsfähig
 
=== Paradigmenwechsel für Heimanwender ===
Anstatt vom Provider nur eine einzige IP-Adresse zugewiesen zu bekommen und über NAT mehrere Geräte ans Internet anzubinden,
* bekommt der Anwender den global eindeutigen IP-Adressraum für ein ganzes Teilnetz zur Verfügung gestellt,
* so dass jedes seiner Geräte eine IP-Adresse aus diesem erhalten kann
 
; Aktive Teilnahme am Netz
* Damit wird es für Endbenutzer einfacher, durch das Anbieten von Diensten aktiv am Netz
teilzunehmen.
 
; Lösung der Probleme durch NAT
* Zudem entfallen die Probleme, die bei NAT durch die Adressumschreibung entstehen


=== Wahl der Adresslänge ===
; Mögliche IPv6 Netze
; Faktoren bei der Wahl der Adresslänge
:; 18.446.744.073.709.551.616
* Größe des zur Verfügung stehenden Adressraums
: ~18 Trillionen


; Abwägung
Also kann jeder Mensch etwa 2,4 Milliarden eigene Netzwerke betreiben
* Protokoll-Overhead
* Diese Zahlen verdeutlichen die Dimensionen eines 128-Bit-Adressraums
–  pro Datenpaket müssen Quell- und Ziel-IP-Adresse übertragen werden
–  Längere IP-Adressen führen zu erhöhtem Protokoll-Overhead
* Wachstum des Internets Rechnung tragen


; Routing
<noinclude>
* Einer Organisation nur ein einziges Mal Adressraum zuweisen müssen
* Verhinderung der Fragmentierung des Adressraums


; Autokonfiguration und Umnummerierung
= Anhang =
* Autokonfiguration, Umnummerierung und Multihoming vereinfachen
== Siehe auch ==
* Festen Teil der Adresse zur netzunabhängigen eindeutigen Identifikation eines Netzknotens reservieren
{{Special:PrefixIndex/IPv6}}
* Die letzten 64 Bit der Adresse bestehen daher in der Regel aus der EUI-64 der Netzwerkschnittstelle des Knotens
=== Links ===
==== Weblinks ====


[[Kategorie:IPv6]]
[[Kategorie:IPv6/Grundlagen]]
</noinclude>

Aktuelle Version vom 8. Januar 2024, 14:12 Uhr

IPv6/Motivation - Gründe für ein neues Internet-Protokoll

Beschreibung

Einschränkungen von IPv4

Nutzbarkeit

  • Adressraum
  • QoS
  • Security
  • Mobiltätsunterstützung
  • Effizienz
  • Erweiterbarkeit des Protokolls

Mögliche Adressen

Verfügbare IPv4-Adressen
2010: ICANN schaltet Rootserver mangels IP Adressen ab
IPv4-Adressen haben eine Länge von 32 Bit
232 = 4.294.967.296
etwas über vier Milliarden IP-Adressen
Ein großer Teil der Adressen steht nicht zur Verfügung
  • 3.707.764.736 können verwendet werden, um Computer und andere Geräte direkt anzusprechen
  • Allein durch die Tatsache, dass die komplette D-Klasse und die E-Klasse nicht zur Verfügung stehen, ergibt sich schon ein enormer Verlust
  • Außerdem müssen private Adressräume abgezogen werden, und der großzügige Umgang mit ganzen A-Klassen in den frühen Computertagen ist auch nicht zu vernachlässigen
In den Anfangstagen des Internets
  • galt dies als weit mehr als ausreichend
  • da es nur wenige Rechner gab, die eine IP-Adresse brauchten

Durch das schnelle Wachstum des Internets er gibt sich das Problem, dass der Adressraum des IPv4-Protokolls annähernd erschöpft ist

Unvorhergesehenes Wachstums und Adressenknappheit
  • Aufgrund des unvorhergesehenen Wachstums des Internets herrscht heute aber Adressenknappheit
  • Im Januar 2011 teilte die IANA der asiatischen Regional Internet Registry APNIC die letzten zwei frei zu vergebenden Netze zu
  • Der verbleibende Adressraum wurde gleichmäßig auf die regionalen Adressvergabestellen verteilt
  • Darüber hinaus steht den regionalen Adressvergabestellen kein weiterer IPv4-Adressraum mehr zur Verfügung

Entwicklungen

Jeder Haushalt hat diverse Internetendgeräte
  • Computer
  • SmartTV
  • Smartphone/Tablet
  • Spiele
  • Geräte (IOT)

Routing

Historische Entwicklung

Die historische Entwicklung des Internets wirft ein weiteres Problem auf

Fragmentierung des Adressraums

IPv4-Adressraum ist stark fragmentiert

  • Häufig gehören mehrere nicht zusammenhängende Adressbereiche zur gleichen organisatorischen Instanz
  • Folge einer mehrmals geänderte Vergabepraxis von Adressen
Lange Routingtabellen
  • Dies führt mit Classless Inter-Domain Routing zu langen Routingtabellen
  • auf welche Speicher und Prozessoren der Router im Kernbereich des Internets ausgelegt werden müssen
Prüfsummen
Zudem erfordert IPv4 von Routern, Prüfsummen jedes weitergeleiteten Pakets neu zu berechnen, was eine weitere Prozessorbelastung darstellt

Internet Protokoll Version 6

Anforderungen

Anforderung Beschreibung
Vereinfachung Router sollen Datagramme schneller weiterleiten
Erweiterbarkeit Zukünftige Erweiterungen des Protokolls sollen möglich sein
Routing Effizienteres Routing
  • Begrenzung der Größe der „Routing Tabellen“
  • Verzicht auf Checksumme
Adressraum
  • Zukunftssicherer Adressraum, Unterstützung von mehr Hosts
  • Verwaltung des Adressraumes, effiziente Adressvergabe und hierarchische Adressierung
Sicherheit Inhärente Security
  • Unterstützung der alten und neuen Höhere Sicherheit Protokolle
  • Authentifikation und Datenschutz
Auto-Konfiguration Plug-and-Play auf Netzwerkebene (ohne DHCP-Server)
Mobility Support auf IP-Ebene Möglichkeit für Hosts auf Reise zu gehen, ohne Adressänderung
QoS Unterstützung Mehr Gewicht auf Dienstarten, insbesondere für Echtzeitanwendungen
Neighbor (Router, Rechner..) Discovery
Unterstützung von Multicasting durch die Möglichkeit den Umfang zu definieren
Koexistenz für (viele) Jahre

Adressen

Mögliche IPv6 Adressen

IPv6-Adressen haben eine Länge von 128 Bit

340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456
~340 Sextillionen
Man kann bei IPv6 wohl ohne Weiteres großzügig bei der Verteilung der Adressen vorgehen
  • Weil IPv6 ohne Subnetzmaske auskommt, werden auch schon gleich zu Anfang eine ganze Menge Adressen verbraucht
  • Die Unterscheidung der Netze geschieht innerhalb der ersten 64 Bit
  • Demzufolge sind also noch 64 Bit für Host-Adressen verfügbar (allerdings pro Netzwerk)
Mögliche IPv6 Netze
18.446.744.073.709.551.616
~18 Trillionen

Also kann jeder Mensch etwa 2,4 Milliarden eigene Netzwerke betreiben

  • Diese Zahlen verdeutlichen die Dimensionen eines 128-Bit-Adressraums


Anhang

Siehe auch

Links

Weblinks

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