IPv6

Das Board mit Freiheiten

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IPv6 ist das künftige Internet-Protokoll. Die Adresse besteht aus bis zu acht Blöcken (mit je 16 Bit), die sowohl aus Buchstaben als auch Zahlen bestehen und dann von Doppelpunkten getrennt werden.

Beispiel:

2001:0db8:0000:08d3:0000:8a2e:0070:7344. 

Die Adressen sind wie bei IPv4 ebenfalls ein Binärcode, allerdings nun mit 128 Bit und hexadezimal codiert (daher sind Buchstaben möglich). Vorangestellte Nullen können bei der Adresse einfach weggelassen werden. Daher ist Google.com über IPv6 unter 2001:4860:0:2001::68erreichbar. Damit können bis zu 340 Sextillionen verschiedene Adressen vergeben werden, wohl mehr als es Sandkörner in der Wüste gibt. Zumindest entspricht das rund 600 Billiarden IP Adressen für jeden Quadratmillimeter der Erdoberfläche

Gründe für ein neues Internet-Protokoll

IPv4 bietet einen Adressraum von etwas über vier Milliarden IP-Adressen (232 = 2564 = 4.294.967.296), von denen 3.707.764.736 verwendet werden können, um Computer und andere Geräte direkt anzusprechen.[3] In den Anfangstagen des Internets, als es nur wenige Rechner gab, die eine IP-Adresse brauchten, galt dies als weit mehr als ausreichend. Aufgrund des unvorhergesehenen Wachstums des Internets herrscht heute aber Adressenknappheit. Im Januar 2011 teilte die IANA der asiatischen Regional Internet Registry APNIC die letzten zwei frei zu vergebenden Netze zu.[4] Gemäß einer Vereinbarung aus dem Jahr 2009[5] wurde am 3. Februar 2011 schließlich der verbleibende Adressraum gleichmäßig auf die regionalen Adressvergabestellen verteilt.[6][3] Darüber hinaus steht den regionalen Adressvergabestellen kein weiterer IPv4-Adressraum mehr zur Verfügung. Am 15. April 2011 teilte APNIC die letzten frei zu vergebenden Adressen für die Region Südostasien zu;[7] am 14. September 2012 folgte dann RIPE NCC mit der letzten freien Zuteilung in der Region Europa/Naher Osten.[8] Seitdem haben APNIC- und RIPE NCC-Mitglieder jeweils nur noch Anspruch auf eine einzelne Zuteilung von IPv4-Adressraum der minimalen Zuteilungsgröße.[9][10]

Die historische Entwicklung des Internets wirft ein weiteres Problem auf: Durch die mit der Zeit mehrmals geänderte Vergabepraxis von Adressen des IPv4-Adressraums ist dieser inzwischen stark fragmentiert, d. h., häufig gehören mehrere nicht zusammenhängende Adressbereiche zur gleichen organisatorischen Instanz. Dies führt in Verbindung mit der heutigen Routingstrategie (Classless Inter-Domain Routing) zu langen Routingtabellen, auf welche Speicher und Prozessoren der Router im Kernbereich des Internets ausgelegt werden müssen. Zudem erfordert IPv4 von Routern, Prüfsummen jedes weitergeleiteten Pakets neu zu berechnen, was eine weitere Prozessorbelastung darstellt.

Aus diesen Gründen begann die IETF bereits 1995 die Arbeiten an IPv6. Im Dezember 1998 wurde IPv6 mit der Publikation von RFC 2460 auf dem Standards Track offiziell zum Nachfolger von IPv4 gekürt.

Die wesentlichen neuen Eigenschaften von IPv6 umfassen:

• Vergrößerung des Adressraums von IPv4 mit 232 (≈ 4,3 Milliarden = 4,3·109) Adressen auf 2128(≈ 340 Sextillionen = 3,4·1038) Adressen bei IPv6, d. h. Vergrößerung um den Faktor 296 (≈7,9·1028).
• Vereinfachung und Verbesserung des Protokollrahmens (Kopfdaten); dies entlastet Router von Rechenaufwand.
• zustandslose automatische Konfiguration von IPv6-Adressen; zustandsbehaftete Verfahren wie DHCP werden beim Einsatz von IPv6 damit in vielen Anwendungsfällen überflüssig
• Mobile IP sowie Vereinfachung von Umnummerierung und Multihoming
• Implementierung von IPsec innerhalb des IPv6-Standards.[11] Dadurch wird die Verschlüsselung und die Überprüfung der Authentizität von IP-Paketen ermöglicht.
• Unterstützung von Netztechniken wie Quality of Service und Multicast

Die hauptsächliche Motivation zur Vergrößerung des Adressraums besteht in der Wahrung des Ende-zu-Ende-Prinzips[13], das ein zentrales Designprinzip des Internets ist:[14] Nur die Endknoten des Netzes sollen aktive Protokolloperationen ausführen, das Netz zwischen den Endknoten ist nur für die Weiterleitung der Datenpakete zuständig. (Das Internet unterscheidet sich hier wesentlich von anderen digitalen Datenübertragungsnetzwerken wie z. B. GSM.) Dazu ist es notwendig, dass jeder Netzknoten global eindeutig adressierbar ist.[13]

Heute übliche Verfahren wie Network Address Translation (NAT), welche derzeit die IPv4-Adressknappheit umgehen, verletzen das Ende-zu-Ende-Prinzip.[15] Sie ermöglichen den so angebundenen Rechnern nur ausgehende Verbindungen aufzubauen. Aus dem Internet können diese hingegen nicht ohne weiteres kontaktiert werden. Auch verlassen sich IPsec oder Protokolle auf höheren Schichten wie z. B. FTP und SIP teilweise auf das Ende-zu-Ende-Prinzip und sind mit NAT nur eingeschränkt oder mittels Zusatzlösungen funktionsfähig.[16] Besonders für Heimanwender bedeutet IPv6 damit einen Paradigmenwechsel: Anstatt vom Provider nur eine einzige IP-Adresse zugewiesen zu bekommen und über NAT mehrere Geräte ans Internet anzubinden, bekommt der Anwender global eindeutigen IP-Adressraum für ein ganzes Teilnetz zur Verfügung gestellt, so dass jedes seiner Geräte eine IP-Adresse aus diesem erhalten kann. Damit wird es für Endbenutzer einfacher, durch das Anbieten von Diensten aktiv am Netz teilzunehmen. Zudem entfallen die Probleme, die bei NAT durch die Adressumschreibung entstehen.

Bei der Wahl der Adresslänge und damit der Größe des zur Verfügung stehenden Adressraums waren mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Zum einen müssen pro Datenpaket auch Quell- und Ziel-IP-Adresse übertragen werden. Längere IP-Adressen führen damit zu erhöhtem Protokoll-Overhead, d. h. das Verhältnis zwischen tatsächlichen Nutzdaten und der zur Vermittlung notwendigen Protokolldaten sinkt.[17] Auf der anderen Seite sollte dem zukünftigen Wachstum des Internets Rechnung getragen werden. Zudem sollte es zur Verhinderung der Fragmentierung des Adressraums möglich sein, einer Organisation nur ein einziges Mal Adressraum zuweisen zu müssen. Um den Prozess der Autokonfiguration sowie Umnummerierung und Multihoming zu vereinfachen, war es außerdem wünschenswert, einen festen Teil der Adresse zur netzunabhängigen eindeutigen Identifikation eines Netzknotens zu reservieren. Die letzten 64 Bit der Adresse bestehen daher in der Regel aus der EUI-64 der Netzwerkschnittstelle des Knotens.

Adressaufbau von IPv6

IPv6-Adressen sind 128 Bit lang (IPv4: 32 Bit). Die letzten 64 Bit bilden bis auf Sonderfälle einen für die Netzwerkschnittstelle (engl. Interface) eindeutigen Interface Identifier. Eine Netzwerkschnittstelle kann unter mehreren IP-Adressen erreichbar sein; in der Regel ist sie dies mittels ihrer link-lokalen Adresse und einer global eindeutigen Adresse. Derselbe Interface Identifier kann damit Teil mehrerer IPv6-Adressen sein, welche mit verschiedenen Präfixen auf dieselbe Netzwerkkarte gebunden sind. Insbesondere gilt dies auch für Präfixe möglicherweise verschiedener Provider; dies vereinfacht Multihoming-Verfahren.

Da die Erzeugung des Interface Identifiers aus der global eindeutigen MAC-Adresse die Nachverfolgung von Benutzern ermöglicht, wurden die Privacy Extensions (RFC 4941) entwickelt, um diese permanente Kopplung der Benutzeridentität an die IPv6-Adressen aufzuheben. Indem der Interface Identifier zufällig generiert wird und regelmäßig wechselt, soll ein Teil der Anonymität von IPv4 wiederhergestellt werden.

Da im Privatbereich in der IPv6-Adresse aber sowohl der Interface Identifier als auch das Präfix allein recht sicher auf einen Nutzer schließen lassen können, ist aus Datenschutzgründen in Verbindung mit den Privacy Extensions ein vom Provider dynamisch zugewiesenes, z. B. täglich wechselndes, Präfix wünschenswert. (Mit einer statischen Adresszuteilung geht in der Regel insbesondere ein Eintrag in der öffentlichen Whois-Datenbank einher.) Dabei ist es wie oben beschrieben grundsätzlich möglich, auf derselben Netzwerkkarte sowohl IPv6-Adressen aus dynamischen als auch aus fest zugewiesenen Präfixen parallel zu verwenden. In Deutschland hat der Deutsche IPv6-Rat Datenschutzleitlinien formuliert, die auch eine dynamische Zuweisung von IPv6-Präfixen vorsehen.

Adressnotation

Die textuelle Notation von IPv6-Adressen ist in Abschnitt 2.2 von RFC 4291 beschrieben:

1. IPv6-Adressen werden gewöhnlicherweise hexadezimal (IPv4: dezimal) notiert, wobei die Zahl in acht Blöcke zu jeweils 16 Bit (4 Hexadezimalstellen) unterteilt wird. Diese Blöcke werden durch Doppelpunkte (IPv4: Punkte) getrennt notiert: 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344.
2. Führende Nullen innerhalb eines Blockes dürfen ausgelassen werden: 2001:0db8:0000:08d3:0000:8a2e:0070:7344 ist gleichbedeutend mit 2001:db8:0:8d3:0:8a2e:70:7344.
3. Ein oder mehrere aufeinander folgende Blöcke, deren Wert 0 (bzw. 0000) beträgt, dürfen ausgelassen werden. Dies wird durch zwei aufeinander folgende Doppelpunkte angezeigt: 2001:0db8:0:0:0:0:1428:57ab ist gleichbedeutend mit 2001:db8::1428:57ab.
4. Die Reduktion durch Regel 3 darf nur einmal durchgeführt werden, das heißt, es darf höchstens eine zusammenhängende Gruppe aus Null-Blöcken in der Adresse ersetzt werden. Die Adresse 2001:0db8:0:0:8d3:0:0:0 darf demnach entweder zu 2001:db8:0:0:8d3:: oder 2001:db8::8d3:0:0:0 gekürzt werden; 2001:db8::8d3:: ist unzulässig, da dies mehrdeutig ist und fälschlicherweise z. B. auch als 2001:db8:0:0:0:8d3:0:0 interpretiert werden könnte.
5. Ebenfalls darf für die letzten vier Bytes (also 32 Bits) der Adresse die herkömmliche dezimale Notation verwendet werden. So ist ::ffff:127.0.0.1 eine alternative Schreibweise für ::ffff:7f00:1. Diese Schreibweise wird vor allem bei Einbettung des IPv4-Adressraums in den IPv6-Adressraum verwendet.

URL-Notation von IPv6-Adressen

In einer URL wird die IPv6-Adresse in eckige Klammern eingeschlossen, z. B.:

http://[2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344]/

Diese Notation verhindert die fälschliche Interpretation von Portnummern als Teil der IPv6-Adresse:

http://[2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344]:8080/

Netznotation

IPv6-Netzwerke werden in der CIDR-Notation aufgeschrieben. Dazu werden die erste Adresse (bzw. die Netzadresse) und die Länge des Präfixes in Bits getrennt durch einen Schrägstrich notiert. Zum Beispiel steht

2001:0db8:1234::/48

für das Netzwerk mit den Adressen 2001:0db8:1234:0000:0000:0000:0000:0000 bis 2001:0db8:1234:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff

Die Größe eines IPv6-Netzwerkes (oder Subnetzwerkes) im Sinne der Anzahl der vergebbaren Adressen in diesem Netz muss also eine Zweierpotenz sein. Da ein einzelner Host auch als Netzwerk mit einem 128 Bit langen Präfix betrachtet werden kann, werden Host-Adressen manchmal mit einem angehängten „/128“ geschrieben.

Quellenangaben

http://de.wikipedia.org/

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