IPv6 Refresher. Welt-IPv6 Tag: 8. Juni 2011

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1 Welt-IPv6 Tag: 8. Juni 2011 IPv6 Refresher Kurt Hauser Dozent für Kommunikationstechnik Institute of Embedded Systems InES Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 1

2 Inhalt Einleitung Wesentliche Aspekte von IPv6 Adressraum Flow Label zur Markierung von Datenströmen Ermittlung der Maximum Transmission Unit (MTU) Verbesserungen gegenüber IPv4 Verbesserung des Protokollheaders Verbessertes Routing Adressierung Adressstruktur von IPv6 IPv4 Adressen die unter IPv6 benötigt sind Hosts mit hybrider IPv6/IPv4 Einbindung Autokonfiguration Funktionsweise Vorteile und Nachteile Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 2

3 Welt-IPv6 Tag: 8. Juni 2011 Einleitung Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 3

4 Einige Zitate zu IPv6 (aus dem Jahr 2010) Japan, China, Australien und die USA führen IPng bereits grossflächig ein Wussten Sie, dass der PKW der Zukunft mindestens 20 IP-Adressen benötigt? Der Umstieg wird mindestens für die grossen Unternehmen Jahre erfordern. Zum einen ist eine nicht zu unterschätzende Lernphase für die Betreiber erforderlich; IPv6 ist deutlich mehr als nur ein Adresswechsel. Die Nutzung von DNS und DHCP in Kombination mit einer gemischten IPv4 und IPv6 Umgebung muss sorgfältig getestet werden. Für Unternehmen gilt: Der Wechsel nach IPv6 ist unvermeidbar. Quelle: [5] ComConsult Research, 2010 Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 4

5 Chronologie zu IPv6 Frühe 90er Jahre: Die Internet Engineering Task Force (IETF) begann, einen Nachfolger für IPv4 zu entwickeln. Hauptmotivation: Der knappe Adressraum von IPv4. Die IETF richtet 1993 den IPng-Bereich ein. Zweck: Untersuchung verschiedener Ansätze; Empfehlung für das weitere Vorgehen Die Address Lifetime Expectation Arbeitsgruppe kam aufgrund der Statistiken zum Schluss, dass der IPv4-Adressraum in den Jahren 2005 bis 2011 erschöpft sein werde 1994 wurde die Empfehlung für IPv6 ein IETF Proposed Standard Das Core Set der IPv6-Protokolle ist seit 1998 IETF Draft Standard Nach 1998 wurden viele Zusatzfunktionen definiert: - Übergangsmechanismen für die Koexistenz mit IPv4 - DHCPv6 wurde 2003 als RFC publiziert - Mobile IPv6 seit 2004 standardisiert; später erweitert Quelle: [1] IPv6 Grundlagen, Funktionalität, Integration ; Silvia Hagen, 2009 Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 5

6 Wesentliche Aspekte von IPv6 und Verbesserungen gegenüber IPv4 Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 6

7 Wesentliche Aspekte und Verbesserungen im Überblick IPv6 Adressraum Flow Label zur Markierung eines Datenstromes Keine Fragmentierung durch Router, dafür Ermittlung der Maximum Transmission Unit durch Path MTU Discovery Verbesserung des Protokollheaders; Next Header Routing Header für verbessertes Routing Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 7

8 IPv6 Adressraum IPv6 Adressen haben eine Länge von 16 Byte (128 Bit). Der Adressraum umfasst theoretisch Adressen. Das sind ungefähr Adressen oder Adressen. Das sind 340 Billionen Quadrillionen Adressen. Es ist klar, dass diese sehr grosse Anzahl an IPv6 Adressen in der nächsten Zukunft kaum benötigt ist. Jedoch erlaubt der enorm grosse Adressraum die gewünschte Flexibilität in der Unterteilung in verschiedene Adressbereiche. Weiteres folgt unter Adressierung Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 8

9 Wesentliche Aspekte und Verbesserungen im Überblick IPv6 Adressraum Flow Label zur Markierung eines Datenstromes Keine Fragmentierung durch Router, dafür Ermittlung der Maximum Transmission Unit durch Path MTU Discovery Verbesserung des Protokollheaders; Next Header Routing Header für verbessertes Routing Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 9

10 Flow Label zur Markierung eines Datenstromes Flow = Sequenz von Paketen, gesendet von einer Quelle zu einem Ziel: - Unicast IPv6 Adresse - Anycast IPv6 Adresse - Multicast IPv6 Adresse Hauptvorteil von Flows Bei IPv6 können Datenflüsse auf einfache Weise klassifiziert werden. Damit ist ermöglicht: Spezielle Abarbeitung der bezeichneten Datenpakete für die Übermittlung. Ziel: Insgesamt effizienterer Datenfluss. Ohne Flows muss ein Router, der ein Datenpaket erhält, seine Routingtabellen konsultieren und so den Output Port bestimmen, dies für jedes Paket Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 10

11 Flow Label zur Markierung eines Datenstromes Flow Classifier 3-tuple: Flow Label IPv6 Quellenadresse IPv6 Zieladresse Zur Beachtung: Keine Angabe von Portnummern von Quelle und Ziel notwendig Position des Flow Labels im IPv6 Paket: Version Traffic Class Flow Label Nutzdatenlänge Next Header Hop Limit Source Address Source Address.. Teil des IPv6 Headers Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 11

12 Wesentliche Aspekte und Verbesserungen im Überblick IPv6 Adressraum Flow Label zur Markierung eines Datenstromes Keine Fragmentierung durch Router, dafür Ermittlung der Maximum Transmission Unit durch Path MTU Discovery Verbesserung des Protokollheaders; Next Header Routing Header für verbessertes Routing Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 12

13 Ermittlung der Maximum Transmission Unit (MTU) Keine Fragmentierung durch die Router, dafür: Ermittlung der Maximum Transmission Unit (MTU) mittels Path MTU Discovery. MTU= 1500 Byte R1??? R2 R3 R4 MTU= 576 Byte Rx MTU= 1500 Byte Wie gross ist die kleinste MTU auf der Strecke R1 Rx? Nachtrag ( ): Obiges Bild hat noch einen Fehler, weil die kleinste MTU unter IPv Byte beträgt. Diese MTU wird nicht unterschritten. Kurt Hauser Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 13

14 Ermittlung der Maximum Transmission Unit (MTU) Einzig der sendende Rechner darf eine Fragmentierung der IPv6 Pakete vornehmen. Hierzu kommt zuerst Path MTU Discovery zum Einsatz. Damit kann der zu senden beabsichtigende Rechner den gesamten Pfad bis zum Empfänger bezüglich der kleinsten vorkommenden MTU untersuchen. Ist das zu versendende IPv6 Paket grösser als die kleinste vorkommende MTU, so fragmentiert der sendende Rechner das Paket. Das Reassembly, also Wiederzusammensetzen aller Fragmente zu einem Paket erfolgt ausschliesslich beim Empfangsrechner. Fürs Fragmentieren wird ein Fragment Header benötigt. Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 14

15 Fragmentierung: Fragment Header Format des Fragment Headers 1 byte Next Header 1 byte Reserved 13 bits Fragment Offset 2 bits Reserved 1 bit M 4 bytes Identification Next Header: Erster Headertyp des fragmentierbaren Teils des Ursprünglichen IPv6 Pakets. Beispiel: NextHeader = TCP (6) Reserved: Ungenutzt (null) Fragment Offset: Versatz in Mengen von 8 Bytes M-Flag (more fragments): Auf 1 gesetzt, falls weitere Fragmente folgen. Auf 0 gesetzt, falls letztes Fragment. Identification (ID): Alle Fragmente eines Pakets haben dieselbe ID (vgl. IPv4) Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 15

16 Wesentliche Aspekte und Verbesserungen im Überblick IPv6 Adressraum Flow Label zur Markierung eines Datenstromes Keine Fragmentierung durch Router, dafür Ermittlung der Maximum Transmission Unit durch Path MTU Discovery Verbesserung des Protokollheaders; Next Header Routing Header für verbessertes Routing Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 16

17 Verbesserung des Protokollheaders; Next Header Position des Next Header Feldes im IPv6 Paket: Version Traffic Class Flow Label Nutzdatenlänge Next Header Hop Limit Source Address Source Address.. Teil des IPv6 Headers - Das 8 Bit lange Feld im IPv6 Header weist entweder auf den Header eines darüber liegenden Protokolls oder auf eine Erweiterung (Extension Header) hin. - Es sind dieselben Werte wie im Protocol -Feld von IPv4 benutzt, also: Falls der Next Header auf ein Protokoll hinweist, enthält das Feld die gleichen Werte wie das Protocol -Feld bei IPv4. - Falls der Next Header ein Extension Header ist, enthält das Feld den entsprechenden Typ. Tabelle Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 17

18 Verbesserung des Protokollheaders; Next Header Protokoll = Protokoll oder Extension Header Einige Beispiele für Werte (types) des Next Header Feldes: Protokoll Wert Protokoll Wert Protokoll Wert ICMP 1 UDP 17 EIGRP 88 IGMP 2 RSVP 46 OSPF 89 TCP 6 ICMPv Einige weitere Next Header Werte: Protokoll Wert Protokoll Wert Protokoll Wert IP in IP 4 Routing Authentication Header 43 Header 51 EGP 8 Fragmentation Header (Draft) Mobile IPv Encrypted IGP (IGRP) 9 Security Payload Header Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 18

19 Wesentliche Aspekte und Verbesserungen im Überblick IPv6 Adressraum Flow Label zur Markierung eines Datenstromes Keine Fragmentierung durch Router, dafür Ermittlung der Maximum Transmission Unit durch Path MTU Discovery Verbesserung des Protokollheaders; Next Header Routing Header für verbessertes Routing Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 19

20 Next Header: Beispiel Routing Header (Wert = 43) Beispiel mit Header Extension: IPv6 Header mit Routing Header (type = 43) und dann Upper Layer Header für ein TCP Segment (type = 6): IPv6 Header NextHeader = Routing (43) Routing Header NextHeader = TCP (6) TCP Header and Data... Zum Vergleich ein Beispiel ohne Extension:... IPv6 Header NextHeader = TCP (6) TCP Header and Data Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 20

21 Gestaffelte Next Header Beispiel mit Routing Header (type = 43), dann,fragment Header (44), dann TCP (6): IPv6 Header NextHeader = Routing (43) Routing Header NextHeader = Fragment (44)... Fragment Header Fragment of TCP Header NextHeader = TCP (6) and Data Routing Header: Hier kann eine Liste von Routern aufgeführt sein. Das IPv6 Paket wird dann über diese Router geleitet. (Vorgabe eines festgelegten Pfades). Es ist geplant, diese Möglichkeit des Routing Header bei Mobile IPv6 anzuwenden. Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 21

22 Adressierung: Notation und Adressstruktur von IPv6 Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 22

23 IPv6 Adressierung: Notation Darstellung der 128 Bit langen IPv6 Adresse: Folge von Doppelbytes als Hex-Folge Jeweils nach zwei Bytes ist ein Doppelpunkt gesetzt Verkürzte Notation bei aufeinander folgenden Nullen Beispiele: 2001:0620:0000:0004:0A00:20FF:FE9C:7E4A 2001:620:0:4:A00:20FF:FE9C:7E4A ist gleichwertig 1023:0000:0000:0000:1736:a673:88a0:a ::1736:a673:88a0:a620 ist gleichwertig (der Zweifach-Doppelpunkt darf nur einmal verwendet werden) Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 23

24 Zur Erinnerung: Wie war es bei IPv4 1. Byte 2. Byte 3. Byte 4. Byte Klasse A Klasse B Klasse C 0 Netz 1 0 Netz Netz Hostbereich Hostbereich Hostbereich Klasse D Klasse E IPv4-Multicast-Adressen Reserviert...und für Classful Routing mit Subnetzmaske: Netz Subnetz Hosts Subnetzmaske Beispiel: Klasse B-Adresse Das Klasse B-Netzwerk kann 1024 Subnetze zu 64 Adressen enthalten. Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 24

25 Zur Erinnerung: Wie war es bei IPv4...und für Classless Routing mit Subnetzmaske: Netz(e) Hosts Subnetzmaske Beispiel: Adressbereich /22 also Dieser Adressbereich umfasst die IPv4-Adressen also 4 x 256 IPv4-Adressen. Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 25

26 Notation von IPv4-Adressen, benötigt unter IPv6 IPv4-Adressen, die unter IPv6 weiterhin benötigt sind, können in Dezimalcodierung notiert werden. Beispiel: Binär: Hexadezimale Notation, bei der jeweils zwei Bytes zu einer Hex-Ziffer zusammengefasst sind: 8a.0c.10.0a Vollständige IPv6 Darstellung: 0:0:0:0:0:0:8a0c:100a = 0000:0000:0000:0000:0000:0000:8a0c:100a = ::8a0c:100a Notation in Dezimaldarstellung für den IPv4-Teil: 0:0:0:0:0:0: = 0:0:0:0:0:0:8a0c:100a = ::8a0c:100a Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 26

27 Notation für Hosts mit hybrider IPv6/IPv4-Einbindung Für solche Hosts kann ein spezielles Adressformat angewandt werden: Die IPv4-gemappte Adresse : Die ersten 80 Bits (10 Bytes) sind Nullen Weitere 16 Bits sind Einsen (FFFF) Beispiel: 0000:0000:0000:0000:0000:FFFF: Es verbleiben 4 Bytes. Hier steht die unter IPv4 verwendete Adresse, entweder die Unicast-, Multicast- oder Anycast-Adresse. Wiederum das Beispiel mit der IPv4-Adresse : Schreibweise der IP-Adresse mit hybrider IPv6/IPv4-Einbindung: 0:0:0:0:0:ffff: = ::ffff: = ::ffff:8a0c:100a Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 27

28 Adressstruktur von IPv6 Subnetz-Präfix (64 Bits) + Hostteil (64 Bits) IPv6 Global Unicast Address (64-n) Bits: Globaler Routing Prefix N Bits: Subnetz-ID 64 Bits: Schnittstellen-ID Real World-Struktur der IPv6 Unicast-Address 48 Bits: Globaler Routing Prefix 16 Bits: Subnetz-ID 64 Bits: Schnittstellen-ID Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 28

29 Adressstruktur von IPv6 IPv6 Link-lokale Adressen Präfix: fe80::/10 Sinn und Zweck: Ausschliesslich für Subnetz-interne Kommunikation, bei welcher die zu verbindenden Einheiten eine Layer 2 Verbindung haben Ein Router darf ein Paket einer link-lokalen Adresse nicht zu einem anderen Subnetz weiterleiten. IPv6 Unique local Address Präfix: FC00::/7 oder FD00::/7 Sinn und Zweck: Nur für den internen Gebrauch innerhalb einer Unternehmung gedacht Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 29

30 Autokonfiguration Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 30

31 Stateless Address Autoconfiguration Motivation: Vereinfachte, teilweise automatisierte Zuteilung einer IPv6-Adresse. Weshalb: In Zukunft wird mit einer grossen Menge zusätzlicher Devices gerechnet, die eine IPv6-Adresse erhalten Wie: Bei der stateless Autoconfiguration in IPv6 wird die leicht modifizierte MAC Adresse beigezogen, um die letzten 64 Bits der 128 Bit langen IPv6 Adresse zu erzeugen. Modifiziert: Bit Nr. 7 ist im Fokus: Ist es auf 0 gesetzt link-lokale Adresse Ist es auf 1 gesetzt globale Adresse Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 31

32 Stateless Address Autoconfiguration: Beispiel Die 48 Bit lange MAC Adresse A soll konvertiert werden A Total 48 Bit lang Invertierung des 7. Bits FF - FE Total 64 Bit lang A FF - FE - A Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 32

33 Stateless Address Autoconfiguration: Beispiel (Forts.) Resultat: 64 Bit lange EUI-64 Adresse = Interface ID von IPv6: 0A FF FE - A Das ist der letzte Teil der 128 Bit langen IPv6 Adresse. Die ersten 64 Bits sind der Subnetz-Präfix Bemerkung: Die Vorgehensweise, um aus der MAC-Adresse den letzten Teil der IPv6- Adresse zu bilden, ist sehr effizient. Damit ist, falls dieselbe MAC- Adresse im gleichen Subnetz nicht ein zweites Mal vorkommt, die zugeordnete IPv6-Adresse weltweit eineindeutig. Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 33

34 Stateless Address Autoconfiguration Nachteil der Autokonfiguration Ein Rechner mit seiner der Netzwerkkarte (Hardware) zugeteilten eineindeutigen MAC-Adresse wird jedesmal bei der IPv6- Adressvergabe dieselbe Adresse erhalten. Verfolgbarkeit eines Rechners und seiner Aktivitäten Idee der möglichen Abhilfe (Empfehlung gemäss RFC 3041): - Pro Schnittstelle mehrere IDs verwenden - Die fixe EUI-64 Adresse aufgrund der Autokonfiguration nur für ankommende Verbindungen nutzen. - Für,abgehende Verbindungen sollen IDs mit Hilfe eines Pseudozufallsprozesses erzeugt werden. Diese führen dann zu jeweils unterschiedlichen IPv6 Adressen mit vorzugsweise begrenzter zeitlicher Lebensdauer von einigen Stunden. Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 34

35 Zusammenfassung und Quellenangaben Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 35

36 Zusammenfassung und Quellenangaben Enorm grosser Adressraum von theoretisch Adressen. In der Praxis wird jetzt dieser Adressraum sehr grosszügig verplant. Weitere Verbesserungen gegenüber IPv4 wie Ermöglichung von Flows, Konzept der Next Header, Autokonfiguration Der Einstieg in IPv6 / Umstieg von v4 zu v6 sollte nun geplant werden Quellen: [1] IPv6, Grundlagen, Funktionalität, Integration ; Silvia Hagen, Sunny Edition, 2009 [2] RFC 2460, Internet Protocol, Version 6 (IPv6) Specification ; December 1998 [3] RFC 3596, DNS Extensions to Support IP Version 6 ; October 2003 [4] IPv6 - The New Internet Protocol ; Dr. Alexander Gall; SWITCH Journal, Ausgabe 2/2001 [5] IP Version 6 Das Internet der nächsten Generation, Dipl.-Inform. Petra Borowka-Gatzweiler; in drei Folgen: Der Netzwerk Insider, ComConsult Research; Januar 2010, April 2010, Juli Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 36

37 Fragen Fragen zum Referat? Fragen zu den Aktivitäten im schulischen Bereich (Unterricht an der ZHAW, Kurse im Bereich Kommunikationstechnik)???? Ein Dankeschön für Ihre Aufmerksamkeit Kurt Hauser IPv6 Vortrag 08 Juni 2011.ppt 37

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