IPv6/Adressraum

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IPv6/Adressraum - Aufteilung des Adressraums

Adresszuweisung

Vergabe von IP-Adressen

Internet Assigned Numbers Authority (IANA)

Vergabe von IP-Netzen im Internet wird von der IANA geregelt
In den Anfangsjahren des Internets wurden IPv4-Adressen bzw. -Netze in großen Blöcken direkt von der IANA an Organisationen, Firmen oder Universitäten vergeben
  • Beispielsweise wurde der Bereich 13.0.0.0/8 und damit 16.777.216 Adressen der Xerox Corporation zugeteilt, ebenso erhielten Merck & Co. (54.0.0.0/8) und IBM (9.0.0.0/8) einen solch großen Bereich zugeteilt
  • Die einzige deutsche Firma, die einen /8 Bereich zugeteilt bekommen hat, ist die debis AG (53.0.0.0/8)
Heute vergibt die IANA Blöcke an regionale Vergabestellen

Regional Internet Registry (RIR)

Zuständigkeitsbereiche der fünf RIR
Seit Februar 2005 gibt es fünf regionale Vergabestellen, die Regional Internet Registries (RIR) genannt werden.
RIR Bezeichnmung Zuständigkeit
AfriNIC African Network Information Centre Afrika
APNIC Asia Pacific Network Information Centre Asien-Pazifik
ARIN American Registry for Internet Numbers Nordamerika
LACNIC Latin-American and Caribbean Network Information Centre Lateinamerika und Karibik
RIPE NCC Réseaux IP Européens Network Coordination Centre Europa, Naher Osten, Zentralasien

siehe https://www.iana.org/assignments/ipv6-unicast-address-assignments/ipv6-unicast-address-assignments.xhtml

Local Internet Registry (LIR)

Local Internet Registries (LIR) sind lokalen Vergabestellen
  • geben die ihnen von den RIRs zugeteilten Adressen an ihre Kunden weiter
  • Die Aufgabe der LIR erfüllen in der Regel Internet Service Provider
  • Kunden der LIR können entweder Endkunden oder weitere (Sub-)Provider sein
Die Adressen können dem Kunden entweder
  • permanent zugewiesen werden (static IP address, feste IP-Adresse)
  • beim Aufbau der Internetverbindung dynamisch zugeteilt werden (dynamic IP address, dynamische IP-Adresse)

Fest zugewiesene Adressen werden vor allem bei Standleitungen verwendet oder wenn Server auf der IP-Adresse betrieben werden sollen.

Welchem Endkunden oder welcher Local Internet Registry eine IP-Adresse bzw. ein Netz zugewiesen wurde, lässt sich über die Whois-Datenbanken der RIRs ermitteln.

Internetprovider und Regional Internet Registry

Internetprovider (ISP) bekommen
  • 32 Bit (oder weniger) als Netz von einer Regional Internet Registry (RIR) zugewiesen
  • Dieser Bereich wird von den Providern weiter in Subnetze unterteilt
Länge der Zuteilung an Endkunden wird ISP überlassen

Vorgeschrieben ist die minimale Zuteilung eines /64-Netzes

  • Ältere Dokumente (z.B. RFC 3177) schlagen eine Zuteilung von /48-Netzen an Endkunden vor
In Ausnahmefällen ist die Zuteilung größerer Netze als /48 oder mehrerer /48-Netze an einen Endkunden möglich
  • Informationen über die Vergabe von IPv6-Netzen können über die Whois-Dienste der jeweiligen RIRs abgefragt werden



Präfixe

Präfixe geben den Netzwerkteil der Adresse an
  • Sie werden in CIDR - Notation angegeben
Alle übrigen Bit können verwendet werden zur
  • Unterteilung in Subnetze
  • Adressierung von Nodes
Das Präfix /128 bezeichnet einen einzelnen Node

Netzsegmente

Typische Präfix-Längen
Netzsegmenten werden 64 Bit lange Präfixe zugewiesen
  • Bildet mit dem Interface-Identifier die Adresse
Interface-Identifier
  • kann aus der MAC-Adresse der Netzwerkkarte erstellt oder
  • anders eindeutig zugewiesen werden
  • das genaue Verfahren ist in RFC 4291, Anhang A beschrieben
Hat ein Netzwerkgerät die IPv6-Adresse
2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7347/64

so lautet das Präfix

2001:0db8:85a3:08d3::/64

und der Interface-Identifier

1319:8a2e:0370:7347
Provider bekam von der RIR etwa das Netz
2001:0db8::/32

zugewiesen

Endkunde vom Provider gegebenenfalls das Netz
2001:0db8:85a3::/48

oder nur

2001:0db8:85a3:0800::/56

IPv6-Adressraum

Adressraum teilt sich in mehrere große Blöcke
  • die weiter unterteilt sein können
Alle Adressen unterhalb der hierarchischen Adressebene eines Blockes weisen einen identischen Präfix auf
  • Dadurch wird das Routing entschieden vereinfacht
  • Router können einen großen Teil der Entscheidungen schon anhand des Präfix treffen
IPv4-Adressen
  • Können mit dem Präfix 0 in den IP6-Raum eingeblendet werden
Durch die neue Struktur stehen viele neuer Adressen und neue Adressierungsarten zur Verfügung
Pakete werden je nach Adressierung
  • an genau eine Station gesendet (Unicast),
  • an eine Gruppe von Stationen (Multicast)
  • an die schnellste aus einer Gruppe von Stationen (Anycast)

Adressierungsarten

Datei:Ipv6Adressierung06.png
Unicast Adresse
  • Identifier für ein einzelnes von n erreichbaren Interfaces
  • Kardinalität: 1:1 (wobei 1 aus n ist)
Multicast Adresse
  • Identifier für eine Gruppe von m aus n erreichbaren Interfaces
  • Kardinalität: 1:m (m=1 ist Unicast, m=n ist Broadcast)
Anycast Adresse
  • Identifier für eine einzelnes aus einer Gruppe von m aus n erreichbaren Interfaces
  • Kardinalität: 1:1 (wobei 1 aus m ist, m=n ist möglich)
Broadcast
  • Identifier für alle n erreichbaren Interfaces
  • Kardinalität: 1:n

Address Scopes (Gültigkeitsbereiche)

Es gibt verschiedene IPv6-Adressbereiche mit Sonderaufgaben
  • unterschiedliche Eigenschaften
Diese werden meist schon durch die ersten Bit der Adresse signalisiert
  • Sofern nicht weiter angegeben, werden die Bereiche in RFC 4291 bzw. RFC 5156 definiert
Scopes
Scope Beschreibung
interface/host Verlässt nie den Host
link-local Verlässt nie das lokale Subnetz
global Geht um die ganze Welt
Address Scopes sind nicht mit Multicast Scopes zu verwechseln

Zugeordnete Adressbereiche

Auftellung des Adressraums

Zugeordnete Adressbereiche

  • Rest hat momentan noch keine Verwendung
Verwendung Präfix Präfix (binär) % Anteil
reserved 0::/8 0000 0000 0,4%
Loopback 0::0:1
IPv4 compatible (für IPv4 -> IPv6 Transition) ::0102:0304
IPv4 mapped (für IPv4 -> IPv6 Transition) FFFF:0102:0304
ISO Network addresses 200::/7 0000 001 0,8%
Novell Network addresses 400::/7 0000 010 0,8%
Aggregatable global unicast addresses 2000::/3 001 12,5%
ehem. Geographic based unicast adresses 8000::/3 100
Link local address FE80::/10 1111 1110 10 0,1%
Site local address FECO0::/10 1111 1110 11 0,1%
Multicast address FF00::/8 11111111 0,4%
Summe gesamt 15,1 %

Besondere Adressen

Adresse Beschreibung Verwendung
Nicht spezifizierte Adresse ::/128 128 0-Bit
  • darf keinem Host zugewiesen werden
  • zeigt das Fehlen einer Adresse an
  • Absenderadresse eines initialisierenden Hosts, solange er noch keine Adresse hat
  • Serverprogramme werden durch Angabe dieser Adresse angewiesen, auf allen Adressen des Hosts lauschen
Loopback-Adresse ::1/128 127 0-Bit, ein 1-Bit
  • Adresse des eigenen Rechners
  • ist in der Regel mit dem Namen localhost verknüpft

Unicast-Adressen

Kommunikation eines Netzknotens mit genau einem anderen Netzknoten

Unicast-Adressen

Unicast-Adressen sind providerbasierte Adressen und gelten Weltweit
  • Sie sind durch die ersten 3 Bit 010 gekennzeichnet.
  • Anschließend folgen 5 Bit Registry-ID, die das Organ bezeichnen, das diese Adresse an den Provider vergeben hat, auf die wiederum eine Provider-ID folgt.
  • Anschließend folgt die Subscriber-Id, die die Einrichtung bezeichnet, die von dem Provider die Adresse bezieht
Subscriber kann sein Netz wiederum in verschiedene Unternetze gliedern
  • die durch eine entsprechende ID gekennzeichnet sind
  • Die letzten 48 Bit bilden schließlich die Interface-ID
  • Da dies genau der Größe einer MAC-Adresse enstpricht, können sich damit Stationen im LAN automatisch konfigurieren, indem sie einfach ihre MAC-Adresse als Interface-ID verwenden
Weitere Adressbereiche
  • die den heutigen lokalen Adressbereichen entsprechen, und die nicht von einem Router geroutet werden
  • Es sind dies verbindungsspezifische und standortspezifische lokale Adressen

Link-Local-Adressen

Sind nur innerhalb abgeschlossener Netzwerksegmente (link) gültig
  • Netzwerksegment ist ein lokales Netz, gebildet mit Switches oder Hubs, bis zum ersten Router
  • Link-Local-Adressen sind mit APIPA-Adressen im Netz 169.254.0.0/16 vergleichbar.
Formatpräfix lautet fe80::/10
10 Bit 54 Bit 64 Bit
1111111010 0 Interface ID
Verwendung
  • Adressierung von Nodes in abgeschlossenen Netzwerksegmenten
  • Autokonfiguration
  • Neighbour-Discovery
Vorteile
  • In einem Netzwerksegment muss keinen DHCP-Server zur Adressvergabe konfigurieren werden
Zone ID
  • Soll ein Gerät mittels einer dieser Adressen kommunizieren, so muss die Zone ID mit angegeben werden
  • eine Link-Lokale-Adresse kann auf einem Gerät mehrfach vorhanden sein
Beispiele
fe80::7645:6de2:ff:1%1
fe80::7645:6de2:ff:1%eth0

Site Local Unicast (veraltet)

fec0::/10
  • fec0… bis feff…
Standortlokale Adressen (site local addresses)
  • Nachfolger der privaten IP-Adressen (beispielsweise 192.168.x.x)
  • Durften nur innerhalb der gleichen Organisation geroutet werden
  • Die Wahl des verwendeten Adressraums innerhalb von fec0::/10 war beliebig
Überschneidungen der Adressräume
  • Es konnte zu Überschneidungen der Adressräume an unterschiedlichen Standorten kommen
    • Bei der Zusammenlegung von ehemals getrennten Organisationen
    • wenn eine VPN-Verbindung zwischen eigentlich getrennten mit Site Local Addresses nummerierten Netzwerken hergestellt wurde
Deprecated (RFC 3879)
  • Aus diesem und weiteren Gründen sind Site Local Addresses nach RFC 3879 veraltet
    • werden aus zukünftigen Standards verschwinden
  • Neue Implementierungen müssen diesen Adressbereich als Global-Unicast-Adressen behandeln
Nachfolger sind Unique Local Addresses

Unique Local Unicast (ULA)

fc00::/7 (fc00… bis fdff…)
Für private Adressen gibt es die Unique Local Addresses (ULA)
  • beschrieben in RFC 4193
Präfix fd
  • Derzeit ist nur das Präfix fd für lokal generierte ULA vorgesehen
Präfix fc
  • ist für global zugewiesene, eindeutige ULA reserviert
Site-ID
  • Auf das Präfix folgen 40 Bit, als eindeutige Site-ID
Eindeutigkeit
  • Diese Site-ID ist bei den ULA mit dem Präfix fd zufällig zu generieren und somit sehr wahrscheinlich eindeutig
  • Bei global vergebenen ULA jedoch auf jeden Fall eindeutig
    • RFC 4193 gibt jedoch keine konkrete Implementierung der Zuweisung von global eindeutigen Site-IDs an
Subnet-ID
  • Nach der Site-ID folgt eine 16-Bit-Subnet-ID, welche ein Netz innerhalb der Site angibt
Beispiel
fd9e:21a7:a92c:2323::1
Hierbei ist
  • fd das Präfix für lokal generierte ULAs
  • 9e:21a7:a92c ein einmalig zufällig erzeugter 40-Bit-Wert
  • 2323 eine willkürlich gewählte Subnet-ID
  • ::1 die Host-ID
Vorteil der Verwendung von wahrscheinlich eindeutigen Site-IDs
  • Beim Einrichten eines Tunnels zwischen getrennt voneinander konfigurierten Netzwerken sind Adresskollisionen sehr unwahrscheinlich
  • Pakete, die an eine nicht erreichbare Site gesendet werden, laufen mit großer Wahrscheinlichkeit ins Leere, statt an einen lokalen Host gesendet zu werden, der zufällig die gleiche Adresse hat
ULA-Central
  • Es existiert ein proposed standard, welcher Richtlinien für Registrare (IANA, RIR) beschreibt, konkret deren Betrieb sowie die Adressvergabe-Regeln
  • Allerdings ist eine derartige „ULA-Central“ bisher nicht gegründet
  • Sowohl der RFC 4193 als auch der proposed standard sind identisch in Bezug auf das Adressformat und den Generierungs-Algorithmus


Global Unicast

Alle anderen Adressen gelten als Global-Unicast-Adressen
Von diesen sind jedoch bisher nur die folgenden Bereiche zugewiesen
::/96 (96 0-Bit)

Stand für IPv4-Kompatibilitätsadressen

  • welche in den letzten 32 Bit die IPv4-Adresse enthielten
  • dies galt nur für globale IPv4 Unicast-Adressen
  • Diese waren für den Übergang definiert
  • In RFC 4291 vom Februar 2006 als veraltet (engl. deprecated) gekennzeichnet
0:0:0:0:0:ffff::/96 (80 0-Bit, gefolgt von 16 1-Bit)

Steht für IPv4 mapped (abgebildete) IPv6 Adressen

  • Die letzten 32 Bit enthalten die IPv4-Adresse
  • Ein geeigneter Router kann diese Pakete zwischen IPv4 und IPv6 konvertieren
    • und so die neue mit der alten Welt verbinden
2000::/3 (2000… bis 3fff…; was dem binären Präfix 001 entspricht)
  • Stehen für die von der IANA vergebenen globalen Unicast-Adressen
  • Routbare und weltweit einzigartige Adressen

Bildung einer Globalen Unicast Adresse

Unterteilung des Adressraumes in öffentlichen (TLA, NLA, SLA) und lokalen Bereich (64 Bit + 64 Bit)
  • Routing im öffentl. Bereich effizient durch hierarchische Netz-topologische Orientierung
  • Routing im lokalen Bereich effizient durch festen „public-“ Teil der Adresse (64 Bit)
Nur Top-Level Aggregation ID muss zentral verwaltet werden
Adressvergabe erfolgt blockweise hierarchisch von oben nach unten
Option Beschreibung
TLA Top Level Aggregation (z.B. Super-Provider,Exchange)
NLA Next Level Aggregation (z.B. ISP)
SLA Site Level Aggregation (z.B. Firma)
Global Unicast Adressen
Option Beschreibung
2001 2003, 240, 260, 261, 262, 280, 2a0, 2b0 werden an Provider vergeben und 2c0
  • die diese an ihre Kunden weiterverteilen
  • werden von Regional Internet Registries (RIRs) vergeben
2001::/32 sind ihnen noch vollständig zugeteilt
  • beginnend mit 2001:0:
  • anders als 2001::/16
  • Tunnelmechanismus Teredo 3ffe::/16
2001:db8::/32 Testnetzwerk 6Bone
  • Dokumentationszwecke
  • wurden gemäß RFC 3701 an die IANA
  • keine tatsächlichen Netzteilnehmer zurückgegeben
2002 64:ff9b::/96 Adressen des Tunnelmechanismus 6to4
  • Übersetzungsmechanismus NAT64 gemäß RFC 6146

Multicast-Adressen

Multicast-Adressen sprechen eine ganze Gruppe von Rechnern an
  • Das ist zum Beispiel für Video on Demand oder Fernunterricht nützlich und spart Bandbreite, da es bereits auf der IP-Schicht ausgewertet wird und mehrfache Übertragung von Paketen verhindert.
  • Auch mehrere NTP-Server können einer Multicast-Gruppe angehören.
Multicast-Adressen beginnen alle mit der Bitfolge 1111 1111
  • Darauf folgen dei Felder Flag und Scope.
  • Bisher ist allerdings nur das Flag T definiert, mit den Werten 1 für dauerhaft und 0 für temporär.
Einer-zu-vielen-Kommunikation wird durch Multicast-Adressen abgebildet

Typ: 0000 ... fest definiert (ANA), 0001 ... Adresse wurde „frei“ vergeben

Scope
Gültigkeitsbereich 0001 nur lokales Endgerät
Wert Scope
0010 Link lokal
0101 Site lokal
1000 Organisations-lokal
1110 Global
Regel
  1. FF02::1:FF00:0/104 zzgl. letzte 24 Bit der Unicast Adresse
  2. Link-Lokale MC Adresse des Endsystems (für Neighbor Discovery)
Beispiele für Multicast-Adressen
FFO1::1 alle lokalen Interfaces FF02::1 alle Link-lokalen Interfaces
FF05::2 alle Site-Ilokalen Router FF0x::202 Sun RPC

Präfix ff00::/8 (ff…)

stehen für Multicast-Adressen

Nach dem Multicast-Präfix folgen
  • 4 Bit für Flags
  • 4 Bit für den Gültigkeitsbereich (Scope)
Flags sind zurzeit in folgenden Kombinationen gültig
Wert Bezeichnung Beschreibung
0 Permanent definierte wohlbekannte Multicast-Adressen (von der IANA zugewiesen)
1 T-Bit gesetzt Transient (vorübergehend) oder dynamisch zugewiesene Multicast-Adressen
3 P-Bit gesetzt, erzwingt das T-Bit Unicast-Prefix-based Multicast-Adressen (RFC 3306)
7 R-Bit gesetzt, erzwingt P- und T-Bit Multicast-Adressen, welche die Adresse des Rendezvous-Point enthalten (RFC 3956)

Gültigkeitsbereiche

Die restlichen Bereiche sind nicht zugewiesen
  • dürfen von Administratoren benutzt werden, um weitere Multicast-Regionen zu definieren.
Wert Scope Beschreibung
1 interfacelokal diese Pakete verlassen die Schnittstelle nie. (Loopback)
2 link-lokal werden von Routern grundsätzlich nie weitergeleitet und können deshalb das Teilnetz nicht verlassen.
4 adminlokal der kleinste Bereich, dessen Abgrenzung in den Routern speziell administriert werden muss.
5 sitelokal dürfen zwar geroutet werden, jedoch nicht von Border-Routern
8 organisationslokal die Pakete dürfen auch von Border-Routern weitergeleitet werden, bleiben jedoch „im Unternehmen“ (hierzu müssen seitens des Routing-Protokolls entsprechende Vorkehrungen getroffen werden).
e globaler Multicast darf überallhin geroutet werden
0, 3, f reservierte Bereiche
Beispiele für wohlbekannte Multicast-Adressen
  • ff01::1, ff02::1: All Nodes Adressen. Entspricht dem Broadcast.
  • ff01::2, ff02::2, ff05::2: All Routers Adressen, adressiert alle Router in einem Bereich.

Anycast Adressen

Verschiedene Endgeräte sind unter einer (Anycast-) Adresse erreichbar
  • Auslieferung des Paketes normalerweise an das Interface des Endgerätes, welches (Netztopologie) Routing-mäßig das nächstliegende ist
  • Unterscheidet sich nicht von normaler Unicast-Adresse 4 Anycast Funktionalität ist durch die Router und durch Konfiguration des Endgerätes zu realisieren
  • Derzeit nur für Router oder Server zulässig (Änderung jedoch absehbar)
Anwendungsbeispiele
  • Dienste unter global gleicher Adresse effizient verfügbar (Routing zum PoP)
  • Load Balancing
  • erhöhte Stabilität durch mehrere Router gleicher Adresse
  • Mobile IPv6 Home Agents Anycast (Anycast Id. 126 oder 7E)
Mit Anycast-Adressen erreicht man genau einen aus einer Gruppe von Rechnern
  • die die selbe Anycast-Adresse haben
    • Zum Beispiel einen aus einer Gruppe von Nameservern, oder von Routern bei einem Provider

Unterteilung des IPv6-Adressraums

Präfix Verwendung
0000 0000 Reserviert und IPv4
0000 0001 Nicht zugewiesen
0000 0010 OSI-NSAP-Adressen
0000 010 Netware IPX-Adressen
0000 011 Nicht zugewiesen
0000 1 Nicht zugewiesen
1 Nicht zugewiesen
1 Nicht zugewiesen
10 Adressen für Service Provider
11 Nicht zugewiesen
100 Adressen für geographische Bereiche
101 Nicht zugewiesen
110 Nicht zugewiesen
1110 Nicht zugewiesen
1111 10 Nicht zugewiesen
1111 110 Nicht zugewiesen
1111 1110 Nicht zugewiesen
1111 1110 0 Nicht zugewiesen
1111 1110 10 verbindungsspezifische lokale Adressen
1111 1110 11 Standortspezifische lokale Adressen
1111 1111 Multicast


Anhang

Siehe auch

Dokumentation
Links
Projekt
Weblinks
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