2.2 Internet Protokolle

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1 2.2 Internet Protokolle IPv4, IPv6 IPv4 Header 20 bytes version header length time to live (TTL) identification type of service (TOS) protocol D M F F total length (in bytes) fragment offset header checksum source IP address destination IP address options (if any) PAD 2 1

2 IP-Header version (4 Bit) headerlength (4 Bit) gibt die Länge des Datagramm-Headers in 32 Bit- Wörtern an typischer Header, ohne Optionen und Füllzeichen umfasst 20 Oktette (header-feldlänge 5) TOS (typ of service) heute Servicetyp 0-2 Vorrang Bits (0-7 normal bis Netzwerk) 3-5 DTR (D=geringe Verzögerung, T=hoher Durchsatz, R=sichere Zustellung) mögliche Information für einen Router 3 identification, flags und fragment offset dienen der Steuerung der Fragmentierung identification enthält eindeutigen Integer- Wert, der für jedes Datagramm automatisch erzeugt wird Auswertung über Quelladresse und Integerwert fragment offset ist die 8byte Adressierung für die einzelnen Fragmente (Start bei 0) 4 2

3 identification, flags und fragment offset 3 Bit flags steuern die Fragmentierung Test für Fragmentgrößen, wenn man z.b. das erste Bit auf 1 setzt (do not fragment) niederwertigste Bit weist auf more fragments hin sobald das Ziel ein Fragment mit nicht gesetztem more fragments erhält, ist das das Ende des Pakets Durch Auswerten der Fragment-Offsets und der Gesamtlänge kann das Datagramm ermittelt werden 5 Time To Live prinzipiell Sekunden, heute eher Hops jeder Router zählt das TTL um 1 runter Router speichern häufig die Zeit des Eintreffens eines Paketes und würden das TTL bei mehreren Sekunden Aufenthalt auf dem Router (ist in der Praxis eher selten) herunterzählen Überlasteter Router Router verwirft bei TTL 0 das Datagramm 6 3

4 protocol, header checksum spezifiziert das Format des Daten-Bereichs, also welches Protokoll in der höheren Schicht genutzt wurde header checksum garantiert die Integrität des der Header-Werte Bildung der IP-Prüfsumme: Header als Gruppe von 16-Bit-Integerwerten 16 Bit-Einerkomplement der Summe der 16 Bit- Einerkomplemente aller 16 Bit-Worte des Headers gewöhnlich gleich 0 Nur der Header und nicht die Daten werden berücksichtigt 7 Options beim Header Source Routing Time Stamping Debugging, Statistik, Sicherheitsfunktionen Diagnosezwecke 8 4

5 IPv6 Carsten Köhn RFCs Hinden, R.; Deering, S.: IP Version 6 Addressing Architecture, Juli 1998, RFC 2373 Deering, S.: Hinden, R.: Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification, Dez. 1998, RFC 2460 Kent, S.; Atkinson, R.: IP Authentication Header, Nov. 1998, RFC 2402 Kent, S.; Atkinson, R.: IP Encapsulatin Security Payload (ESP), Nov. 1998, RFC 2406 Gilligan, R.; Nordmark, E.: Transition Mechanisms for IPv6 Hosts and Routers, Aug. 2000, RFC 2893 Hagino, J.; Yamamoto, K.: An IPv6-to-IPv4 Transport Relay Translator, Juni 2001, RFC

6 IPv4 Wiederholung Trotz der frühen Spezifikation hat sich IPv4 bis heute fast unverändert erhalten. IPv4 Protokoll war dabei stabil gegen neue Hardwaretechnologien heterogene Netzwerkstrukturen enorme Zuwachsraten und veränderte Anwendungen 11 Motivation für Änderungen Adresskrise 32-bit IP-Adressen wurden/werden knapp Besonderheiten neuer Anwendungen Audio- und Videoübertragungen benötigen ruckelfreie Übertragung Gleichzeitige Übertragungen an mehrere Empfänger Sicherheits-Funktionen Politische Gründe 12 6

7 IP The Next Generation IPng wurde Projektname für die Erneuerung des Internet Protokolls Titel von Raumschiff Enterprise geklaut Alternative Vorschläge unter IPng Heute ist die Versionsnummer üblich: IPv6 v5 belegt durch experimentelle ST Protokoll 13 Alte Merkmale von IPv4 in IPv6 Erhalten von IPv4 Merkmalen, z.b. Verbindungsloses Protokoll Unabhängige Übertragung von Datagrammen Hops-Beschränkung (TTL) 14 7

8 Neue Merkmale von IPv6 Adressgröße: 128 bit Erweitere Adressen Hierarchie Flexibles Header-Format Verbesserte Optionen Erweiterbares Protokoll Verbesserte Administrationsmöglichkeiten Konfiguration, Adress-Neuvergabe etc. 15 Adressmenge IPv6 verwendet 128-bit Adressen mögliche Adressen 3.4*10 38 Adressen 16 Oktetts Gesammelte Aussagen zur praktischen Adressanzahl 16 8

9 Adressmenge IPv6-Adressen reichen aus, um jeder Person auf der Erde ausreichend Adressen zu geben, um ein private Internet der jetzigen Größe zu betreiben auf jeden mm² Erdoberfläche Adressen zu betreiben für die nächsten 1020 Jahre, eine Milliarde Adressen/ms zu vergeben Wäre die ganze Erde, einschließlich der Meere mit Computern bedeckt würden 7x10 23 IP-Adressen pro Quadratmeter zur Verfügung stehen Theoretisch ist fast jedes Molekül der Erde adressierbar! 17 Adressschreibweise Schreibweise ein neues Problem: dotted-decimal: Colon hexadecimal: 68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:96A:FFFF 18 9

10 Adressschreibweise Abkürzende Schreibweise für 0en: wird zu: FF05:0:0:0:0:0:0:B3 FF05::B3 Pro Adresse nur einmal möglich! 19 Adressschreibweise Integration von IPv4-Adressen möglich: Abgekürzt: 0:0:0:0:0:0: ::

11 In der folgenden Tabelle ist die Reservierung des IPv6-Adressbereichs nach Formatpräfixen veranschaulicht. Reservierung Reserviert Der NSAP-Reservierung vorbehalten. Aggregierbare globale Unicastadressen Verknüpfungslokale Unicastadressen Standortlokale Unicastadressen Multicastadressen Formatpräfix Teil des Adressbereichs 1/256 1/128 1/8 1/1024 1/1024 1/256 Der Rest des IPv6-Adressbereichs wird nicht zugewiesen. Derzeit setzt sich die Reihe der Unicastadressen, die mit IPv6-Knoten verwendet werden können, aus aggregierbaren globalen Unicastadressen, verknüpfungslokalen Unicastadressen und standortlokalen Unicastadressen zusammen Diese repräsentieren nur 15 Prozent des gesamten IPv6-Adressbereichs. 21 Adressarten Unterteilung der IPv6-Adressen in 3 Arten: Unicast Eindeutige Adresse eines Interfaces (Computer) Anycast Adressen einer Gruppe von Interfaces, die das gleiche Präfix haben (d.h. alle befinden sich an einem Standort) Pakete werden zu einem Interface der Gruppe gesendet (kürzester Pfad) und dann von diesem Interface an die Gruppenmitglieder verteilt (geroutet) Multicast Adressen dieses Typs entsprechen mehreren Computern, die sich möglicherweise an unterschiedlichen Standorten befinden Wird ein Datagramm an diese Adresse gesendet, stellt IPv6 jedem Mitglied der Multicastgruppe eine Kopie des Datagramms zu 22 11

12 Unicast Adresse Eine Unicastadresse bezeichnet eine einzelne Schnittstelle innerhalb des Bereichs des Unicastadresstyps. Bei Verwendung einer geeigneten Unicast-Routingtopologie werden die an eine Unicastadresse gerichteten Pakete an eine einzelne Schnittstelle übertragen. Aggregierbare globale Unicastadressen Verknüpfungslokale Adressen Standortlokale Adressen Spezialadressen Kompatibilitätsadressen NSAP-Adressen 23 Aggregierbare globale Unicastadressen Kennzeichnung Formatpräfix (Format Prefix, FP) 001 gleichbedeutend mit öffentlichen Adressen in IPv4 Sie sind im IPv6-Internet global routfähig und erreichbar Aggregierbare globale Unicastadressen werden auch als globale Adressen bezeichnet. Können zusammengefasst werden Im Gegensatz zum heutigen IPv4-basierten Internet, das sich aus einer Kombination von flachen und hierarchischen Routen zusammensetzt, wurde das IPv6-basierte Internet von Grund auf so entworfen, dass hierarchische Adressen und Routen umfassend unterstützt werden 24 12

13 Kennfelder TLA-Kennung Das Feld TLA-Kennung gibt die TLA (Top Level Aggregation)- Kennung der Adresse an. Die Größe dieses Feldes beträgt 13 Bits. Der TLA-Abschnitt kennzeichnet die höchste Ebene in der Routinghierarchie. TLAs werden von IANA (Internet Assigned Numbers Authority) verwaltet und lokalen Internetregistrierungsstellen zugewiesen, die wiederum einzelne TLA-Kennungen an große, globale Internetdienstanbieter weitergeben. Ein Feld aus 13 Bits ermöglicht bis zu 8192 verschiedene TLA- Kennungen. Router der höchsten Ebene in der Routinghierarchie des IPv6-Internets (sie werden als standardlose Router bezeichnet) weisen keine Standardroute auf, sondern ausschließlich Routen mit 16-Bit-Präfixen, die den zugewiesenen TLAs entsprechen. 25 Kennfelder Res Das Feld Res ist für die zukünftige Verwendung im Hinblick auf die Erweiterung der TLA-Kennung oder der NLA-Kennung vorgesehen. Die Größe dieses Feldes umfasst 8 Bits. NLA-Kennung Das Feld NLA-Kennung gibt die NLA-Kennung (Next Level Aggregation) der Adresse an. Die NLA-Kennung wird zur Kennzeichnung eines bestimmten Kundenstandorts verwendet. Die Größe dieses Feldes beträgt 24 Bits. Die NLA-Kennung ermöglicht es einem Internetdienstanbieter, mehrere Ebenen in der Adresshierarchie zu erstellen, um Adressen und Routen zu strukturieren und Standorte zu kennzeichnen. Die Struktur des Netzwerks des Internetdienstanbieters ist für standardlose Router nicht erkennbar

14 Kennfelder SLA-Kennung Das Feld SLA-Kennung gibt die SLA (Site Level Aggregation)-Kennung für die Adresse an. Die SLA-Kennung wird von einer einzelnen Organisation zur Kennzeichnung von Subnetzen innerhalb des Standorts verwendet. Die Größe dieses Feldes beträgt 16 Bits. Die Organisation kann diese 16 Bits innerhalb des Standorts zum Erstellen von Subnetzen oder mehreren Ebenen in der Adresshierarchie sowie einer leistungsfähigen Routinginfrastruktur verwenden. Die Struktur des Netzwerks des Kunden ist für den Internetdienstanbieter nicht erkennbar. 27 Kennfelder Schnittstellenkennung Das Feld Schnittstellenkennung bezeichnet die Schnittstelle eines Knotens in einem bestimmten Subnetz. Die Größe dieses Feldes beträgt 64 Bits. Weitere Informationen RFC 2374, "An IPv6 Aggregatable Global Unicast Address Format"

15 Verknüpfungslokale Adressen Kennzeichnung durch das Formatpräfix gekennzeichnet Einsatz bei Knoten in der Kommunikation mit benachbarten Knoten in derselben Verknüpfung So werden in einem IPv6-Einzelverbindungsnetzwerk ohne Router verknüpfungslokale Adressen für die Kommunikation zwischen Hosts innerhalb der Verknüpfung verwendet. Verknüpfungslokale Adressen sind gleichbedeutend mit APIPA- Adressen (Automatic Private IP Addressing) in IPv4; sie verwenden das Präfix /16. Verknüpfungslokale Adressen beginnen immer mit FE80. Bei der 64-Bit-Schnittstellenkennung ist das Präfix für verknüpfungslokale Adressen immer FE80::/64. Ein IPv6-Router leitet verknüpfungslokalen Verkehr nicht hinter die Verknüpfung weiter. 29 Standortlokale Adresse Formatpräfix gleichbedeutend mit dem Bereich privater Adressen in IPv4 ( /8, /12 und /16) Router dürfen standortlokalen Datenverkehr nicht an Ziele außerhalb des Standorts weiterleiten. Im Gegensatz zu verknüpfungslokalen Adressen werden standortlokale Adressen nicht automatisch konfiguriert und müssen über Prozesse der statusfreien oder der statusbehafteten Adresskonfiguration zugewiesen werden. Die ersten 48 Bits sind immer für standordlokale Adressen beginnend mit FEC=::/48 festgelegt. Auf die 48 feststehenden Bits folgt eine 16-Bit-Subnetzkennung (das Feld Subnetzkennung), das 16 Bits bereitstellt, mit denen Sie Subnetze innerhalb der Organisation erstellen können. Bei 16 Bits können Sie bis zu Subnetze in einer flachen Subnetzstruktur erstellen oder die Bits mit der höchsten Priorität des Feldes Subnetzkennung zum Erstellen einer hierarchischen und aggregierbaren Routinginfrastruktur verwenden

16 Anycast-Adresse Anycast Adresse (früher Cluster-Adresse) dient zur Replikation von Diensten Soll ein Netzwerkdienst angeboten werden, können mehrere Rechner, die diesen Dienst anbieten zu einer Anycast-Gruppe zusammengefasst werden. Jetzt kann jeder Computer den Dienst bedienen oder an ein anderes Mitglied der Gruppe weiterleiten 31 Multicast-Adressen Multicast-Identifier Folge von 1en zur Identifikation von Multicast Flags Bit 1-3: Reserviert Bit 4: Dauerhafte (0) oder temporäre (1) Adresse Multicast Identifier Flags Scope Group ID 8 bits bits 32 16

17 Multicast-Adressen Scope Gibt den Gültigkeitsbereich an, z.b. Site-lokal, Organisations-lokal, Global Group-ID 112-bit Adressen einer Multicast-Gruppe 33 Broadcast unter IPv6 IPv6 kennt keine Broadcast-Adresse Broadcast kann jedoch durch ein entsprechendes Multicast simuliert werden 34 17

18 IPv6-Adressen Aus Tanenbaum, Computernetzwerke 35 Spezielle Adressen 0:0:0:0:0:0:0:0 Unspezifische Adresse Wird beim Booten ohne bekannte IP verwendet IP wird später z.b. über DHCP bezogen??? 0:0:0:0:0:0:0:1 Loopback-Adressen von IPv6 Merkregel 127 Nullen 1 Vgl. Loopback von IPv4:

19 Spezielle Adressen IPv4-compatible IPv6 Adressen Format: 96 Nullen, IPv4 Adresse Verwendet von IPv6 Host der auch mit IPv4 Hosts kommunizieren soll IPv4-mapped IPv6 Adressen Format: 80 Nullen, 16 Einsen, IPv4 Adresse IPv6 für einen IPv4 Host, der nicht auch IPv6 versteht 37 Datagrammformat in IPv6 optional Base Header Extension Header 1... Extension Header N Data Grundlage für zukünftige Erweiterungen des IPv

20 Base Header Version Priority Flow Label Payload Length Next Header Hop Limit Source Address Destination Address 40 Byte 39 Base Header IPv6 Header analog zu IPv4 Version (4 bit) Source Address, Destination Address (128 bit) Hop Limit (8 bit) Entspricht im wesentlichen IPv4 s TTL Priority Paketunterscheidung nach Flusssteuerung (Übertragung) 0-7 Übertragung kann sich bei Überlastung verlangsamen 8-15 ist Echtzeitverkehr (konstante Rate) 1 für Nachrichten, 4 FTP, 6 Telnet 40 20

21 Base Header Flow Label Experimentierphase, Quelle und Ziel können Pseudoverbindungen mit bestimmten Merkmalen aufbauen (z.b. spezielle Verzögerungsraten) Für Anwendung, die eine garantierte Dienstqualität voraussetzen Ziel: Auszeichnung eines bestimmten Netzwerkpfades durch das Flow Label Payload Length (16 bit) Länge des Datagramms (ohne Header) in Byte Keine Header-Länge nötig (immer 40 Byte) IP4 war das Total Length 41 Erweiterungs-Header Next Header (8 bit) Feld des Base Header Hier ist die Headervereinfachung zu IP4 Gibt an, ob welche Art von Erweiterungs- Header (derzeit gibt es sechs) bzw. welche Daten folgen Ist das der letzte Header steht hier welches Protokoll folgt (TCP, UDP) Hop Limit Entsprechung zum TTL aus IPv4 (Sekunden waren ja auch keine sinnvolle Einheit) 42 21

22 Erweiterungs-Header Base Header NEXT = TCP TCP Segment Base Header NEXT = ROUTE Route Header NEXT = TCP TCP Segment Base Header NEXT = ROUTE Route Header NEXT = AUTH AUTH Header NEXT = TCP TCP Segment 43 Erweiterungs-Header Längen von Erweiterungs-Header Header mit fester Länge, z.b. auch 40 Bytes Header mit variabler Länge Aufbau wie folgt: Next Header Header Len Daten des Erweiterungs-Headers 44 22

23 Erweiterungs-Header Hop-by-Hop Options Destination Options Routing Fragment Authentication Encapsulating Security Payload 45 Reihenfolge der Header Base Header Hop-by-Hop Options Header Destination Options Header Routing Header Fragment Header Authentication Header Encapsulating Security Payload Header Destination Options Header? Upper-Layer Header 46 23

24 Hop-by-Hop Options Header Enthält Informationen, die von jedem Knoten beachtet werden müssen Next Header Hdr Ext Len Optionen Jede Option hat das TLV-Format: Type Length Value 47 Destination Options Header Enthält Informationen, die, abhängig von der Position des Headers, von jedem Host beachtet werden, bzw. nur von Ziel-Host beachtet werden müssen Optionen sind im TLV-Format 48 24

25 Routing Header Der Routing Header ermöglicht die Vorgabe einer Route für ein Datagramm Routing Type 0 = loose source routing Segments Left Anzahl noch nicht besuchter Knoten Next Header Hdr Ext. Len Routing Type Segments Left type-specific data 49 Routing Header, Type = 0 Next Header Hdr Ext. Len 0h Segments Left Reserved Address (1)... Address (n) 50 25

26 IPv4 Fragmentierung Datagramm-Länge bestimmt durch MTU des angeschlossenen Netzwerkes Weitere Fragmentierung durch Router möglich Informationen zur Fragmentierung im Header 51 IPv6 Fragmentierung Keine Fragmentierung durch Router Datagramm-Länge kleiner oder gleich der Pfad-MTU Informationen zur Fragmentierung werden als Erweiterungs-Header übertragen End-To-End-Fragmentierung durch Sender Pfad-MTU-Discovery 1280 Bytes garantiertes Minimum nutzen 52 26

27 IPv6 Fragmentierung End-To-End-Fragmentierung Reduzierung des Aufwandes für Router Probleme bei Routenwechseln Zu große Datagramme können nicht übertragen werden Router senden spezielle ICMP Pakete an den Sender zurück Neue Path-MTU-Discovery nötig 53 IPv6 Fragmentierung Fragment Extension Header Felder im Prinzip analog zu IPv4 M RS More Fragments Reserved Next Header Reserved Frag. Offset M RS Datagram Identification 54 27

28 IPv6 Fragmentierung Nicht fragmentierbare Header Base Dest. Routing Fragment Auth. Security Dest. Fragment 1 Hopby-Hop Hopby-Hop Base Dest. Routing Fragment Fragment 2... Hopby-Hop Base Dest. Routing Fragment Fragment n 55 Sicherheits -Header Authentication Options Header Encapsulating Security Payload Header Ermöglichen auf der Basis von IPSec Authentifizierung Integrität Vertraulichkeit 56 28

29 Übergang von IPv4 zu IPv6 Langsamer Übergang von einer Version zur anderen Mechanismen für den Übergang müssen vollständig in IPv6 realisiert werden 57 Dual IP Layer Installation von IPv4 und IPv6 auf Hosts und Routern Verwendung von IPv6 (wenn möglich) IPv4-kompatible IPv6-Adressen Also ::IPv4-Adresse Alternativ unabhängig Adresse möglich 58 29

30 IPv6 over IPv4 Tunneling Verwendung von IPv4 Infrastruktur Kapselung des IPv6 Datagramms durch IPv4 Versendung des IPv4 Datagramms über IPv4 Anwendungsfälle: Router-To-Router Host-To-Router Host-To-Host Router-To-Host 59 IPv6 over IPv4 Tunneling Router-To-Router oder Host-To-Router IPv6 IPv6 IPv4 R IPv6 Tunnel- Endpunkt? Tunnel 60 30

31 IPv6 over IPv4 Tunneling Konfiguration des Tunnel-Endpunktes ist Aufgabe des Senders Spezielle Einträge in der lokalen Routing-Tabellen Alternativ: Aufbau eines Tunnels zum IPv6- Backbone wie IPv4 Anycast 61 IPv6 over IPv4 Tunneling IPv6 R R R IPv6 :: :: :: IPv4 IPv

32 Transport Relay Translator (TRT) Installation von IPv4 <-> IPv6 Übersetzern Adressierung dieser Übersetzer, um zu der jeweiligen anderen IP-Version zu wechseln 63 Verwenden von IPv6 heute Windows 2000: Test-Stack verfügbar Windows XP: Test-Stack integriert Progamm ausführen: ipv6 install Linux: Test-Stack verfügbar BSD-Varianten: Test-Stack verfügbar