BMWi IPv6 Workshop Arbeitsgruppe 1 IPv6 Wie entwickeln sich die Netze weiter?

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1 BMWi IPv6 Workshop Arbeitsgruppe 1 IPv6 Wie entwickeln sich die Netze weiter? Impulsreferat Olaf Bonneß Telekom Innovation Laboratories Berlin, 26. Januar 2012 Telekom Innovation Laboratories

2 Zielstellung der Arbeitsgruppe 1 und Vorgehensweise. Moderation: Impulsreferat: Olaf Bonneß Telekom Innovation Laboratories. Zielstellung des Workshops Diskussion der Auswirkungen von IPv6 auf die Weiterentwicklung der Internetarchitektur Identifikation der mit einer IPv6 Einführung einhergehenden Veränderungen und Möglichkeiten Einfluss von IPv6 auf angrenzende Themenbereiche wie z.b. Internet der Dinge und neue Internet Dienste Erwartete Ergebnisse des Workshops Allgemeines Verständnis der mit einer IPv6 Einführung verbundenen Chancen und Herausforderungen, sowie der Treiber bzw. Hindernisse Beantwortung der BMWi Fragestellungen Kurze Folienpräsentation zu den Ergebnissen Geplante Vorgehensweise des Workshops Impulsreferat zum Aufzeigen einiger Dimensionen einer IPv6 Einführungen (ca. 20 min) Das Henne Ei Problem Straight-forward Methode zur IPv6 Einführung Dual-Stack Komplexität der IPv6 Einführung Aufzeigen einiger Möglichkeiten für neue, IPv6- basierte Internet Dienste Allgemeine Diskussion und interaktives Bearbeiten der BMWi Fragestellungen (ca min) Zusammenfassen der Ergebnisse (oder auch offenen Punkte) in einer Kurzpräsentation (ca min) Dieses Impulsreferat wird als Einstieg in die Diskussion nur einige Facetten im sehr umfangreichen Themenfeld IPv6 Einführung aufzeigen und keine vollständige Beschreibung der Thematik bieten. Darüber hinaus reflektiert diese Präsentation ausschließlich die Überlegungen der T-Labs und des Referenten und ist demzufolge nicht als offizielle Position der Deutschen Telekom aufzufassen. Telekom Innovation Laboratories 2

3 Impulsreferat IPv6 Wie entwickeln sich die Netze weiter? Telekom Innovation Laboratories 3

4 Das Henne Ei Problem der IPv6 Einführung. Warum ist IPv6 noch nicht eingeführt? Wer sollte zuerst agieren? IPv6 - Wie entwickeln sich die Netze weiter? Hauptaugenmerk vorerst auf die Phase der Einführung von IPv6 Da man von einem gesamten Migrationszeitraum von 10+X Jahren ausgehen kann, wird sich während dieses Zeitraumes hauptsächlich der Anteil von IPv4 bzw. IPv6 am Gesamt-IP-Verkehr ändern. Das wird natürlich auch Auswirkungen auf die in den Netzen eingesetzten Technologien, sowie auf Dienste und Applikationen haben. Neue Dienste werden aber auch schon mit IPv6 Einführung möglich und Einflüsse / Auswirkungen von IPv6 werden auch schon während der Einführungsperiode deutlich. Telco / ISP HW Lieferant Endkunde Inhalteanbieter Telekom Innovation Laboratories 4

5 Der Straight-Forward Ansatz zur IPv6 Einführung Dual-Stack. Dual-Stack bedeutet, dass alle Netzelemente sowohl IPv4 wie auch IPv6 unterstützen. IPv6 (im Rahmen von Dual-Stack) im Heimnetzwerk bedeutet u.a.: IPv4 wie auch mehrere IPv6 Adressen auf IPv6-fähigen Geräten / Netzelementen Weiterhin existieren aber auch noch viele IPv4-only Systeme, die in die Kommunikation einbezogen werden müssen. Kein NAT für IPv6 auf dem HG. => IPv6 FW erforderlich *) *) Siehe auch Abkürzungsverzeichnis auf Seite 25. Applikation muss entscheiden, welches Protokoll verwendet wird => Möglichkeiten für Kommunikationsfehler Einfache NAT-freie Ende-zu-Ende Kommunikation möglich Einfaches Plug&Play per SLAAC für beliebige Endgeräte U.v.m. Telekom Innovation Laboratories 5

6 Der Straight-Forward Ansatz zur IPv6 Einführung Dual-Stack. Dual-Stack bedeutet, dass alle Netzelemente sowohl IPv4 wie auch IPv6 unterstützen. IPv6 (im Rahmen von Dual-Stack) im Enterprise Netzwerk bedeutet u.a.: Erarbeiten einer Migrationsstrategie erforderlich Schulung der IT und ggf. Bereitstellen zusätzlicher Mittel IPv6 auf vielen Netzelementen. = Höherer OPEX / Aufwand Nicht alle Anwendungen und System werden auf IPv6 umstellbar sein. IPv4-only in bestimmten Diensten / Anw. Neue / erweiterte Firewall Regeln und Security Challenges Beliebig viele Adressen für durchgängige NAT-freie Adressierung über viele Standorte hinweg U.U vereinfachte Konfiguration von Netzelementen und Betrieb bestimmter (mobiler) Dienste Telekom Innovation Laboratories 6

7 Der Straight-Forward Ansatz zur IPv6 Einführung Dual-Stack. Dual-Stack bedeutet, dass alle Netzelemente sowohl IPv4 wie auch IPv6 unterstützen. IPv6 (im Rahmen von Dual-Stack) im Telco / Service Provider Netzwerk bedeutet u.a.: Detaillierte Strategie, sowie Migrations- und Kostenkonzept (Core -> Services -> Access [fest, mobil] -> Kunde) IPv6-Fähigkeit aller Customer-facing Systeme Nahezu doppelter Netzbetriebsaufwand (Provisionierung ) Einführung neuer Dienste aber auch IPv6-fähiger Geräte Aufwändige Tests zur Betriebseinführung Alte IPv4 Legacy Dienste müssen auch weiterhin in gleicher Qualität unterstützt und angeboten werden Vereinfachung / Möglichkeiten für zukünftige Dienste Vorlaufinvestitionen (IPv6 als Zukunftssicherung) Telekom Innovation Laboratories 7

8 Der Straight-Forward Ansatz zur IPv6 Einführung Dual-Stack. Dual-Stack bedeutet, dass alle Netzelemente sowohl IPv4 wie auch IPv6 unterstützen. IPv6 im Internet bedeutet u.a.: Zweite Adressfamilie im Internet und auf den entsprechenden Netzsystemen. Neue Dienste werden möglich. Nahezu beliebig viele Endpunkte / Netze Moderates Anwachsen der Internet Routingtabellen (IPv6 Adressaggregation.) => Zukunftssicherheit Nicht notwendigerweise symmetrische Wegeführung für IPv4 und IPv6 (manche Domains sind IPv4-only und manche schon IPv6-only) Wachsende Zunahme der IPv6 Vermaschung Long-tail bzgl. des IPv4 Phase-Out Telekom Innovation Laboratories 8

9 Der Straight-Forward Ansatz zur IPv6 Einführung Dual-Stack. Dual-Stack bedeutet, dass alle Netzelemente sowohl IPv4 wie auch IPv6 unterstützen. IPv6 (im Rahmen von Dual-Stack) im Cloud / DC / Content Provider / OTT Netzwerk bedeutet u.a.: Customer-facing Systeme müssen IPv6 und IPv4 unterstützen Aufrüsten der Sicherheits- und Netzwerksystem (FW, Load Balancer, Proxies, etc.) Content kann vorerst partiell auf IPv4 verbleiben. (Proxies) Direkte Ende-zu-Ende Erreichbarkeit durch IPv6 vereinfacht u.u. die Geschäftsideen der OTTs => Neue Dienste und Anwendungen U.v.m. Telekom Innovation Laboratories 9

10 Zunehmende Komplexität durch eine IPv6 Einführung Die Herausforderung. IPv6 im Netzwerk Die Unterstützung einer 2. IP Adressfamilie erzeugt neben zusätzlichen Kosten auch zusätzliche Komplexität in den Netzen. (Sicherheit, Betrieb, Wartung, Training/Schulung, Zusatzequipment etc.) Die Einführung von IPv6 durch Dual-Stack spart noch keine einzige IPv4 Adresse, solange nicht alle Dienste und Inhalte auch via IPv6 erreichbar sind! => Weitere Komplexität durch zusätzliche Mechanismen zur Vermeidung der IPv4 Adressraumerschöpfung! Erst mit dem Betrieb von IPv6-only Netzen ist mit einer Reduzierung der Kosten und Komplexität zu rechnen. Telekom Innovation Laboratories 10

11 Neue Internet Dienste basierend auf IPv6 Die Chancen. Weiterentwicklung des Internet IPv6 als Konvergenzschicht Maschine-zu-Maschine Kommunikation (Bsp. Intelligente Transport Systeme) Smart Grids und Smart Metering Internet der Dinge und Smart Objects Augmented Reality Vielfältige operative Vorteile und OPEX Einsparung und vieles mehr. Telekom Innovation Laboratories 11

12 Neue IPv6 Dienste... Überleben des Internets Gibt es eine IPv6 Killer Applikation? Building Automation Phones Personal Sensors Internet of Things Trillion Nodes Fringe Internet Billion Nodes Core Internet Million Nodes Transport Smart Metering Industrial automation Logistics Welches ist die IPv6 Killer Applikation? Häufig gestellte Frage, jedoch Falsche Frage Es darf nicht heißen Was kann IPv6 besser als IPv4 sondern: Kann das Internet, wie wir es kennen, auf der Basis von IPv4 weiter existieren und wachsen? Nutzer und Dienste benötigen die originale Ende-zu-Ende Kommunikation! Voice / Video Chat, Bittorrent, Smart Metering,... Alle Teilnehmer müssen über eine öffentliche (globale) IP Adresse erreicht werden. => Die Killer Applikation für IPv6 ist das Fortbestehen und die Weiterentwicklung des Internets an sich! Telekom Innovation Laboratories 12

13 IPv6 als Konvergenzschicht des Internet IPv6 ist nicht nur ein OSI Layer-3 Protokoll zur E2E Kommunikation. IPv6 ist unabhängig vom Übertragungsmedium. IPv6 bietet Auto-configuration und Identifikation. (IID). Inhärente Sicherheit und Erweiterbarkeit Mobilitätsunterstützung IPv6 kann sowohl zwischen unterschiedlichen Technologien, als auch zwischen verschiedenen Organisationen als Konvergenzschicht agieren. Bsp.: Homeland Security, (Bundesbehördennetz) IPv6 Overlay-Netzwerk zwischen abgeschlossenen VPNs => IPv6 entwickelt sich vom Verbindungs- und Netzwerkprotokoll zu einem Interface-Modell und zu einer Konvergenzschicht. Smart Grid Communication Suite Source: Cisco, P. IPv6 World Congress 2011 Source: IPv6 World Congress 2011 IPv6 als Konvergenzschicht - Klebestelle der zukünftigen vernetzten Welt und Basis neuer IP Dienste Telekom Innovation Laboratories 13

14 Mobile Netze und Car-2-Car Kommunikation. Beispiel: Intelligente Transport Systeme (ITS). Suchbild: Wo ist der Unterschied? Wie kann IPv6 helfen, die heutigen Einschränkungen des Straßenverkehrs zu entschärfen? Telekom Innovation Laboratories 14

15 Mobile Netze und Car-2-Car Kommunikation. Beispiel: Intelligente Transport Systeme (ITS). Die Zahl der zugelassenen Autos weltweit wächst unaufhörlich. 1997: 600 Millionen => 2030: 1200 Millionen Ein Auto benötigt heute mehrere IP Adressen. On-board Units für den Internet Zugang (3G, p..) Spezialsysteme für ITS Applikationen (Verkehrssteuerung) Hand-held Geräte mit Multimedia Applikationen Gateway zwischen IP und Car Area Netz (CAN), Aktuelle ITS Standards berücksichtigen ausschließlich IPv6. ( ITS Station Reference Architecture (ETSI ISO), IEEE P1609) Car-2-Car Sicherheitskommunikation ist nicht IP-basiert. Single hop: Car-2-Car Multi hop: GeoNetworking Die gesamte andere Kommunikation ist IPv6-basiert. Verkehrsfluss-Kontrolle, Infotainment, Sicherheit IPv6 und die zugehörigen Mobilitätserweiterungen umfassen Statusfreie Auto-configuration Unterstützung von Netzwerkmobilität (NEMO) Source: IPv6 World Congress 2011 Telekom Innovation Laboratories 15

16 IPv6 als Enabler des Internet der Dinge (IoT) und der Smart Objects. Old world Was verstehen wir unter dem Internet der Dinge (Internet of Things - IOT)? Über welche Things sprechen wir überhaupt? Wodurch wird IOT überhaupt ermöglicht? M2M - > Kurzfristig umsetzbare Technologien IoT -> Mittel- bis Langzeit Lösungen (Smart Objects ~ IoT) Internet of Things bedeutet: Ein globales Netzwerk von verbundenen (elektronischen, elektrischen und nicht elektrischen) Objekten/Geräten, die eindeutig adressierbar sind und nahtlos miteinander kommunizieren, basierend auf standardisierten Protokollen. 20 Mrd. (und mehr) verbundene Systeme / Geräte RFID Tags, Sensoren, Aktoren, Mobile Phones - Nur als Bsp.! Unterschiede bzgl. L2 Netzwerken, Protokollen, Frequenzen Hauptsächlich low cost devices Adressierbarkeit, Auto-configuration Drahtlose Kommunikationstechnologien Verbesserungen in den Basis Technologien (Energieverbrauch, Miniaturisierung, Speicher, Funktionalitäten,...) Neue Kommunikationsprotokolle (6lowpan) und Adressierungsmöglichkeiten (IPv6) Cellular (GSM, HSPA, LTE(A), WiMax,...) Short range ( WiFi, Zigbee, Bluetooth, ) Conventional cellular bands Digital Dividend spectrum Shared bands Emerging techniques (e.g. White Space ) Other systems ( e.g. Tetra & derivatives) Telekom Innovation Laboratories 16

17 IPv6 als Enabler des Internet der Dinge und der Smart Objects. Communication Kommunikationsanforderungen requirements of von Smart Smart Objects Objects Unzählige, global eindeutige Adressen zur Adressierung Systeme müssen sich nach Hause verbinden können Leichte, standardisierte Protokolle Zustandsfreie Auto-configuration und Kommunikation Keine zusätzlichen Gateways und/oder Übersetzer Sichere Interoperation (Internet und Devices) Inhärente The benefits Vorteile of IPv6 von IPv6 2^128 mögliche Adressen Keine NATs definiert / erforderlich Akzeptiertes Layer 3 IETF Protokoll 6lowpan unterstützt SLAAC + ND Inhärente IPSec Unterstützung IPv6 und 6lowpan zusammen mit RPL bilden die technischen Bausteine zum Ermöglichen der Kommunikation mit bzw. zwischen Dingen und/oder Smart Objects. Telekom Innovation Laboratories 17

18 Fragestellungen der Workshop Arbeitsgruppe 1. Telekom Innovation Laboratories 18

19 Einige Fragestellungen des BMWi, die im Rahmen des Workshops zur Diskussion stehen. Generelle Fragen zur IPv6 Einführung 1. Welche Motivationen gibt es für den Umstieg auf IPv6? 2. Welcher Nutzen entsteht durch die rechtzeitige Einführung von IPv6? 3. Was geschieht, wenn nicht oder später auf IPv6 umgestellt wird? Netzwerk und Technik-bezogene Fragestellungen im IPv6 Kontext 1. Wie sieht eine mögliche Vorgehensweise zur Einführung von IPv6 aus? in Produkten, die über IP-basierte Netze kommunizieren? in Firmennetzwerken? 2. Welche Beispiele gibt es für die Einführung von IPv6? 3. Welche Faktoren treiben oder hemmen den Übergang zu IPv6? 4. Wie ist der Status der Einführung von IPv6 in Deutschland und im Vergleich dazu in Europa? Telekom Innovation Laboratories 19

20 Zusätzliche Fragestellungen mit Bezug zur IPv6 Einführung. Weitere Fragen zur Diskussion 1. Wer sollte der aktivste Part bei der IPv6 Migration sein? (Service Provider, Content Anbieter, Hard- und Software Hersteller, ) 2. Hat sich Ihrer Erfahrung nach das Henne Ei Problem der IPv6 Einführung aufgelöst? 3. Ist der richtige Zeitpunkt zur IPv6 Einführung bereits gekommen / verstrichen? 4. Was ist / könnte der Trigger für Ihre IPv6 Migration (sein)? 5. Sind die technischen Randbedingungen einer IPv6 Migration in Ihre Netzwerke bereits gegeben? (Ja / Nein/ Was fehlt?) 6. Wo erwarten Sie die größten Probleme / größten Vorteile bei einer Einführung von IPv6 in Ihre Netzwerke? (SW, HW, Prozesse, Sicherheit, ) 7. Sehen Sie Möglichkeiten die IPv6 Einführung für (einige der) Stakeholder zu stimulieren? (Z.B. aus Richtung Politik oder über RfP/RfI Prozesse etc.) 8. Wer trägt die Hauptkosten einer IPv6 Einführung? (Netz, Dienst, Applikation, Kunde?) Telekom Innovation Laboratories 20

21 Kontakt. Olaf Bonneß Telekom Innovation Laboratories Winterfeldtstraße 21-27, Berlin Phone: Telekom Innovation Laboratories 21

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Telekom Innovation Laboratories 22

23 Backup. Telekom Innovation Laboratories 23

24 Besides that IPv6 provides a broad range of operative advantages that reduce the OPEX costs of network operation. IPv6 Addresses Flow Label Auto-configuration Mobility Optimizations Enough Addresses. Clear Address Hierarchy. Several address scopes. (Global, Link and site scope). No need to NAT anymore. => No need for STUN, TURN and ICE. Customer end systems are direct address- and manageable. Easier failure tracking and simpler implementation of new E2E services. New Mechanism for additional QoS support. (Flow Label) ECMP load balancing without DPI up to Layer 4 port level. Signaling of application flows to the network. End systems / small objects can auto-configure w/o operator support. SLAAC does not need special devices (like DHCPv6 servers). Easy to change point of attachment to the net. Simpler network structure for public networks (e.g. WLAN access). IPv6 mobility enhancements: Safe network resources. Optimize transport of delay sensitive data. Do not need additional devices in the visited network. Telekom Innovation Laboratories 24

25 Oft verwendete Abkürzungen. 3G - 3rd Generation (of wireless communication) 6PE IPv6 Provider Edge 6lowpan IPv6 on Low power Wireless Personal Area Networks API Application Programming Interface APP Application AU Application Unit BNG Broadband Network Gateway CAN Car Area Network DAD Duplicate Address Detection DHCP Dynamic Host Configuration Protocol DPI Deep Packet Inspection DSL Digital Subscriber Line E2E End-to-End ECMP Equal Cost Multi-Path ETSI - European Telecommunications Standards Institute EUI Extended Unique Identifier FAN Field Area Network FW - Firewall GUA Global Unique Address GPRS Generalized Packet Radio System HG Home Gateway HSPA High Speed Packet Access HTTP Hypertext Transfer Protocol IANA Internet Assigned Number Authority ICE - Interactive Connectivity Establishment IETF Internet Engineering Task Force IID Interface Identifier IoT Internet of Things IP Internet Protocol IPv4 Internet Protocol Version 4 IPv6 Internet Protocol Version 6 IPSec - Internet Protocol Security Protocol ITS Intelligent Transport System LAN Local Area Network LTE Long Term Evolution M2M Machine-to-Machine MAC Media Access Control MARQOS Mobility Management, Authentication, QoS and Security Mext Mobility Extensions MUCC Multi Utility Communication Controller NAN Neighborship Area Network NAT Network Address Translation ND Neighbor Discovery Nemo Network Mobility (Protocol) NIC Network Interface Card (Identifier) OBU On-board Unit OPEX Operational Expenses OS/2 Operating System 2 OTT Over the top provider PKI Public Key Infrastructure PLC Power line Communication PPP Point-to-Point Protocol QoS Quality of Service QoE Quality of Experience RA Router Advertisement REST - Representational State Transfer RF(ID) Radio Frequency (Identification) RPL -- Routing Protocol for Low power and Lossy Networks RS Route Solicitation RSU Road Station Unit SEND Secure Neighbor Discovery SIB Seamless Integration of Broadcast SLAAC Stateless Address Auto-Configuration SPI Security Parameters Index ST2 Stream Protocol 2 STUN - Session Traversal Utilities for NAT TCP Transport Control Protocol TURN - Traversal Using Relay NAT UDP User Datagram Protocol ULA Unique Local Address UPnP Universal Plug & Play USP Ubiquity and Seamless Pervasiveness V2V Vehicle-to-Vehicle VID Virtual Identity VoIP Voice over IP VPN Virtual Private Network WLAN Wireless Access Network Telekom Innovation Laboratories 25

26 Allgemeine Quellenangaben. 1.) S. Rhaza et al., SICS Technical Report, Securing Internet of Things with Lightweight IPsec, February 2011, ISSN ) D. Yazar et al., SICS Demo Abstract, Demo Abstract: Augmenting Reality with IP-based Sensor Networks, April 2010, ACM /10/04 3.) T. Ernst, INRIA, Automotive Industry: Why the ITS Businesses Need to Care about IPv6?, February 2011, IPv6 World Congress Paris ) K. el Maki, Ericsson, Creating Enhanced IPv6 Services, March 2005, Gulf IPv6 Summit 5.) ETSI TR , Machine-to-Machine communications (M2M); Smart Metering Use Cases, May ) L. Tautain, Telecom Bretagne, ETSI M2M architecture, February 2011, IPv6 World Congress Paris ) A. Liakopoulos, Greek Research and Technology Network, A Future Internet Architecture: Challenges & Solutions, February 2011, IPv6 World Congress Paris ) B. Aboussouan et al., IPSO Alliance, Introduction to IP in Commercial Buildings, September ) G. Mulligan, IPSO Alliance, Using Embedded IP to Connect to the Smart Grid, ESC Chicago 10.) A. Cárdenas, Fujitsu, The IPSO Alliance: IP for Smart Objects, Internet of Things 2010 Conference, November 2010, Japan 11.) K. Stammberger et al., IPSO Alliance White Paper, Introduction to Security for Smart Object Networks, February ) A. Dunkels et al., IPSO Alliance White Paper, IP for Smart Objects, July ) B. Tourancheau, INRIA, IPv6 for Sensors and Actuators in Buildings, February 2011, IPv6 World Congress Paris ) ITU Internet Report, The Internet of Things, ) C. Sellers, IPv6 Embedded Systems and 6LoWPAN Sensor Networks, May 2010, Rocky Mountain IPv6 Task Force Conference ) P. L. Russel, InterDigital, Addressing Unique M2M Challenges with Converged Gateways, October 2010, ETSI TC M2M Workshop 2010, Sophia Antipolis 17.) Y. Rich, Qinetiq, Why the Smart Grid needs IPv6?, May 2010, Rocky Mountain IPv6 Task Force Conference ) M. Ersue et al., NSN Position Paper, Interconnecting Smart Objects with the Internet, February 2010, IETF Workshop on IoT 19.) P. Grossetete, Cisco, IPv6 and the Smart Grid, February 2011, IPv6 World Congress Paris ) J. Islam, Vidder, Software based IPv6, May ) D. Egan et al., Zigbee Alliance, Extending the Internet into The Smart Energy Home Area Network, September 2010, Reed Messe Wien 2010 Telekom Innovation Laboratories 26