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 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 21 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 22 11

12 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 23 Multicast-Adressen Scope Gibt den Gültigkeitsbereich an, z.b. Site-lokal, Organisations-lokal, Global Group-ID 112-bit Adressen einer Multicast-Gruppe 24 12

13 Broadcast unter IPv6 IPv6 kennt keine Broadcast-Adresse Broadcast kann jedoch durch ein entsprechendes Multicast simuliert werden 25 IPv6-Adressen Aus Tanenbaum, Computernetzwerke 26 13

14 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: 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 28 14

15 Datagrammformat in IPv6 optional Base Header Extension Header 1... Extension Header N Data Grundlage für zukünftige Erweiterungen des IPv6 29 Base Header Version Priority Flow Label Payload Length Next Header Hop Limit Source Address Destination Address 40 Byte 30 15

16 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 31 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 32 16

17 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) 33 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 34 17

18 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 35 Erweiterungs-Header Hop-by-Hop Options Destination Options Routing Fragment Authentication Encapsulating Security Payload 36 18

19 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 37 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 38 19

20 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 39 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 40 20

21 Routing Header, Type = 0 Next Header Hdr Ext. Len 0h Segments Left Reserved Address (1)... Address (n) 41 IPv4 Fragmentierung Datagramm-Länge bestimmt durch MTU des angeschlossenen Netzwerkes Weitere Fragmentierung durch Router möglich Informationen zur Fragmentierung im Header 42 21

22 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 43 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 44 22

23 IPv6 Fragmentierung Fragment Extension Header Felder im Prinzip analog zu IPv4 M RS More Fragments Reserved Next Header Reserved Frag. Offset RS M Datagram Identification 45 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 46 23

24 Sicherheits -Header Authentication Options Header Encapsulating Security Payload Header Ermöglichen auf der Basis von IPSec Authentifizierung Integrität Vertraulichkeit 47 Übergang von IPv4 zu IPv6 Langsamer Übergang von einer Version zur anderen Mechanismen für den Übergang müssen vollständig in IPv6 realisiert werden 48 24

25 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 49 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 50 25

26 IPv6 over IPv4 Tunneling Router-To-Router oder Host-To-Router IPv6 IPv6 IPv4 R IPv6 Tunnel- Endpunkt? Tunnel 51 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 52 26

27 IPv6 over IPv4 Tunneling IPv6 R R R IPv6 :: :: :: IPv4 IPv6 53 Transport Relay Translator (TRT) Installation von IPv4 <-> IPv6 Übersetzern Adressierung dieser Übersetzer, um zu der jeweiligen anderen IP-Version zu wechseln 54 27

28 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