Handout zum Thema IPv6 das neue Internetprotokoll im Rahmen des Seminars Internet Protokolle bei Joern Clausen. Von Alexa Breuing und Belkis Sahin IPv6 das neue Internetprotokoll Überblick über IPv6 IPv6 ist nach IPv4 wieder ein network layer. Dabei wird jedes Datenpaket unabhängig vom Vorgänger oder Nachfolger übermittelt, wobei kein Verbindungsaufbau stattfindet. Die Verbindungswege werden nicht kontrolliert und auch die Reihenfolge und Vollständigkeit der Datenpakete können nicht sichergestellt werden. Treten fehlerhafte Pakete auf, so werden diese nicht wiederholt. Zentrale Entwicklungsziele des neuen Protokolls Mit der Entwicklung eines neuen Protokolls sollte ein neuer, großer Adressraum geschaffen werden, da dieser beim alten Protokoll knapp wurde. Der Aufbau der zu verschickenden Pakete soll einfacher und somit schneller auswertbar sein. Desweiteren sollen die Routen im globalen Netz besser werden, indem Adressen in sinnvolle Gruppen zusammengefasst werden; das automatische Generieren von Adressen ohne manuelle Eingriffe soll ermöglicht werden, um Fehler zu minimieren und Zeit zu sparen. Zudem sollen Adressen leichter änderbar werden. Hinzu kommt der Gebrauch von Multicast, um Gruppen besser ansprechen zu können, der Ersatz von Broadcast durch Anycast und die Sicherheit als ein im Protokoll verankertes Element. Werdengang von IPng IPng (IP next Generation) bezeichnet die gesamte Entwicklung des neuen Protokolls. Diese begann 1993, als eine Arbeitsgruppe einen gemeinsamen Vorschlag für das neue IP erarbeitete. 1995/96 entstanden die erstern Entwürfe, die als Proposed- Standard veröffentlicht wurden. Nach einigen Korrekturen wurde der Proposed- Standard 1997 zum Draft- Standard ernannt. Wenn IPv6 in Zukunft zum Einsatz kommt, wird es ein Internet-Standard sein. Funktionale Elemente von IPv6 Die nun 128 Bit langen (bei Ipv4 : 32 Bit) Adressen erlauben eine strukturierte und hierarchische Verwendung. Den Transport von Optionen übernehmen verkettete Header, deren Struktur vereinfacht wurde. Desweiteren wurde der Bedarf manueller Konfiguration erheblich reduziert und das Verpacken und der Transport beliebiger anderer Protokolle wird unterstützt. Eine weitere große Verbesserung betrifft die Flusskontrolle und die Erkennung von Engpässen.
Header und seine Funktionen Der Header wurde bis auf das unbedingt notwendige Minimum gekürzt, sodass die Barbeitung in allen beteiligten Stationen beschleunigt und die Durchlaufzeit durch das Netz verringert wird. Dadurch ist jedoch eine Erweiterung des minimalen Headers erforderlich, um benutzte Funktionen und andere Anforderungen unterzubringen. Dies wird durch die Verkettung von beliebig vielen zusätzlichen Headern, sogenannten Erweiterungsheadern, ermöglicht. Dabei hat jeder einzelne Header eine bestimmte Funktion und wird nur dann eingeklinkt, wenn er benötigt wird - dadurch wird der Header auch nur dann interpretiert, wenn sein Inhalt an der jeweiligen Stufe der Übertragung von Bedeutung ist. Mit Hilfe der Erweiterungsheader gewinnt das neue Internetprotokoll Flexibilität, da sie jederzeit zum Ausbau des Protokolls verwendet werden können. Dies gilt als die zentrale Idee bei der IPv6- Entwicklung. Die Implementierung ist durch seine Architektur sichergestellt. Die sinnvolle Reihenfolge der Header innerhalb einer Nachricht legt die Norm fest. Der einzige Header, der bei jedem Transportschritt ausgewertet wird, ist der sogenannte Basisheader. Der Basisheader enthält nur Angaben, die für das absolute Minimum an Funktion erforderlich sind. Stationen, die nicht am Anfang oder am Ende der Transportkette stehen, brauchen in den meisten Fällen nur diesen ersten Header zu interpretieren. Dadurch wird ein weiteres Mal die Durchlaufzeit verkürzt. Um die Router zu entlasten, wurde eingeführt, dass nur noch der Absender eine Nachricht fragmentieren kann. Ist eine Nachricht zu groß, meldet sich der entsprechende Router mit einer ICMP- Nachricht beim Absender, der daraufhin die Nachricht aufteilen und erneut versenden muss. Im ungünstigsten Fall kann sich diese Prozedur mehrere Male wiederholen, bis die Pakete ihre optimale Größe ( Obergrenze 65536 Bytes, Untergrenze 1280 Bytes ) erreicht haben. Die Aufteilung erfolgt so, dass die einzelnen Pakete jedes für sich transportiert werden können. Dazu werden die Pakete mit den erforderlichen Headern, mindestens dem Basisheader und dem sogenannten Fragmentierungsheader, versehen. Für das Zusammensetzen der Pakete ist der Empfänger verantwortlich. Dies tut er mithilfe des Feldes Offset im Fragmentierungsheader, welches angibt, an welcher Stelle der Nachricht das Paket eingebaut werden soll. Sind nicht alle Pakete innerhalb von 60 Sekunden beim Empfänger eingegangen, oder sie sind falsch formatiert ( kein Vielfaches von 8 Bytes ), oder sie haben ihre Grenzen nicht eingehalten, wird eine Fehlermeldung erzeugt und dem Absender gesendet. Ein Beispiel für die Anpassung von IPv4- Headern an IPv6- Anforderungen ist der Pseudo-Header von UDP. Es wurden keine Änderungen bei der Definition der Felder und der Bezeichner für die Dienste vorgenommen. Lediglich das Verfahren zum Errechnen der Prüfsumme wurde geringfügig verändert. Die Prüfsumme muss nun in das dafür vorgesehene Feld eingetragen werden, bei IPv4 war das Auffüllen dieses Feldes noch optional. IPv6- Router müssen in der Lage sein, Nachrichten ohne Prüfsumme zu empfangen, weiterverschicken dürfen sie die aber nur, nachdem sie die Nahrichten mit einer Prüfsumme versehen haben. Adressierung Die Adressen wurde von 4 Bytes auf auf 16 Bytes verlängert. Dadurch stehen bei IPv6 340.282.366.920.938.463.374.607.431.768.211.456 Adressen zur Verfügung. Anschaulicher ausgedrückt: pro Quadratmillimeter Erdoberfläche gibt es 667 Billiarden Adressen. Um den Umgang mit den neuen Zahlenkolonnen für den Anwender zu vereinfachen wurde das Hexadezimalformat gewählt. Zur besseren Lesbarkeit werden Gruppen von zwei Bytes, bzw. 4 Halbbytes gebildet und durch Doppelpunkte voneinander getrennt.
Eine Adresse sähe dann z.b. so aus: 4711: 0000: 0000: 0000: 0000: 0005: EEC1: 6008 Zum Vereinfachen dürfen eine Gruppe von aufeinander folgenden Nullen einmal durch zwei Doppelpunkte ersetzt werden. Das obige Beispiel würde dann so aussehen: 4711: : 5: EEC1: 6008 Um IPv4- Adressen und ihre Schreibweise beizubehalten, wurde ein Sonderfall eingeführt. Die allgemeine Schreibweise für diesen Fall: z.b. : : FFFF: 128. 1. 35. 201 0000: 0000: 0000: 0000: FFFF: a. b. c. d [ : : FFFF: a. b. c. d ] Die Adressen setzen sich häufig aus zwei Teilen zusammen. Der vordere Teil, das sogenannte Präfix definiert das Netz und stammt aus externer Quelle. Der hintere Teil wird lokal definiert, dazu dienen meist eindeutige Eigenschaften der Hardware (wie z. B. MAC- Adresse ). Der neue Adressraum wird von der ICANN verwaltet, der die Adressen an die IANA vergibt. Die Registraturen ( RIPE, AP- NIC, AfriNIC, LACNIC, ARIN ) bekommen die Adressen von der IANA und vergeben sie weiter an die Provider. Diese arbeiten entweder mit anderen Providern oder vergeben die Adressen an die Endkunden. Nur sehr große Endkunden können Adressen direkt von den Registraturen erhalten, zu der IANA oder der ICANN haben die Endkunden keinen Kontakt. Im Gegensatz zu IPv4 ist die Vergabe der Adressen bei IPv6 nicht endgültig. Wird Mißbrauch festgestellt oder andere Umstände erfordern es, können die Adressen wieder zurückgezogen werden. Die Aufteilung der Adressen will gut durchdacht sein, da die Adressvergabe ohne ein Schema schnell zu einem Kollaps führen würde. Es werden Überlegungen zu Vergabeverfahren nach geographischer Lage, Spezialadressen, IPv4 kompatible oder auf IPv4 abgebildete Adressen, lokale, nur intern genutzte Adressen und nach Anschluss oder Provider zusammenfassbare Adressen angestellt. Es steht jedoch noch nichts fest und gefasste Entschlüsse können sich schnell wieder ändern. Um Fehler zu vermeiden uns die Administration von Rechnernetzen zu vermeiden, wurde die automatische Adressvergabe eingeführt. Dazu wurden zwei Verfahren entwickelt. Bei dem ersten fungiert der Server als zentrales Element, von dem alle nötigen Informationen per DHCP o. ä. geladen werden. Bei dem zweiten Verfahren werden die Adressen lokal erzeugt und mit Elementen aus ICMP auf Eindeutigkeit überprüft. Dazu wird eine Nachricht an die gerade generierte Adresse gesendet. Erhält man eine Antwort, gibt es die Adresse schon. In diesem Fall muss die neue Adresse manuell erzeugt werden. Eine Mischung von beiden Verfahren ist auch erlaubt. Dabei bestimmt das Gerät die lokale Adresse selbst und per DHCP werden weitere Informationen erfragt.
Umstellung auf das neue Protokoll Die Umstellung auf IPv6 soll langsam erfolgen, da sie Veränderungen der darauf aufbauenden Protokolle und Anwendunsprogramme erfordert. Beide Standards sollen für viele Jahre nebeneinander existieren. Das neue Protokoll wird momentan noch im Netz 6Bone getestet. Die Umstellung soll so erfolgen, dass die Nachrichten durch Tunnel übertragen werden. Zuerst wird es wohl so sein, dass IPv6- Nachrichten durch IPv4- Tunnel geschleust werden. Sobald jedoch das neue Protokoll verstärkt genutzt wird, werden IPv4- Nachrichten durch IPv6- Tunnel geschleust. Vergleich v4 v6-32 Bit Adressen - 128 Bit Adressen - vorgeschriebene Headerlänge - verkettete Headerlänge - Broadcast - Anycast - besserer Transport von Audio und Video - schnellerer Transport von Daten - mobiler Einsatz - verbesserte Erkennung von Engpässen - verbesserte Flusskontrolle - manuelle Adressvergabe - Autokonfiguration - Fragmentierung durch Router - Fragmentierung nur durch Absender - Adressvergabe endgültig - Adressvergabe zeitlich begrenzt - bei Mißbrauch Rücknahme der Adressen Diese Tabelle ist nicht vollständig. Die Korrektheit wird auch nicht gewährleistet, da IPv6 noch nicht ausgereift ist und ständigen Veränderungen unterliegt. Quellen und weiterführende Literatur Hans Peter Dittler: IPv6 ads neue Internetprotokoll Technik Anwendung Migration, dpunkt.verlag 2., aktualisierte und erweiterte Auflage 2002 Douglas E. Comer: Internetworking with TCP/ IP Principles, protocols, and architectures, Volume1, Prenticde Hall, 4. Edition 1995 Michael Santifaller: TCP/ IP on ONC/ NFC Internetworking mit Unix, Addison- Wesley, 4. aktualisierte und erweiterte Auflage 1995
www.ipv6forum.com www.teltarif.de/cebit/ipv6.html www.ipv6-net.org/