IPv6/Motivation
IPv6/Motivation - Gründe für ein neues Internet-Protokoll
topic - Kurzbeschreibung
Beschreibung
Adressknappheit
- Durch das schnelle Wachstum des Internets er gibt sich das Problem, dass der Adressraum des IPv4-Protokolls annähernd erschöpft ist
- Eine IPv4-Adresse aus 32 Bit zumindest rein rechnerisch eine Anzahl von 4.294.967.296 Adressen ergibt
- Ein großer Teil dieser Adressen steht außerdem nicht zur Verfügung
- 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
- 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
2010: ICANN schaltet Rootserver mangels IP Adressen ab
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
- galt dies als weit mehr als ausreichend
- da es nur wenige Rechner gab, die eine IP-Adresse brauchten
- 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
Historische Entwicklung (Routing)
- Die historische Entwicklung des Internets wirft ein weiteres Problem auf
- Fragmentierung des Adressraums
- Durch die mehrmals geänderte Vergabepraxis von Adressen ist der IPv4-Adressraum inzwischen stark fragmentiert
- Häufig gehören mehrere nicht zusammenhängende Adressbereiche zur gleichen organisatorischen Instanz.
- Lange Routingtabellen
- Dies führt in Verbindung mit der heutigen Routingstrategie (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
- 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
Entwicklungen
- Jeder Haushalt hat diverse Internetendgeräte
- Computer
- SmartTV
- Smartphone/Tablets
- Spiele
- Geräte
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
Eigenschaften von IPv6
| Option | Beschreibung |
|---|---|
| Erweiterung des Adressraums | von IPv4 mit 2^32 (≈ 4,3 Milliarden = 4,3·109) Adressen auf
|
| Vereinfachung und Verbesserung des Protokollrahmens | entlastet Router von Rechenaufwand |
| Konfiguration von Ipv6-Adressen | Zustandslose automatische
|
| Mobile IP | sowie Vereinfachung von Umnummerierung und Multihoming |
| Implementierung von IPsec | innerhalb des Ipv6-Standards
|
| Unterstützung von Netztechniken | Quality of Service
|
| Ende-zu-Ende-Prinzip | ; Hauptmotivation zur Vergrößerung des Adressraums
|
| Paradigmenwechsel für Heimanwender | ; Anstatt vom Provider nur eine einzige IP-Adresse zugewiesen zu bekommen und über NAT mehrere Geräte ans Internet anzubinden,
|
| Wahl der Adresslänge | Faktoren bei der Wahl der Adresslänge
Protokoll-Overhead
|
| 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 2^96 (≈7,9·1028).
|- | Vereinfachung und Verbesserung des Protokollrahmens || entlastet Router von Rechenaufwand |- | Konfiguration von Ipv6-Adressen || Zustandslose automatische
- 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,
- sodass 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 || Faktoren bei der Wahl der Adresslänge
- Größe des zur Verfügung stehenden Adressraums
- Abwägung
Protokoll-Overhead
- pro Datenpaket müssen Quell- und Ziel-IP-Adresse übertragen werden
- Längere IP-Adressen führen zu erhöhtem Protokoll-Overhead
- Wachstum des Internets Rechnung tragen
- Routing
- Einer Organisation nur ein einziges Mal Adressraum zuweisen müssen
- Verhinderung der Fragmentierung des Adressraums
- Autokonfiguration und Umnummerierung
- Autokonfiguration, Umnummerierung und Multihoming vereinfachen
- Festen Teil der Adresse zur netzunabhängigen eindeutigen Identifikation eines Netzknotens reservieren
- Die letzten 64 Bit der Adresse bestehen daher in der Regel aus der EUI-64 der Netzwerkschnittstelle des Knotens