Migration to IPv6. Seminar Internet Economics. Silvan Hollenstein Andreas Drifte Roger Grütter

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1 Seminar Internet Economics Silvan Hollenstein Andreas Drifte Roger Grütter Institut für Informatik, Universität Zürich, 3. Februar 2005

2 Inhalt IPv4 IPv6 Migrationstechniken Kosten Existierende IPv6-Netze

3 Das IPv4-Adressformat 32 Bit Binärzahl Aufgeteilt in 4 mal 8 Bits Mia. Adressen

4 Das IPv4-Adressformat Adressklassen Hierarchisch gegliedert: Präfix / Suffix 5 Klassen

5 Das IPv4-Adressformat Klassenlose Adressierung Classless Inter-Domain Routing (CIDR) Adressknappheit zeichnete sich ab Aufteilung Präfix / Suffix an beliebiger Stelle Beispiel: IP-Adresse 10 : /23 IP-Adresse 2 : Maske 2 : Maske 10 :

6 Das IPv4-Adressformat Vorteil von CIDR Vorhandene Adressen können besser verteilt werden Beispiel: Unternehmung benötigt IP-Adressen / = bis = = 4096

7 Der IPv4-Header Type of Service : Angabe zur Routenwahl Identification: Fragmente desselben Pakets haben gleiche Nummer Flags: zeigt an, ob Paket fragmentiert ist Fragment Offset: Nummerierung der Fragmente Protocol: Datentyp, z.b. TCP oder UDP Options / Padding: sind optional, Padding zum Auffüllen auf 32 Bit

8 Network Address Translation Bestimmte Adressbereiche für private Nutzung reserviert: 10/ / /16 Werden nie im Internet geroutet Router übersetzt Adressen Router verwendet seine eigene öffentliche IP-Adresse

9 NAT (2) NAT funktioniert nur auf Transportschicht (TCP/UDP) Mehrere Hosts teilen 1 IP-Adresse Höhere Sicherheit, interne Adressen sind versteckt

10 Gehen uns die IPv4- Adressen aus? Verschiedene Prognosen: von 4 Milliarden Adressen bisher vergeben Neue Anwendungsgebiete benötigen viele weitere Adressen Adressen auch für Routing und Adressierung gebraucht 240 Millionen Geräte tatsächlich Benutzbar Adressknappheit scheint durch NAT (Network Address Translation) gelöst zu sein

11 Probleme mit NAT Verhindert End-zu-End Konnektivität (Ursprüngliche Idee des Internets) Aufbau von Verbindungen nur von innen möglich NAT-Gateways sind Single Points of Failure, Bottlenecks Keine End-zu-End Sicherheit Viele Applikationen sind nur noch über Umwege nutzbar

12 Überblick IPv6 Vergrösserung des Adressraumes (128 Bit Adressen) Kleinere Routing-Tabellen Einführung von Erweiterungsheader Vereinfachung der Header Quality of Service Funktionen Verschlüsselung und Authentifizierung Automatische Konfiguration Schrittweise ins Internet einführbar

13 IPv4- vs. IPv6-Header Legende: Identische Felder in IPv4 u. IPv6 Kommt in IPv6 nicht vor Neues Feld in IPv6 Name und Position geändert

14 Der IPv6-Basis-Header Version: Traffic Class: Flow Label: Internet Protokoll Versionsnummer Feld zur Beschreibung der Priorität Identifikationsnummer, Kennzeichnung von Paketen für besondere Behandlung Payload Length: Grösse des Pakets nach dem IPv6-Header Next Header: Hop Limit: Source/ Dest. Address: Typ des nächsten Erweiterungsheader max. Anzahl von Vermittlungsrechnern Quell- bzw. Zieladresse

15 Prinzip der Erweiterungsheader Basis Header Erweiterungsheader (optional) Erweiterungsheader (optional) Nutzdaten

16 Erweiterungsheader Hop-by-Hop Options Header Auswertung bei jedem Knoten Destination Options Header Für mobile Geräte Heimadresse Routing Header Knoten über die Paket transportiert werden soll Fragmentation Header Informationen zur Fragmentation Authentification Header Methode der Authentifizierung Encapsulation Security Payload Header Verschlüsselungsmethode Destination Options Header Für mobile Geräte Heimadresse

17 Adressen - Adresstypen Unicast: Adressierung eines Interface mehrere Adressen pro Netzwerkknoten Weltweite Gültigkeit Multicast Adressierung von einer Gruppe von Interfaces Paket an alle Mitglieder der Multicast- Adresse Nie Source Adresse eines Pakets Anycast Adressierung von einer Gruppe von Interfaces Genau ein Knoten einer Gruppe wird erreicht Nie Source Adresse eines Pakets Multicast Anycast Unicast Unicast Unicast Multicast Unicast Anycast Multicast Anycast

18 Adressen - Adressaufbau Adressraum von IPv6: = 3.4 * = 340 Sextillionen Adressen Darstellung als Hexadezimalzahlen (Gruppen von 2 Bytes getrennt durch Doppelpunkt) 1080:AF4C:0000:0000:0000:0060:200C:417A Führende Nullen dürfen Weggelassen werden 1080:AF4C: 0: 0: 0: 60:200C:417A Adressteile aus nur Nullen werden durch aufeinander folgende Doppelpunkte repräsentiert 1080:AF4C: :60:200C:417A Nur einmal aufeinander folgende Doppelpunkte zugelassen 1080:0000:0000:AF4C:0000:60:200C:417A 1080: :AF4C:0000:60:200C:417A Sonderfälle Loopback-Adresse - 0:0:0:0:0:0:0:1 bzw. ::1 Unbestimmte Adresse - 0:0:0:0:0:0:0:0 bzw. ::

19 Adressen - Adressmodel Mehrere Adressen pro Interface möglich Adressen haben einen Gültigkeitsbereich Adressen haben eine begrenzte Lebensdauer Verbindungslokale Adressen (link local) Beginnen mit FE80-FEBF: Ortslokale Adresse (site local) Beginnen mit FEC0-FEFF: Globale Adressen: Beginnen mit F:

20 Routing Format Präfix Dient zur Strukturierung der Adressen Top-Level Aggregation Identifier Nat. od. int. Provider der obersten Hierarchiestufe Reserviert Vergrösserung der TLA-ID od. NLA-ID Next-Level Aggregation Identifier Kennzeichnung eines regionalen Netzes oder Teilnetz eines grossen Providers Site-Level Aggregation Identifier Gehört privatem Netzbetreiber. Z.B. Firmennetzwerk od. Netzwerk einer Hochschule Interface Identifier Kennzeichnung der Schnittstelle eines Netzwerkknotens

21 Automatische Konfiguration Zustandsbehaftet Basiert auf DHCPv6, ähnlich zu DHCPv4 Zustandslos 1. Bildung einer link-local Adresse aus der MAC-Adresse der Hardware und dem Präfix FE80-FEBF 2. Durchführen der Duplicate Address Detection 1. Nicht Erfolgreich manuelle Konfiguration 2. Erfolgreich Kommunikation im selben Subnetz 3. Router suchen 1. Router Solicitations (aktiv) 2. Router Advertisements (passiv) 3. Falls erfolglos, suche eines DHCP-Servers 4. Bildung einer global gültigen Adresse

22 Migration IPv4 zu IPv6 Probleme: Gravierende Änderungen am Internet notwendig ohne ein Zusammenbruch des Netzwerkes zu verursachen Ad-Hoc Umstieg durch Grösse des Internets nicht realisierbar Lösung: Sanfte Migration von IPv4 zu IPv6

23 Migration von IPv4 zu IPv6 Sanfte Migration Koexistenz zwischen IPv4 und IPv6 IPv6 aufgerüstete Rechner und Router bleiben weiterhin unter einer IPv4 Adresse erreichbar. Systeme die IPv6 unterstützen müssen auch IPv4 unterstützen. (Rechner und Router haben Dual-Stack) Hohe Kosten

24 Migrationstechniken Verschiedene Techniken: IPv4 kompatible IPv6-Adressen Dual Stack Konfiguriertes Tunneln von IPv6 über IPv4 Automatisches Tunneln von IPv6 über IPv4 Es müssen nicht alle Techniken implementiert werden Es können weitere Techniken hinzukommen

25 IPv6-Adresstypen IPv4-kompatible IPv6-Adressen. 96-Bit Prefix: 0:0:0:0:0:0 IPv4-Adressen in den folgenden 32-Bit Wird für das automatische Tunneln benutzt Native IPv6-Adressen Alle IPv6-Adressen, deren Prefix nicht 0:0:0:0:0:0 ist

26 Dual Stack IPv6-Knoten ist zu IPv4-kompatibel, wenn er IPv4-Knoten vollständig implementiert hat IPv4/IPv6-Knoten können IPv4-Pakte senden und empfangen (direkte Kommunikation mit IPv4- Knoten) IPv4/IPv6-Knoten unterstützt Tunneling Nicht Konfiguriertes Tunneling Automatisches Tunneling

27 Tunneln IPv6-over-IPv4-Tunneling Notwendig, wenn keine direkte IPv6 Verbindung besteht IPv6-Pakete werden in IPv4-Pakete verpackt Diese werden durch IPv4-Infrastruktur geroutet IPv4-Netz ist für IPv6-Knoten transparent Vorteil: Netzknoten zwischen den IPv6-Knoten müssen IPv6 nicht verstehen

28 (a) Ein Paket mit einer IPv6 Zieladresse erreicht Router A (b) Dual Stack Router (automatisch oder konfiguriert) (c) In IPv4 gekapseltes IPv6-Paket (d) Das IPv4-Netz routet das Paket mit der Zieladresse zum Router B als wäre es ein IPv4 Paket (e) Router B erkennt, dass ein IPv6-Paket enthalten ist (f) Router B schickt das IPv6-Paket an sein Ziel

29 Tunneln Datenpaket im IPv6-Netz Bei Umwandlung in ein IPv4-komformes Paket kommt der IPv4-Header hinzu (20 Bytes) Führt bei Überschreitung der MTU zur Fragmentierung Leistungseinbussen bei der Datenübertragung Hop-Limit IPv6-over-IPv4 Tunnel werden wie ein einzelner Knoten behandelt Hop-Limit wird nur um eins dekrementiert (IPv4-Netz ist für IPv6 wie ein einzelner Router)

30 Tunneln Konfiguriertes Tunneling IPv4-Tunnelendpunkt-Adresse wird durch den verpackenden Tunnelendpunkt bestimmt Tunnelendpunktadresse ist Zieladresse das IPv4- Paktes Automatisches Tunneling IPv4-Tunnelendpunkt wird durch die in die IPv6- Adresse eingebettete IPv4-Adresse bestimmt IPv6-Adresse ist IPv4-kompatibel

31 Tunneln

32 Tunneln IPv4-ICMP-Nachrichten Werden an verpackenden Endpunkt gesendet Dieser sendet bei Bedarf eine IPv6-ICMP- Nachricht an den Absender des IPv6-Paktes

33 Zukunft von IPv6 Kernprotokoll für alle Netze der Zukunft stärker auf Mobilität ausgerichtet Protokoll ist inzwischen ausgereift EU sieht Entwicklung von IPv6 als Staatsziel Asien wird Vorreiter sein (Adressmangel)

34 Zukunft Implementierung von IPv6 schon vorhanden (Windows XP, Unix, Linux ) Internet vorwiegend IPv4-Dominant Wichtigste Komponenten müssen noch umgerüstet werden (z.b. DNS-Server, Router) Dual-Stack-Mechanismus automatisiert die Kommunikation mit neuen IPv6- und alten IPv4-Hosts Wenn IPv6 wie vorgeschrieben implementiert wird, sind keine Probleme zu erwarten

35 Kosten der Migration Evtl. Umstellung der Hosts auf Dual-Stack Upgrade der Router und deren Konfiguration Andere Firewall-Produkte Schulung der Administratoren Aber: Die meisten Hosts bereits IPv6-fähig Neuere Router unterstützen IPv6 Konfiguration kleiner Netze einfacher Heutiges NAT auch aufwändig im Betrieb

36 Kosten der Migration (2) Fazit: Zu Beginn hohe Umstellungskosten Hohe operationelle Kosten kurz- und mittelfristig Unternehmung will ROI

37 Existierende IPv6-Netze Dolphins Network Systems AG Internet Service Provider Eigener Backbone Gesamtes Netzwerk ist Dual- Stacked 2002: IPv6 TLA erhalten 2003: ADSL-Kunden können mit IPv6 ins Netz

38 Existierende IPv6-Netze SKY Perfect Communications Grösster Anbieter von Fernsehübertragungen und Kommunikation in Japan Vorwiegend Broadcast über Satelliten Einige Haushalte können keine Satelliten-Schüssel aufstellen Lösung: Fernsehsendung mit Multicast übers Internet senden Nur mit IPv6 möglich

39 Fragen?

40 Diskussion Ist ein neues Protokoll notwendig? Für neue Applikationen (z.b. Voice-over-IP) Rückkehr zur End-zu-End Konnektivität Braucht jedes Haushaltsgerät eine eigene IP Adresse?

41 Diskussion Sollte die Einführung von IPv6 stärker forciert werden? Falls ja von wem? Von Regierungen Unternehmen Standardisierungsorganisationen Weitere?

42 Diskussion Welche Voraussetzungen müssten erfüllt sein, damit sich ein Umstieg lohnt? Geschwindigkeit (zur Zeit problematisch) Erreichbarkeit Sicherheit Erweiterbarkeit Applikationen Kosten

43 Diskussion Die MAC-Adresse der Hardware steht in der IPv6-Adresse. Dadurch wird der Datenschutz verletzt.

44 Diskussion Treten mit der Verwendung von IPv6 neue Sicherheitsprobleme auf? Durch End-zu-End Konnektivität Durch parallelen Betrieb der beiden Protokolle Durch neu zu schreibende Software Finden Tauschbörsen durch IPv6 eine grössere Verbreitung?

45 Diskussion Wie viel wärt Ihr bereit für eine Umstellung auf IPv6 zu bezahlen? Neue Hardware Aufpreis durch Provider

46 Diskussion Wird Europa durch die starke Verbreitung von IPv6 in Asien zur Migration gezwungen?

47 Diskussion Welche Migrationsprobleme könnten auftreten?