Migration to IPv6 - Communication Systems Group

Seminar Internet Economics
Migration to IPv6
Silvan Hollenstein
Andreas Drifte
Roger Grütter
Institut für Informatik, Universität
Zürich, 3. Februar 2005
Migration to IPv6
Silvan Hollenstein, Andreas Drifte, Roger Grütter
Migration to IPv6
Inhalt
• IPv4
• IPv6
• Migrationstechniken
• Kosten
• Existierende IPv6-Netze
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Das IPv4-Adressformat
• 32 Bit Binärzahl
• Aufgeteilt in 4 mal 8 Bits
10000010.00111100.00011010.00000010
¾
130.60.26.2
• 232 ≈ 4.3 Mia. Adressen
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Das IPv4-Adressformat
Adressklassen
• Hierarchisch gegliedert: Präfix / Suffix
• 5 Klassen
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Das IPv4-Adressformat
Klassenlose Adressierung
•
•
•
•
Classless Inter-Domain Routing (CIDR)
Adressknappheit zeichnete sich ab
Aufteilung Präfix / Suffix an beliebiger Stelle
Beispiel:
IP-Adresse10:
130.60.26.0/23
IP-Adresse2: 10000010.00111100.0001101⎪0.00000000
Maske2:
11111111.11111111.1111111⎪0.00000000
255.255.254.0
Maske10:
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Das IPv4-Adressformat
Vorteil von CIDR
• Vorhandene Adressen können besser verteilt werden
• Beispiel:
Unternehmung benötigt
4‘000 IP-Adressen
130.60.16.0 / 20
130.60.16.0
= 10000010.00111100.0001⎪0000.00000000
bis
130.60.31.255 = 10000010.00111100.0001⎪1111.11111111
212 = 4096
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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
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Network Address Translation
• Bestimmte Adressbereiche für private Nutzung
reserviert:
10/8
172.16/12
192.168/16
• Werden nie im Internet geroutet
• Router übersetzt Adressen
• Router verwendet seine eigene öffentliche IP-Adresse
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NAT (2)
• NAT funktioniert nur auf Transportschicht
(TCP/UDP)
• Mehrere Hosts teilen 1 IP-Adresse
• Höhere Sicherheit, interne Adressen sind „versteckt“
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Gehen uns die IPv4Adressen aus?
• Verschiedene
Prognosen: 2005- 2020
• 2.4 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
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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
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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
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IPv4- vs. IPv6-Header
Legende:
Identische Felder in IPv4 u. IPv6
Kommt in IPv6 nicht vor
Neues Feld in IPv6
Name und Position geändert
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Der IPv6-Basis-Header
• Version:
Internet Protokoll Versionsnummer
• Traffic Class:
Feld zur Beschreibung der Priorität
• Flow Label:
Identifikationsnummer,
Kennzeichnung von Paketen für
besondere Behandlung
• Payload Length: Grösse des Pakets nach dem IPv6-Header
• Next Header:
Typ des nächsten Erweiterungsheader
• Hop Limit:
max. Anzahl von Vermittlungsrechnern
• Source/ Dest.
Address:
Quell- bzw. Zieladresse
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Prinzip der
Erweiterungsheader
Basis Header
Erweiterungsheader
(optional)
Erweiterungsheader
(optional)
Nutzdaten
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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
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Adressen - Adresstypen
• Unicast:
Unicast
– Adressierung eines Interface
– mehrere Adressen pro Netzwerkknoten
– Weltweite Gültigkeit
Unicast
• Multicast
– Adressierung von einer Gruppe von
Interfaces
– Paket an alle Mitglieder der MulticastAdresse
– Nie Source Adresse eines Pakets
Unicast
Multicast
Multicast
Multicast
• Anycast
– Adressierung von einer Gruppe von
Interfaces
– Genau ein Knoten einer Gruppe wird
erreicht
– Nie Source Adresse eines Pakets
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Unicast
Anycast
Anycast
Anycast
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Adressen - Adressaufbau
•
Adressraum von IPv6:
2128 = 3.4 * 1038 = 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: 60:200C:417A
Adressteile aus nur Nullen werden durch aufeinander folgende Doppelpunkte
repräsentiert
1080:AF4C:
•
0:
: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. ::
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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 20 .. 3F:
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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
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Automatische Konfiguration
• Zustandsbehaftet
– Basiert auf DHCPv6, ähnlich zu DHCPv4
•
Zustandslos
1.
2.
Bildung einer link-local Adresse aus der MAC-Adresse der
Hardware und dem Präfix FE80-FEBF
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
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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
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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
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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
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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
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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 IPv4Knoten)
– IPv4/IPv6-Knoten unterstützt Tunneling
• Nicht
• Konfiguriertes Tunneling
• Automatisches Tunneling
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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
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•
•
•
•
•
•
(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 10.1.1.1. 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
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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)
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Tunneln
• Konfiguriertes Tunneling
– IPv4-Tunnelendpunkt-Adresse wird durch den
verpackenden Tunnelendpunkt bestimmt
– Tunnelendpunktadresse ist Zieladresse das IPv4Paktes
• Automatisches Tunneling
– IPv4-Tunnelendpunkt wird durch die in die IPv6Adresse eingebettete IPv4-Adresse bestimmt
– IPv6-Adresse ist IPv4-kompatibel
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Tunneln
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Tunneln
• IPv4-ICMP-Nachrichten
– Werden an verpackenden Endpunkt gesendet
– Dieser sendet bei Bedarf eine IPv6-ICMPNachricht an den Absender des IPv6-Paktes
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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)
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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
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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
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Kosten der Migration (2)
Fazit:
• Zu Beginn hohe Umstellungskosten
• Hohe operationelle Kosten kurz- und
mittelfristig
• Unternehmung will ROI
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Existierende IPv6-Netze
Dolphins Network Systems AG
• Internet Service Provider
• Eigener Backbone
• Gesamtes Netzwerk ist DualStacked
• 2002: IPv6 TLA erhalten
• 2003: ADSL-Kunden können
mit IPv6 ins Netz
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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
¾ Nur mit IPv6 möglich
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Fragen?
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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?
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Diskussion
• Sollte die Einführung von IPv6 stärker
forciert werden?
• Falls ja von wem?
–
–
–
–
Migration to IPv6
Von Regierungen
Unternehmen
Standardisierungsorganisationen
Weitere?
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Diskussion
• Welche Voraussetzungen müssten erfüllt
sein, damit sich ein Umstieg lohnt?
–
–
–
–
–
–
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Geschwindigkeit (zur Zeit problematisch)
Erreichbarkeit
Sicherheit
Erweiterbarkeit
Applikationen
Kosten
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Diskussion
• Die MAC-Adresse der Hardware steht in
der IPv6-Adresse. Dadurch wird der
Datenschutz verletzt.
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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?
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Diskussion
• Wie viel wärt Ihr bereit für eine
Umstellung auf IPv6 zu bezahlen?
– Neue Hardware
– Aufpreis durch Provider
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Diskussion
• Wird Europa durch die starke
Verbreitung von IPv6 in Asien zur
Migration gezwungen?
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Diskussion
• Welche Migrationsprobleme könnten
auftreten?
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