DHCPv6/DHCPv4

DHCPv6/DHCPv4 - Gemeinsamkeiten und Unterschiede

Beschreibung

In IPv4-Netzwerken können die IP-Adressen der Knoten entweder statisch konfiguriert oder dynamisch mit DHCPv4 zugewiesen werden

• IPv6 bietet mehrere Methoden zur Zuweisung von IPv6-Adressen an Endknoten
• Natürlich können Knoten ihre IPv6-Adresse statisch konfigurieren, aber es gibt auch zwei dynamische Adresskonfigurationsmethoden: StateLess Address AutoConfiguration (SLAAC) und Stateful DHCPv6

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 Endhost
• Beide verfügen über das Konzept eines Bereichs oder einer Reichweite und einer 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

Betriebsmodell

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

• Wenn Unternehmen DHCPv4 verwendet, ist es sinnvoll, DHCPv6 zu wählen
• Für Unternehmen kann es sich administrativ als aufwändig 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 nicht unterstützen

Unterschiedliche

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 Portnummern

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

• Die Nachrichtentypen und -namen unterscheiden sich jedoch
• 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

Funktional äquivalente DHCPv4-/DHCPv6-Nachrichtentypen

DHCP-Nachrichtentypen	DHCPv6-Nachrichtentypen	Beschreibung
DHCPDISCOVER	SOLICIT
DHCPOFFER	ADVERTISE
DHCPREQUEST	REQUEST
DHCPACK	REPLY
DHCPRELEASE	RELEASE
DHCPINFORM	INFORMATION-REQUEST
DHCPDECLINE	DECLINE

Diese Tabelle listet die gängigsten Nachrichten auf, es gibt weitere DHCP- und DHCPv6-Nachrichtentypen, auf die wir hier nicht eingehen

Multicast statt Broadcast

Effiziente Nutzung von Multicast anstelle von Broadcast

Ein wesentlicher Unterschied zwischen IPv4 und IPv6 besteht in der Verwendung von Broadcast- und/oder Multicast-Nachrichten

• 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

Dieser Unterschied überträgt sich auf die Funktionsweise von DHCPv4 und DHCPv6 in einem Client-Zugangsnetzwerk

• 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
• Beispielsweise wird die IPv4-Zugangsnetzwerkschnittstelle eines Cisco-Routers mit einem „ip helper“-Befehl mit der Unicast-IPv4-Adresse des DHCP-Servers konfiguriert

Mit DHCPv6 senden Clients 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
• In ähnlicher Weise verwendet er auf der IPv6-Zugangsschnittstelle eines Cisco-Routers den Befehl „ipv6 DHCPv4 relay destination“ mit der globalen Unicast-Adresse des DHCPv6-Servers

Client-Quelladressen

Unterschiede bei den Client-Quelladressen

Endhosts, die DHCPv4 und/oder DHCPv6 verwenden, befinden sich zunächst in einem „Henne-Ei“-Dilemma, da sie ein Paket senden müssen, um den Prozess zum Abrufen einer Unicast-Adresse zu starten, aber auch eine Quelladresse für ihre erste DHCP- oder DHCPv6-Kommunikation benötigen

• IPv4-DHCP-Clients verwenden 0.0.0.0 als erste Quelladresse zum Senden ihrer DHCPDISCOVER- und DHCPREQUEST-Nachrichten
• DHCPv6-Clients 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
• DHCPv4 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
• Bei DHCPv4 erhält der Client seine Adresse in der Zieladresse der DHCPOFFER-Nachricht
• DHCPv6-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
• DHCPv6-Clients erhalten ihre globale Unicast-Adresse erst, wenn der vollständige Vier-Wege-Protokollwechsel abgeschlossen ist

Router-Advertisement

Router-Advertisement-Nachrichten initiieren DHCPv6

Einer der 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
• 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

1. Link-Layer-Adresse plus Zeit (DUID-LLT) – wird von Windows 10/11-Clients und Apple MacOS verwendet
2. Vom Hersteller zugewiesene eindeutige ID basierend auf der Enterprise ID (DUID-EN) – wird von einigen Linux-Distributionen verwendet
3. Link-Layer-Adresse (DUID-LL)
4. 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

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 „IPAM DHCP“ 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 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 DHCP-Servern
• Infoblox hat gemeinsam mit dem Internet Systems Consortium (ISC) an weiteren Formen der DHCPv6-Redundanz gearbeitet, die nun vom Kea DHCPv6-Server unterstützt werden

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

• Auf einem Infoblox NIOS-System können Sie DHCP-Bereich/Leases und DHCPv6-Lease-Affinität konfigurieren
• Der DHCPv6-Server erneuert und wiederverwendet Leases bis zum Intervall, wiederverwendet, erneuert und bereinigt jedoch nach diesem Intervall abgelaufene Leases
• Das Intervall ist konfigurierbar und reicht von 7 (Standard in Infoblox) bis zu maximal 180 Tagen

Optionen

DHCPv4- und DHCPv6-Optionen

Art und Weise, wie Optionen verarbeitet werden

• Optionen ermöglichen es DHCPv4- [RFC/2132] und DHCPv6-Servern, zusätzliche Konfigurationsinformationen mit Clients auszutauschen
• DHCPv6-Optionen unterscheiden sich von DHCPv4 für IPv4, sind jedoch funktional gleichwertig
• Sowohl das DHCP- als auch das DHCPv6-Protokoll bieten Optionen für den Endknoten, um zusätzliche Informationen bereitzustellen, wobei DHCPv4 ein einzelnes Oktett-Optionsfeld verwendet, während DHCPv6 eine größere 16-Bit-Optionstyp-Codelänge hat
• Oft gibt es funktional gleichwertige Optionen, aber die Optionsnummern und -namen sind unterschiedlich
• Die IANA führt eine vollständige Liste aller DHCPv4-Optionen und DHCPv6-Optionen

Zusammenfassung

DHCPv4 und DHCPv6 sind hinsichtlich der von ihnen bereitgestellten Basisdienste (d. h. dynamische Hostadressierung) funktional gleichwertig

• Die Integration von DHCPv4 und DHCPv6 in eine einheitliche „DDI“-Lösung kann die betriebliche Effizienz steigern und die Netzwerkverwaltung vereinfachen
• Beide Protokolle weisen jedoch ihre eigenen Nuancen und Besonderheiten auf, deren Verständnis von Vorteil ist
• Und obwohl DHCPv4 und DHCPv6 Unterschiede aufweisen, können sie beide nebeneinander existieren
• Das Beste daran ist, dass Hosts, Netzwerke und Server beide gleichzeitig verwenden können

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Links

Weblinks

1. https://blogs.infoblox.com/ipv6-coe/dhcp-and-dhcpv6-commonalities-and-differences/