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Internet Protocol versie 6

Internetprotokoll-Version 6 oder IPv6 ist Version 6 davon Internetprotokoll für die Verwendung von IP-Adressen. Es ist der Nachfolger von Internetprotokoll-Version 4 und ist die zweite Version des Internetprotokolls, die angenommen wird. Die Zwischenversion IPv5 war eine experimentelle Ergänzung zu IPv4, wurde jedoch nie implementiert.

Als das Internet Anfang der 90er Jahre populär wurde, wurde schnell klar, dass IPv4 mit den maximal verfügbaren ca. 4,3 Milliarden Adressen nicht für die Zukunft ausgelegt ist. IPv6 würde diesen drohenden Mangel mit 128-Bit-Adressen lösen. IPv6 wurde wie im Dezember 1998 eingeführt Normentwurf, als Standardausführung akzeptiert. Eine Reihe großer Unternehmen, wie z Microsoft und Google, am 8. Juni 2011, dem World IPv6 Test Day, bot den Websites einen Tag lang sowohl IPv4 als auch IPv6 an, um ihre Auswirkungen zu testen.[1] Mehrere Internet Service Provider und Unternehmen haben am 6. Juni 2012 permanent IPv6 aktiviert.[2] Es wurde am 14. Juli 2017 zum Internetstandard.[3]

Verbesserungen

IPv6 wurde unter anderem entwickelt, um die Einschränkungen und Unzulänglichkeiten von IPv4 zu überwinden. Vor allem der Mangel an verfügbaren IP-Adressen stellt ein großes Problem dar: Innerhalb des IPv4-Systems werden ca. 4 Milliarde Adressen verfügbar[4] und am 3. Februar 2011, die Autorität für zugewiesene Internetnummern die letzten IPv4-Adressblöcke zugewiesen.[5]

IPv4-Adressen bestehen aus 32 Bits, während IPv6-Adressen aus 128 Bit bestehen. Als Ergebnis zählt IPv4 ungefähr 4 × 109 (4.294.967.296) Adressen, während unter IPv6 ca. 3,4 × 1038 (340.282.366.920.938.000.000.000.000.000.000.000.000.000) zugeordnet werden können. Damit verfügt das neue IPv6 über einen schier unerschöpflichen Vorrat an Adressen: auf jeden Erdenbürger kommen ca. 50 Billiarde verfügbar.

Neben einem großen Adressbereich bietet IPv6 eine Reihe von Verbesserungen:

  • Besseres Routing und automatische Netzwerkkonfiguration.
  • überflüssig machen NASS.
  • Datensicherheit an IP-Niveau.
  • Unterstützung für mobile Knoten.

IPv6-Adressierung

Der Hauptunterschied zwischen IPv4 und IPv6 ist die Länge der Netzwerkadresse. Eine IPv6-Adresse, wie in definiert RFC 2373,[6]RFC 2374[7] und RFC 2460,[8] ist 128 Bit lang. Dies entspricht 32 hexadezimal Nummern, die in einer IPv6-Adresse verwendet werden, wie im nächsten Abschnitt beschrieben.

Die Anzahl der möglichen Adressen beträgt 2128 ≈ 3,4 × 1038. Die Anzahl der IPv6-Adressen kann auch mit 16 . berechnet werden32, da jede der 32 hexadezimalen Ziffern 16 mögliche Werte hat.

Manchmal besteht eine IPv6-Adresse aus zwei logischen Teilen: einem 64-Bit-Netzwerkpräfix und einem 64-Bit-"Host-Adressierungs"-Teil, der oft automatisch von der Schnittstelle oder dem MAC-Adresse wird abgelenkt.

IPv6-Adressformat

IPv6-Adressen sind 128 Bit lang und werden normalerweise als 8 Gruppen von 4 hexadezimalen Ziffern, getrennt durch Doppelpunkte, geschrieben:

2001:0db8:85a3:0000:1319:8a2e:0370:7344

ist eine gültige IPv6-Adresse.

Es gibt einige Möglichkeiten, die Notation zu kürzen:

In jeder Gruppe von vier Ziffern ist die führende Nullen entfallen. Es ist sogar möglich, dass eine Gruppe von vier Nullen weggelassen wird. Beispielsweise:

2001:0db8:85a3:0000:1319:8a2e:0370:7344

kann auch geschrieben werden als

2001:db8:85a3::1319:8a2e:370:7344

Wenn mehrere Doppelpunkte hintereinander stehen, können diese auf zwei Doppelpunkte reduziert werden. Dies sollte jedoch innerhalb einer IPv6-Adresse nicht mehr als einmal erfolgen. Zum Beispiel: die Notation

2001:0db8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab

kann durch Weglassen führender Nullen auf reduziert werden

2001:db8:::::1428:57ab

und das wird verkürzt zu

2001:db8::1428:57ab

alle bezeichnen dieselbe IPv6-Adresse.

Eine vollständige IPv6-Adresse besteht aus acht Gruppen von vier Ziffern. Im obigen Beispiel gibt es nur vier Gruppen, vier Gruppen fehlen und die beiden Doppelpunkte stehen für vier Gruppen von Nullen. Bei :: :0000:0000:0000:0000: muss daher zur Vervollständigung der IPv6-Adresse erneut eingegeben werden.

Im Gegensatz dazu ist die Notation

2001::db8::cade

ist nicht erlaubt, da es bei dieser Schreibweise mehrere Möglichkeiten für die Positionen der "0000" gäbe.

Die letzten 32 Bit dürfen, wie bei IPv4 üblich, sein Dezimal geschrieben als vier Gruppen von acht Bits. In diesem Fall wird ein Punkt als Trennzeichen verwendet; deshalb

::ffff:192.168.89.9 entspricht
::ffff:c0a8:5909, ist aber nicht gleich
::192.168.89.9 oder
::c0a8:5909

Das ::ffff:1.2.3.4-Format wird zu a IPv4-zugeordnete Adresse und seine Verwendung soll IPv4 und IPv6 zusammen auf einem System verwenden. Das ::1.2.3.4-Format ist a IPv4-kompatible Adresse und von seiner Verwendung wird abgeraten in RFC 4291.[9]

IPv4-Adressen lassen sich leicht in das IPv6-Format konvertieren. Die IPv4-Adresse 135.75.43.52 wird dann 0000:0000:0000:0000:0000:FFFF:874B:2B34 oder ::FFFF:874B:2B34. Die hybride Notation kann auch verwendet werden (IPv4-gemappte Adressen), also ::ffff:135.75.43.52.

IPv6-Paket

IPv6-Header

Ein IPv6-Paket besteht aus zwei Teilen: dem Header und der Nutzlast.

IPv6 hat verschiedene Header, einen festen Header und eine Reihe von optionalen Headern. IPv6 wurde mit einem kleinen, effizienten festen Header entwickelt, der bei Bedarf mit optionalen Headern erweitert werden kann.

Der feste Header besteht aus den ersten 40 Bytes des Pakets, die sowohl die Ursprungsadresse als auch die Zieladresse des Pakets (je 128 Bit) enthält, die IP-Version (4 Bit), die Verkehrsklasse (8 Bit, Paketpriorität), Flow-Label (20 Bit, QoSVerwaltung), Nutzlastgröße (16 Bit), nächste Überschrift (gibt an, was der nächste Header sein wird) und das Hop-Limit (8 Bit, Zeit zu leben). Darauf folgt die Nutzlast, die in einer flexiblen Umgebung mindestens 1280 Byte groß oder 1500 Byte groß sein muss MTU-Größe. Die Nutzlast kann bis zu 65.535 Byte betragen, wenn die Option "Jumbo-Payload" unterstützt wird.

Optionale Überschriften sind:

  • Kopfzeile der Hop-by-Hop-Optionen
  • Routenkopf
  • Fragment-Header
  • Kopfzeile der Zieloptionen
  • Authentifizierungsheader
  • Verschlüsselter Sicherheits-Payload-Header

Unterschiede zu IPv4

Auf den ersten Blick mag sich die Funktionsweise des Protokolls nicht wesentlich vom IPv4-Protokoll unterscheiden. Unter der Haube gibt es jedoch deutliche Unterschiede. IPv6 basiert beispielsweise stark auf dem erweiterten ICMPv6-Protokoll, wie in described beschrieben RFC 4443.[10] Dazu gehört beispielsweise, wie Layer 2 (MAC)-Adressen gelernt werden. So ist es Adressauflösungsprotokoll veraltet und nutzt IPv6 it Neighbor Discovery Protocol für diesen Zweck. Ein weiterer Bestandteil von ICMPv6 ist beispielsweise SLAAC (StateLess Address AutoConfiguration), das die automatische Zuweisung von IPv6-Adressen ermöglicht, ohne dass ein Dynamisches Host-KonfigurationsprotokollServer ins Spiel kommt.

Ein IPv6Subnetz enthält auch keine Netzwerkadresse mehr und a Broadcastadresse: Die erste Adresse in einem IPv6-Subnetz ist die Router-Anycastaddress, wobei dies die Netzwerkadresse in IPv4 ist, während Broadcast in IPv6 als Sonderfall von Multicast implementiert ist, wobei die Adresse ff02::1 der subnetzspezifischen Broadcast-Adresse in IPv4 entspricht.

Routing und Zuweisung von IPv6-Netzwerken

Wie bereits erwähnt, ist IPv6 eine 128-Bit-IP-Adresse. Eine vollständige Adresse wird auch als /128-Adresse bezeichnet.

Adressen in einem lokalen Netzwerksegment

EIN LAN hat eine /64-Adresse; die ersten 64 Bit der Netzwerkadresse sind somit für alle Teilnehmer im lokalen Netzwerk gleich. Die letzten 64 Bit machen jeden Knoten im lokalen Netzwerk einzigartig. Dadurch entfällt die Verteilung von IP-Nummern; Wenn die Autokonfiguration verwendet wird, werden die letzten 64 Bits automatisch von den an das Netzwerk angeschlossenen Systemen ausgewählt. Ursprünglich wurden diese Bits basierend auf der MAC-Adresse des Netzwerkkarte. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die letzten 64 Bit der Adresse immer gleich sind, egal mit welchem ​​Netzwerk das Gerät verbunden ist. Ein Gerät, das aus mehreren Netzwerken die gleichen Websites besucht, kann somit nachverfolgt werden, auch wenn der Nutzer datenschutzrechtliche Maßnahmen wie z Kekse. Deshalb werden heutzutage in der Regel Datenschutzerweiterungen verwendet[11] verwendet, die die letzten 64 Bits regelmäßig ändern lassen. Netzwerkadministratoren, die dies als unerwünscht empfinden, können die automatische Konfiguration deaktivieren und die Adressen manuell oder über DHCPv6 ändern[12] Austeilen.

Beispiel für die Bildung einer lokalen Adresse aus der MAC-Adresse:

  • Die MAC-Adresse lautet beispielsweise 00-12-34-56-78-90.
  • Dies ist in 2 Teile unterteilt: 00-12-34 und 56-78-90.
  • FFFE wird dazwischen platziert: 0012-34FF-FE56-7890.
  • Das universelles/lokales Bit wird angepasst. Dieses Bit befindet sich an der vorletzten Position des ersten Oktetts.
  • In diesem Beispiel wird 00 in 02 geändert, da 0000 0000 zu 0000 0010 wird.
  • Die Host-ID würde dann so aussehen: 0212:34FF:FE56:7890.
  • Dieser wird mit dem Präfix verschmolzen, das dann FE80::0212:34FF:FE56:7890 bildet.

Das Präfix _fe80_ bezeichnet immer eine Adresse im lokalen Segment; die Adresse FE80::1319:8a2e:0370:7344/128 bezeichnet also per Definition einen Knoten im lokalen Segment. Jedes LAN verwendet dieses Präfix, auch wenn nichts konfiguriert ist. Darüber hinaus können andere Präfixe verwendet werden, die von den mit dem LAN verbundenen Routern bekannt gegeben werden.

Bei IPv6 kann eine Netzwerkschnittstelle mehrere Adressen haben. Es ist sehr üblich, dass ein angeschlossenes System eine _fe80_-Adresse hat und für jedes von den Routern angekündigte Präfix eine Adresse basierend auf der MAC-Adresse und möglicherweise eine oder mehrere Adressen gemäß den Datenschutzerweiterungen.[11]

Adressen innerhalb eines Netzwerks

Ein Campus oder Firmennetzwerk hat eine /48-Adresse. Alle Knoten innerhalb dieses Netzwerks teilen sich daher die gleichen ersten 48 Bit. Die Bits 49 bis 64 werden verwendet, um das Segment innerhalb des Firmennetzwerks anzuzeigen.

Das Präfix _fc80_ bezeichnet immer eine Adresse innerhalb des Heimnetzes. Auf diese Weise kann ein Knoten innerhalb des Netzwerks angesprochen werden.

Adressierung auf höherer Ebene

Eines der Designprinzipien von IPv6 ist eine bessere Routingfähigkeit. Die Fülle an IP-Nummern ermöglicht den Aufbau einer Netzwerknummernhierarchie.

Auf hoher Ebene wird zwischen Netznummern für die verschiedenen Kontinente unterschieden. Innerhalb der Kontinente, Internet-Austausch und Internetanbieter hierarchische Nummerierungspläne erstellen.

Diese Hierarchie hat zwei Vorteile:

  • Routing-Tabellen in Routern werden weniger komplex.
  • Anwendungen können anhand der IP-Nummer feststellen, welche Knoten näher am Netzwerk sind. Zum Beispiel Anwendungen wie BitTorrent Verteilungsalgorithmen entwickeln, die einen effizienteren Netzwerkverkehr ermöglichen, indem bevorzugt Peers ausgewählt werden, die näher beieinander liegen.

NAT überflüssig machen

NASS wurde als Technik entwickelt, um das Adressproblem im Internet zu umgehen; NAT ermöglicht es mehreren Knoten, sich eine IPv4-Adresse zu teilen.

NAT auf IPv4 hat verschiedene Situationen:

  • In dem Client-Server-Modell, zum Beispiel wenn ein Computer eine Verbindung zu einem Post- oder Webserver, NAT stellt keine Barrieren dar.
  • In einem Peer-to-Peer-Netzwerk, wo zwei Clients eine Verbindung aufbauen wollen, tritt ein Problem auf, wenn sich beide Clients hinter einem NAT-Dienst befinden. Sie können keine Verbindung aufbauen. Es gibt mehrere Lösungen, wie zum Beispiel die Aktivierung der Portweiterleitung beim NAT-Dienst (wie bei BitTorrent) oder die Verwendung eines dritten, nicht NAT-fähigen Clients als Relay-Station, wie bei Skype. In dieser Situation bietet IPv6 eine Lösung, da NAT nicht mehr erforderlich ist.

NAT auf IPv4 bietet nur einen Anschein von Sicherheit für Systeme hinter dem NAT-System. Die zugrunde liegenden Systeme sind zunächst nicht mehr direkt aus dem Internet ansprechbar. Verschiedene Methoden[13] zeigen jedoch, dass die meisten NAT-Methoden umgangen werden können. Diese Semi-Sicherheit kann in einer IPv6-Situation simuliert werden durch IP-Portnummern auf dem Netzwerkrouter des (Campus-)Netzwerks. Beispielsweise können Sie wählen, VoIP-Verkehr direkt, während Web- und E-Mail-Verkehr an die dafür vorgesehenen Server geleitet wird.

Datensicherheit auf IP-Ebene

IPv6 ermöglicht die sichere Bereitstellung von Daten während der Übertragung durch provide IPsec. Dieser Schutz hat zwei Formen:

  • Verschlüsselung oder Verschlüsselung von Daten. Sender und Empfänger können sich auf einen Schlüssel einigen, der den Datentransport sichert. IPv4 hatte diese Fähigkeit ursprünglich nicht, daher wurden beispielsweise viele Sicherheitsvarianten oberhalb der IP-Schicht entwickelt VPN, HTTP oder SSH. Die Verschlüsselung von IPsec macht Sicherheit auf höheren Ebenen überflüssig: Schließlich kann jeder IPv6-basierte Datentransport sicher erfolgen. In der Praxis kommt dies jedoch selten vor und es werden die gleichen Sicherheitsvarianten wie bei IPv4 verwendet.
  • Authentifizierung von Daten. Der Absender kann jedes Paket mit einer elektronischen Garantie versehen. Andere Parteien können die Daten nicht unbemerkt ändern und auch nicht vorgeben, der ursprüngliche Absender zu sein. Dies gibt dem Empfänger Gewissheit über die Herkunft der empfangenen IP-Pakete.

Diese Datensicherheit ermöglicht es unter anderem, „geschlossene Benutzergruppen“ von Computern zu bilden, die nur miteinander Kontakt haben dürfen, während sie noch an beliebigen Stellen im Internet verbunden sind.

IPsec wurde gleichzeitig mit IPv6 entwickelt. Es kann jedoch sowohl auf IPv4 als auch auf IPv6 angewendet werden.

Unterstützung für mobile Knoten

IPv6 ermöglicht es einem Knoten, (vorübergehend) eine andere IP-Adresse zu verwenden.

Wenn ein IPv6-Knoten (Knoten A) einen anderen IP-Knoten (Knoten B) aufruft, der (vorübergehend) eine andere IP-Adresse verwendet, erhält Knoten A eine Umleitung, die die aktuelle IP-Adresse von Knoten B angibt. Danach kann der Verkehr zwischen A und B stattfinden.

Damit der Umleitungsmechanismus von B reibungslos funktioniert, ist es natürlich unerlässlich, dass es noch einen Knoten gibt, der auf die ursprüngliche IP-Adresse von B antwortet.Dazu ist es möglich, die IP-Adresse von B auf einem Heimatknoten (Knoten H) zu terminieren. Während des Systemstarts teilt B H mit, wie die aktuelle IP-Adresse lautet. Wird eine Verbindung von A nach B angefordert, kommt diese bei H an. H leitet an A weiter, woraufhin die eigentliche Verbindung aufgebaut werden kann.

Die IP-Adresse von B (wie sie auf H landet) kann man natürlich einfach eingeben DNS aufgezeichnet werden.

Zusammen mit den Datensicherheitseinrichtungen bietet diese Einrichtung die Möglichkeit, komplette virtuelle Netzwerke. nur es Zielsuchgerät (Knoten H) erfordert einen anderen festen Standort.

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