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Das Internet Protokoll Version 6: Aufbau, Funktion und Umstellung von IPv4 auf IPv6

Seminararbeit 2007 21 Seiten

Informatik - Wirtschaftsinformatik

Leseprobe

INHALT

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Das Internet Protocoll Version 6 – Aufbau und Funktion
2.1. Anzahl IP-Adressen
2.2. Verschlankung und Effizienz
2.3. Vereinfachung des Header-Formats
2.4. Mobilität und Sicherheit
2.5. Multicasting

3. Migration von IPv4 zu IPv6
3.1 Technische Migrationsverfahren
3.1.1. Dual Stack
3.1.2. Tunneling
3.1.3. Protokollübersetzung
3.2. Migrationsprozess
3.3. Betriebswirtschafliche Migrationsaspekte

4. Fazit und Ausblick

Anhang

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: IPv4- und IPv6-Header Abbildung 2: Dual Stack

Abbildung 3: Encapsulation einer IPv6-Infrastruktur Abbildung 4: Tunneling-Routen

Abbildung 5: IPv4-translated IPv6-Adresse

1. Einleitung

Internet Protokolle sind Standards für die Netzwerkschicht des OSI-Modells und regeln die Adressierung und das Routing von Datenpaketen durch ein Netzwerk. Jeder Teilnehmer eines Netzwerks muss dafür eine eindeutige IP-Adresse zur Identifikation besitzen.

Das IPv4 (Internet Protocol Version 4) wurde 1981 von John Postel entwickelt und war die erste Version welche weltweit verbreitet und eingesetzt wurde. Der vorgesehene Adressraum von 32 Bit ermöglicht eine maximale Anzahl von 2³² (ca. 4,3 Mrd.) IP-Adressen, was bei der Entwicklung als ausreichend erschien, da das Internet hauptsächlich für wissenschaftliche Zwecke genutzt wurde und somit auf einen überschaubaren Anwenderbereich beschränkt war.

Mit der Einführung des WWW (World Wide Web) Anfang der 90er Jahre, entwickelte sich das Internet jedoch zu einem Massenmedium. Mittels Studien wurde ein genaues Datum errechnet, an dem sämtliche 4.294.967.296 Adressen vergeben sind: am 30. Mai 2010 soll die letzte freie IP-Adresse von der IANA an eine Unterorganisation zugeteilt werden; am 14. Juli 2012 soll dann endgültig diese Unterorganisation die letzen Adress-Räume an die entsprechenden Provider zugewiesen haben. [Pot2007] Bei den Internet-Späteinsteigern Asien und Südamerika herrscht heute bereits Adress-Knappheit, da die verfügbaren Adressbereiche anfänglich zu großzügig den ersten großen Teilnehmern in Nordamerika und Europa zugeteilt wurden. Aufgrunddessen wird bereits in den IT-Wachstumsmärkten mit Notlösungen gearbeitet, wie PAT (Port Address Translation), Lockerung der festen Netzklassen- Unterteilung durch CIDR (Classless Inter-Domain Routing), NAT (Network Adress Translation) oder dynamischer Vergabe von Adressen. [Wiki2007] Auch ist abzusehen, dass in den nächsten Jahren durch neue technische Innovationen wie internetfähigen Mobiltelefone, Autos und Elektrogeräte in Privathaushalten der Bedarf an Adressen in der ganzen Welt weiter rapide ansteigen wird.

2. Das Internet Protocoll Version 6 – Aufbau und Funktion

Aufgrund dieses rasanten technischen Fortschritts der letzten Jahre beschränken sich die Defizite von IPv4 jedoch nicht nur auf die Verknappung verfügbarer Adressen. Mit der Entwicklung des IPnG (Internet Protocoll next Generation), wie IPv6 ebenfalls genannt wird, fand deshalb nicht nur eine Anpassung des IPv4 statt, sondern es wurden weiter gehende Änderungen eingeführt. Da eine umfassende Darstellung des IPv6 dem Rahmen dieser Arbeit nicht entsprechen würde, werden im Folgenden exemplarisch einige Leistungsmerkmale des Protokolls dargelegt, die in der aktuellen Literatur wiederholte Beachtung gefunden haben. Zum besseren Verständnis wird stellenweise der Vergleich mit IPv4 gezogen, basierend auf dem entsprechenden RFC 791.

2.1. Anzahl IP-Adressen

Um die zur Verfügung stehende Anzahl der IP Adressen zu erhöhen, wurde mit IPv6 der Adressraum auf 128 Bit vergrößert. Statt der bei 32 Bit rechnerisch verfügbaren ca. 4,3 Mrd. Adressen in IPv4 bietet der 128 Bit Adressraum 2128, also ca. 3,4 * 1038 Adressen. Diese Zahl scheint sehr hoch, betrachtet man jedoch das vom IAB (Internet Architecture Board), einer IETF Arbeitsgruppe, zugrunde gelegte Zukunftsszenario, geht man im Jahr 2020 von einer Weltbevölkerung mit 10 Mrd.

Menschen aus, von denen jeder durchschnittlich 100 Computer mit eigener IP Adresse besitzt. Dies ist nicht unrealistisch, wenn man sich vorstellt, dass zukünftig nahezu jedes elektronische Gerät, vom Herzschrittmacher bis zum Kühlschrank, an ein Netzwerk angebunden werden kann.

Da bei einer solchen Zahlenmenge die dezimale Schreibweise an ihre Grenzen stößt, wurde auch die Notation geändert. Im Unterschied zu IPv4-Adressen, die dezimal in 4 Gruppen zu jeweils einem Byte, getrennt durch einen Punkt, dargestellt werden, sind IPv6-Adressen hexadezimal und in 8 Gruppen zu je zwei Byte, getrennt durch einen Doppelpunkt, unterteilt:

IPv4 Notation: 192.168.0.1

IPv6 Notation: FE80:0000:0000:0000:0202:B3FF:FE1E:8329

Adressen mit führenden Nullen können gekürzt werden für eine kompaktere Darstellung und damit kürzeren Einträgen in den Routing Tables:

verkürzte Notation: FE8O::202:B3FF:FE1E:8329

In einer URL wird die IPv6-Adresse in eckigen Klammern eingeschlossen, damit der Browser diese nicht als Port fehlinterpretiert:

URL-Notation: http://[FE8O::202:B3FF:FE1E:8329]/

Möchte man die Portnummer mit angeben, wird sie nach den eckigen Klammern angeführt:

URL-Notation mit Port: http://[FE8O::202:B3FF:FE1E:8329]:80/

Wie auch bei IPv4, gibt es spezielle IPv6-Adressen, denen Sonderaufgaben auferlegt wurden. So heißt beispielsweise der Nachfolger der privaten Adressen von IPv4 (192.168.0.0 bis 192.168.255.255) nun bei IPv6 fc00::/7 (fc... und fd...). Den aus IPv4 bekannten Local Host (127.0.0.1) kann man nun unter IPv6 mit ::1 ansprechen, wobei diese Schreibweise eine Abkürzung aus 15 Nullen und einer 1 darstellt.

2.2. Verschlankung und Effizienz

Um nun mit IPv4 die Pakete an eine Adresse zu versenden müssen diese aufgrund ihrer Größe fragmentiert und die Prüfsummen (checksums) beim Routing damit einhergehend immer wieder geprüft werden. Dies führt zu stark anwachsenden Routing Tables, erhöhtem Speicherbedarf genauso wie erhöhtem Bedarf an Rechenleistung. In IPv6 wurden diese beiden Felder im Header (Fragmentierung und Checksumme) entfernt. Das bedeutet, das IPv6 keine Prüfsumme im IP- Header besitzt, sondern lediglich im TCP-Header wodurch zwar immer noch fehlerhafte Pakete erkannt werden, das aber nur beim Empfänger, der dann wiederum dem Sender bescheid geben muss, das dieser die Pakete erneut verschickt. Weiter verwerfen Router wegen der fehlenden Fragmentierung zu große Pakete nun grundsätzlich. Sie verschicken daraufhin eine ICMP-Nachricht, sodass der Sender die maximale Paketgröße (MTU, Maximum Transmission Unit) entsprechend anpassen kann. Dieses Verfahren wird Path MTU Discovery genannt und ist in leicht abgewandelter Form auch in IPv4 vorhanden, dort aber lediglich als empfohlen, während es in IPv6 mittlerweile Pflicht ist. Probleme treten bei der Path MTU Discovery auf, wenn die benötigte ICMP-Nachricht verloren geht z.B. wegen einer falsch konfigurierten Firewall. In diesen allerdings eher seltenen Fällen, muss vom Sender die kleinstmöglichste MTU gewählt werden. Diese beträgt bei IPv4 lediglich 68 Byte. Dies hat den negativen Nebeneffekt das der Router bzw. die Bandbreite unnötig mit Verwaltungsinformationen belastet wird und die Kapazität von Routern, die eigentlich höhere MTUs erlauben würden, nicht ausgeschöpft wird. Man beschloss deshalb in IPv6 die minimale MTU auf 1280 Byte zu vergrößern. [Ziv2007]

2.3. Vereinfachung des Header-Formats

Ein weiterer grundsätzlicher Unterschied zu IPv4 ist der Aufbau des Formats. IPv6 besitzt nun eine feste Header-Länge mit 40 Bytes. Dies stellt eine erhebliche Router-Entlastung dar und unterstützt damit die schnellere Verarbeitung. [Wiki2007] Gleichfalls wurden Informationen im IPv4-Headerformat, die selten benötigt werden, weggelassen. Der IPv6-Header ist daher stark vereinfacht und die nicht zwingend notwendigen Informationen wurden in so genannte optionale Erweiterungsheader (extension headers) ausgelagert. Der IPv6-Header besteht nun aus dem Basis Header mit 64 Bit, dem zweimal 128 Bit für die Sender und Empfängeradresse folgen, während der IPv4-Header für die eigentlichen Header Informationen 96 Bit benötigt und für Sender- und Empfängeradresse nur jeweils 32 Bit reserviert, denen 32 Bit für (weitere) optionale Angaben folgen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: IPv4- und IPv6-Header [in Anlehnung an GAO2007, S. 13]

Die optionalen Angaben über Routing, Fragmentierung, Hop-Optionen und Sicherheit sind bei IPv6 nun in den Erweiterungsheadern enthalten, worauf das Feld Next-Header hinweist.

Neben einer substantiellen Verkürzung wird dadurch die fixe Länge des IPv6 Basis-Header sichergestellt, wodurch sich die Paketverarbeitung auf Routern durch Hardwarunterstützung beschleunigen lässt. [Dit2002, S. 10]

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Details

Seiten
21
Jahr
2007
ISBN (eBook)
9783640228997
ISBN (Buch)
9783640230648
Dateigröße
3 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v119456
Institution / Hochschule
FOM Hochschule für Oekonomie & Management gemeinnützige GmbH, München früher Fachhochschule
Note
1,7
Schlagworte
IPv6 Aufbau Funktion Umstellung IPv4 Betriebsinformatik

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