IPv6 - Kurzanleitung

Internet Protocol Version 6 ist ein neues Adressierungsprotokoll, das alle Anforderungen des zukünftigen Internets erfüllt, die uns als Internet Version 2 bekannt sind. Dieses Protokoll funktioniert als Vorgänger IPv4 auf der Netzwerkschicht (Schicht 3). Dieses Protokoll bietet nicht nur eine enorme Menge an logischem Adressraum, sondern verfügt auch über zahlreiche Funktionen, die den heutigen Mangel an IPv4 beheben.

Warum neue IP-Version?

Bisher hat sich IPv4 als robustes routingfähiges Adressierungsprotokoll bewährt und dient dem Menschen seit Jahrzehnten mit seinem Best-Effort-Delivery-Mechanismus. Es wurde in den frühen 80ern entworfen und bekam danach keine größeren Änderungen. Zum Zeitpunkt seiner Geburt war das Internet für seine Forschung nur auf wenige Universitäten und das Verteidigungsministerium beschränkt. IPv4 ist 32 Bit lang und bietet ungefähr 4.294.967.296 (2 32 ) Adressen. Dieser Adressraum wurde damals als mehr als ausreichend angesehen. Im Folgenden sind die wichtigsten Punkte aufgeführt, die bei der Geburt von IPv6 eine Schlüsselrolle gespielt haben:

  • Das Internet ist exponentiell gewachsen und der von IPv4 zugelassene Adressraum ist gesättigt. Es besteht eine Protokollanforderung, die die Anforderungen zukünftiger Internetadressen erfüllen kann, von denen erwartet wird, dass sie auf unerwartete Weise wachsen.

  • Durch die Verwendung von Funktionen wie NAT wurde das Internet nicht mehr zusammenhängend, dh ein Teil, der zum Intranet gehört, verwendet hauptsächlich private IP-Adressen. Das muss eine Reihe von Mechanismen durchlaufen, um den anderen Teil, das Internet, zu erreichen, das sich auf öffentlichen IP-Adressen befindet.

  • IPv4 allein bietet keine Sicherheitsfunktion, die anfällig ist, da Daten im Internet, die gemeinfrei sind, niemals sicher sind. Daten müssen mit einer anderen Sicherheitsanwendung verschlüsselt werden, bevor sie ins Internet gesendet werden.

  • Die Datenpriorisierung in IPv4 ist nicht aktuell. IPv4 verfügt zwar nur über wenige Bits, die für die Art des Dienstes oder die Qualität des Dienstes reserviert sind, bietet jedoch nicht viele Funktionen.

  • IPv4-fähige Clients können manuell konfiguriert werden oder benötigen einen Adresskonfigurationsmechanismus. Es gibt keine Technik, mit der ein Gerät so konfiguriert werden kann, dass es eine global eindeutige IP-Adresse hat.

Warum nicht IPv5?

Bis heute wurde erkannt, dass das Internetprotokoll nur IPv4 enthält. Die Versionen 0 bis 3 wurden verwendet, während sich das Protokoll selbst in der Entwicklung und im experimentellen Prozess befand. Wir können also davon ausgehen, dass viele Hintergrundaktivitäten aktiv bleiben, bevor ein Protokoll in Produktion geht. In ähnlicher Weise wurde Protokollversion 5 verwendet, während mit dem Stream-Protokoll für das Internet experimentiert wurde. Es ist uns als Internet Stream Protocol bekannt, das das Internetprotokoll Nummer 5 zur Kapselung seines Datagramms verwendete. Es wurde zwar nie öffentlich genutzt, aber es wurde bereits genutzt.

Hier ist eine Tabelle der IP-Version und ihrer Verwendung:

Kurze Geschichte

Nach der Entwicklung von IPv4 in den frühen 80er Jahren begann der verfügbare IPv4-Adresspool schnell zu schrumpfen, da die Nachfrage nach Adressen mit dem Internet exponentiell zunahm. Unter Berücksichtigung der Situation, die sich möglicherweise ergeben könnte, leitete die IETF 1994 die Entwicklung eines Adressierungsprotokolls ein, das IPv4 ersetzen soll. Der Fortschritt von IPv6 kann mithilfe des veröffentlichten RFC verfolgt werden:

  • 1998 - RFC 2460 - Basisprotokoll

  • 2003 - RFC 2553 - Basic Socket API

  • 2003 - RFC 3315 - DHCPv6

  • 2004 - RFC 3775 - Mobiles IPv6

  • 2004 - RFC 3697 - Durchflussetikettenspezifikation

  • 2006 - RFC 4291 - Adressarchitektur (Überarbeitung)

  • 2006 - RFC 4294 - Knotenanforderung

06. Juni 2012 Einige Internetgiganten haben sich entschieden, ihre Server auf IPv6 zu stellen. Derzeit verwenden sie den Dual-Stack-Mechanismus, um IPv6 parallel zu IPv4 zu implementieren.

Der Nachfolger von IPv4 ist nicht abwärtskompatibel. IPv6 wird komplett neu gestaltet, um die grundlegenden Funktionen der IP-Adressierung beizubehalten. Es bietet die folgenden Funktionen:

  • Larger Address Space:

    Im Gegensatz zu IPv4 verwendet IPv6 viermal mehr Bits, um ein Gerät im Internet zu adressieren. Diese Menge an zusätzlichen Bits kann ungefähr 3,4 × 10 38 verschiedene Kombinationen von Adressen bereitstellen . Diese Adresse kann die aggressive Anforderung der Adresszuteilung für fast alles auf dieser Welt akkumulieren. Nach einer Schätzung können jedem Quadratmeter dieser Erde 1564 Adressen zugewiesen werden.

  • Simplified Header:

    Der IPv6-Header wurde vereinfacht, indem alle unnötigen Informationen und Optionen (die im IPv4-Header vorhanden sind) an das Ende des IPv6-Headers verschoben wurden. Der IPv6-Header ist nur doppelt so groß wie der IPv4-Header, sofern die IPv6-Adresse viermal länger ist.

  • End-to-end Connectivity:

    Jedes System verfügt jetzt über eine eindeutige IP-Adresse und kann das Internet ohne Verwendung von NAT oder anderen übersetzenden Komponenten durchlaufen. Nachdem IPv6 vollständig implementiert wurde, kann jeder Host einen anderen Host im Internet direkt erreichen, mit einigen Einschränkungen wie Firewall, Richtlinien der Organisation usw.

  • Auto-configuration:

    IPv6 unterstützt sowohl den statusbehafteten als auch den zustandslosen automatischen Konfigurationsmodus seiner Hostgeräte. Auf diese Weise wird durch das Fehlen eines DHCP-Servers die Kommunikation zwischen den Segmenten nicht gestoppt.

  • Faster Forwarding/Routing:

    Der vereinfachte Header fügt alle unnötigen Informationen am Ende des Headers ein. Alle Informationen im ersten Teil des Headers sind ausreichend, damit ein Router eine Routing-Entscheidung treffen kann, sodass die Routing-Entscheidung genauso schnell getroffen wird wie der obligatorische Header.

  • IPSec:

    Ursprünglich wurde entschieden, dass IPv6 über IPSec-Sicherheit verfügen muss, wodurch es sicherer als IPv4 ist. Diese Funktion wurde jetzt optional gemacht.

  • No Broadcast:

    Obwohl Ethernet / Token Ring als Broadcast-Netzwerk betrachtet werden, weil sie Broadcasting unterstützen, hat IPv6 keine Broadcast-Unterstützung mehr. Es verwendet Multicast, um mit mehreren Hosts zu kommunizieren.

  • Anycast Support:

    Dies ist ein weiteres Merkmal von IPv6. IPv6 hat den Anycast-Modus für das Paketrouting eingeführt. In diesem Modus wird mehreren Schnittstellen über das Internet dieselbe Anycast-IP-Adresse zugewiesen. Während des Routings sendet der Router das Paket an das nächstgelegene Ziel.

  • Mobility:

    IPv6 wurde unter Berücksichtigung der Mobilitätsfunktion entwickelt. Mit dieser Funktion können Hosts (z. B. Mobiltelefone) in verschiedenen geografischen Gebieten herumlaufen und mit derselben IP-Adresse verbunden bleiben. Die IPv6-Mobilitätsfunktion nutzt die automatische IP-Konfiguration und die Erweiterungsheader.

  • Enhanced Priority support:

    Wenn IPv4 6-Bit-DSCP (Differential Service Code Point) und 2-Bit-ECN (Explicit Congestion Notification) verwendet, um Quality of Service bereitzustellen, kann es jedoch nur verwendet werden, wenn die End-to-End-Geräte dies unterstützen, dh die Quelle und das Ziel Gerät und zugrunde liegendes Netzwerk müssen dies unterstützen.

    In IPv6 werden Verkehrsklasse und Flussbezeichnung verwendet, um den zugrunde liegenden Routern mitzuteilen, wie das Paket effizient verarbeitet und weitergeleitet werden soll.

  • Smooth Transition:

    Das große IP-Adressschema in IPv6 ermöglicht die Zuweisung von Geräten mit global eindeutigen IP-Adressen. Dies stellt sicher, dass kein Mechanismus zum Speichern von IP-Adressen wie NAT erforderlich ist. So können Geräte Daten untereinander senden / empfangen, beispielsweise können VoIP und / oder beliebige Streaming-Medien sehr effizient verwendet werden.

    Eine andere Tatsache ist, dass der Header weniger geladen ist, sodass Router eine Weiterleitungsentscheidung treffen und diese so schnell wie möglich weiterleiten können.

  • Extensibility:

    Einer der Hauptvorteile des IPv6-Headers besteht darin, dass es erweiterbar ist, weitere Informationen im Optionsteil hinzuzufügen. IPv4 bietet nur 40 Byte für Optionen, während Optionen in IPv6 so groß sein können wie das IPv6-Paket selbst.

Im Computernetzwerk bezieht sich der Adressierungsmodus auf den Mechanismus, wie wir einen Host im Netzwerk adressieren. IPv6 bietet verschiedene Arten von Modi, mit denen ein einzelner Host angesprochen werden kann, mehr als ein Host gleichzeitig angesprochen werden kann oder der Host in nächster Entfernung angesprochen werden kann.

Unicast

Im Unicast-Adressierungsmodus wird eine IPv6-Schnittstelle (Host) in einem Netzwerksegment eindeutig identifiziert. Das IPv6-Paket enthält sowohl Quell- als auch Ziel-IP-Adressen. Eine Host-Schnittstelle ist mit einer IP-Adresse ausgestattet, die in diesem Netzwerksegment eindeutig ist. Ein Netzwerk-Switch oder -Router sendet beim Empfang eines Unicast-IP-Pakets, das für einen einzelnen Host bestimmt ist, an eine seiner ausgehenden Schnittstellen, die eine Verbindung zu diesem bestimmten Host herstellen.

[ Bild: Unicast Messaging ]

Multicast

Der IPv6-Multicast-Modus ist der gleiche wie der von IPv4. Das an mehrere Hosts bestimmte Paket wird an eine spezielle Multicast-Adresse gesendet. Alle Hosts, die an diesen Multicast-Informationen interessiert sind, müssen zuerst dieser Multicast-Gruppe beitreten. Alle Schnittstellen, die der Gruppe beigetreten sind, empfangen das Multicast-Paket und verarbeiten es, während andere Hosts, die nicht an Multicast-Paketen interessiert sind, die Multicast-Informationen ignorieren.

[ Bild: Multicast Messaging ]

Anycast

IPv6 hat eine neue Art der Adressierung eingeführt, die als Anycast-Adressierung bezeichnet wird. In diesem Adressierungsmodus wird mehreren Schnittstellen (Hosts) dieselbe Anycast-IP-Adresse zugewiesen. Wenn ein Host mit einem Host kommunizieren möchte, der mit einer Anycast-IP-Adresse ausgestattet ist, wird eine Unicast-Nachricht gesendet. Mithilfe eines komplexen Routing-Mechanismus wird diese Unicast-Nachricht in Bezug auf die Routing-Kosten an den Host gesendet, der dem Absender am nächsten liegt.

[ Bild: Anycast Messaging ]

Nehmen wir ein Beispiel für TutorialPoints.com-Webserver auf allen Kontinenten. Angenommen, allen Webservern wird eine einzelne IPv6-Anycast-IP-Adresse zugewiesen. Wenn ein Benutzer aus Europa TutorialsPoint.com erreichen möchte, verweist der DNS auf den Server, der sich physisch in Europa befindet. Wenn ein Benutzer aus Indien versucht, Tutorialspoint.com zu erreichen, verweist der DNS auf den Webserver, der sich nur in Asien befindet. Die nächstgelegenen oder nächstgelegenen Begriffe werden in Bezug auf die Routingkosten verwendet.

In der obigen Abbildung wird die Anforderung an den Server mit den niedrigsten Routingkosten weitergeleitet, wenn ein Clientcomputer versucht, einen Server zu erreichen.

Hexadezimalzahlensystem

Bevor wir das IPv6-Adressformat einführen, werden wir uns mit dem Hexadezimalzahlensystem befassen. Hexadezimal ist ein Positionszahlensystem, das einen Radix (Basis) von 16 verwendet. Um die Werte in lesbarem Format darzustellen, verwendet dieses System 0-9 Symbole, um Werte von null bis neun darzustellen, und ein AF-Symbol, um Werte von zehn bis fünfzehn darzustellen. Jede hexadezimale Ziffer kann Werte von 0 bis 15 darstellen.

[ Bild: Umrechnungstabelle ]

Adressstruktur

Eine IPv6-Adresse besteht aus 128 Bit, die in acht 16-Bit-Blöcke unterteilt sind. Jeder Block wird dann in 4-stellige Hexadezimalzahlen umgewandelt, die durch ein Doppelpunktsymbol getrennt sind.

Das Folgende ist beispielsweise eine 128-Bit-IPv6-Adresse, die im Binärformat dargestellt und in acht 16-Bit-Blöcke unterteilt ist:

0010000000000001 0000000000000000 0011001000110100 1101111111100001 0000000001100011 0000000000000000 00000000000000 1111111011111011

Jeder Block wird dann in hexadezimal konvertiert und durch das Symbol ':' getrennt:

2001: 0000: 3238: DFE1: 0063: 0000: 0000: FEFB

Auch nach der Konvertierung in das Hexadezimalformat bleibt die IPv6-Adresse lang. IPv6 bietet einige Regeln zum Verkürzen der Adresse. Diese Regeln sind:

Rule:1 Führende führende Nullen verwerfen:

In Block 5, 0063 können die führenden zwei Nullen weggelassen werden, wie z. B. (5. Block):

2001: 0000: 3238: DFE1: 63: 0000: 0000: FEFB

Rule:2 Wenn zwei oder mehr Blöcke aufeinanderfolgende Nullen enthalten, lassen Sie sie alle weg und ersetzen Sie sie durch ein Doppelpunktzeichen ::, z. B. (6. und 7. Block):

2001: 0000: 3238: DFE1: 63 :: FEFB

Aufeinanderfolgende Nullenblöcke können nur einmal durch :: ersetzt werden. Wenn die Adresse noch Nullenblöcke enthält, können sie auf eine einzelne Null verkleinert werden, z. B. (2. Block):

2001: 0: 3238: DFE1: 63 :: FEFB

Schnittstellen-ID

IPv6 verfügt über drei verschiedene Arten von Unicast-Adressschemata. Die zweite Hälfte der Adresse (die letzten 64 Bit) wird immer für die Schnittstellen-ID verwendet. Die MAC-Adresse eines Systems besteht aus 48 Bit und wird hexadezimal dargestellt. Die MAC-Adresse gilt weltweit als eindeutig vergeben. Die Schnittstellen-ID nutzt diese Eindeutigkeit von MAC-Adressen. Ein Host kann seine Schnittstellen-ID mithilfe des EUI-64-Formats (Extended Unique Identifier) ​​von IEEE automatisch konfigurieren. Zunächst teilt ein Host seine eigene MAC-Adresse in zwei 24-Bit-Hälften. Dann wird der 16-Bit-Hex-Wert 0xFFFE in diese beiden Hälften der MAC-Adresse eingefügt, was zu einer 64-Bit-Schnittstellen-ID führt.

[ Bild: EUI-64-Schnittstellen-ID ]

Globale Unicast-Adresse

Dieser Adresstyp entspricht der öffentlichen Adresse von IPv4. Globale Unicast-Adressen in IPv6 sind global identifizierbar und eindeutig adressierbar.

[ Bild: Globale Unicast-Adresse ]

Globales Routing-Präfix: Die wichtigsten 48-Bit-Elemente werden als globales Routing-Präfix bezeichnet, das einem bestimmten autonomen System zugewiesen ist. Drei höchstwertige Bits des globalen Routing-Präfixes werden immer auf 001 gesetzt.

Link-lokale Adresse

Die automatisch konfigurierte IPv6-Adresse wird als Link-Local-Adresse bezeichnet. Diese Adresse beginnt immer mit FE80. Die ersten 16 Bits der Link-Local-Adresse werden immer auf 1111 1110 1000 0000 (FE80) gesetzt. Die nächsten 48 Bits werden auf 0 gesetzt, also:

[ Bild: Link-Local Address ]

Link-Local-Adressen werden nur für die Kommunikation zwischen IPv6-Hosts über eine Verbindung (Broadcast-Segment) verwendet. Diese Adressen sind nicht routingfähig, sodass ein Router diese Adressen niemals außerhalb der Verbindung weiterleitet.

Eindeutige lokale Adresse

Diese Art von IPv6-Adresse ist zwar global eindeutig, sollte jedoch in der lokalen Kommunikation verwendet werden. Diese Adresse hat die zweite Hälfte der Schnittstellen-ID und die erste Hälfte ist in Präfix, lokales Bit, globale ID und Subnetz-ID unterteilt.

[ Bild: Eindeutige lokale Adresse ]

Das Präfix wird immer auf 1111 110 gesetzt. L-Bit, das auf 1 gesetzt wird, wenn die Adresse lokal zugewiesen ist. Bisher ist die Bedeutung von L-Bit bis 0 nicht definiert. Daher beginnt die eindeutige lokale IPv6-Adresse immer mit 'FD'.

Umfang der IPv6-Unicast-Adressen:

[ Bild: IPv6-Unicast-Adressbereich ]

Der Umfang der Link-Local-Adresse ist auf das Segment beschränkt. Eindeutige lokale Adressen sind zwar lokal global, werden jedoch nicht über das Internet weitergeleitet, wodurch sich ihr Umfang auf die Unternehmensgrenzen beschränkt. Globale Unicast-Adressen sind global eindeutig und erkennbar. Sie machen das Wesentliche der Internet v2-Adressierung.

Version 6 hat eine etwas komplexere Struktur der IP-Adresse als die von IPv4. IPv6 hat nur wenige Adressen und Adressnotationen für spezielle Zwecke reserviert. Siehe folgende Tabelle:

Besondere Adressen:

  • Wie in der obigen Tabelle gezeigt, gibt die Adresse 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0/128 nichts an und wird als nicht spezifizierte Adresse bezeichnet. Nach der Vereinfachung werden alle Nullen auf :: / 128 komprimiert.

  • In IPv4 repräsentiert die Adresse 0.0.0.0 mit der Netzmaske 0.0.0.0 die Standardroute. Das gleiche Konzept gilt auch für IPv6, Adresse 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0, wobei die Netzmaske alle Nullen die Standardroute darstellt. Nach dem Anwenden der IPv6-Einfachregel wird diese Adresse auf :: / 0 komprimiert.

  • Loopback-Adressen in IPv4 werden durch die Serien 127.0.0.1 bis 127.255.255.255 dargestellt. In IPv6 steht jedoch nur die Adresse 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 1/128 für die Loopback-Adresse. Nach dem einfachen Löschen der Loopback-Adresse kann diese als :: 1/128 dargestellt werden.

Reservierte Multicast-Adresse für Routing-Protokolle:

  • Die obige Tabelle zeigt reservierte Multicast-Adressen, die vom internen Routing-Protokoll verwendet werden.

  • Alle Adressen werden auf ähnliche IPv4-Weise reserviert

Reservierte Multicast-Adresse für Router / Knoten:

  • Diese Adressen helfen Routern und Hosts, mit verfügbaren Routern und Hosts in einem Segment zu sprechen, ohne mit einer IPv6-Adresse konfiguriert zu sein. Hosts verwenden die EUI-64-basierte automatische Konfiguration, um eine IPv6-Adresse selbst zu konfigurieren, und sprechen dann über diese Adressen mit verfügbaren Hosts / Routern im Segment.

Das Wunder von IPv6 liegt in seinem Header. Die IPv6-Adresse ist viermal größer als IPv4, aber der IPv6-Header ist nur zweimal größer als der von IPv4. IPv6-Header haben einen festen Header und null oder mehr optionale (Erweiterungs-) Header. Alle notwendigen Informationen, die für einen Router wichtig sind, werden im festen Header gespeichert. Der Erweiterungsheader enthält optionale Informationen, die den Routern helfen, den Umgang mit einem Paket / Fluss zu verstehen.

Header behoben

[ Bild: IPv6 Fixed Header ]

Der feste IPv6-Header ist 40 Byte lang und enthält die folgenden Informationen.

SN Feld Beschreibung
1

Version (4 Bit): Dies ist die Version des Internetprotokolls, dh 0110.

2

Traffic Class(8 Bit): Diese 8 Bit sind in zwei Teile unterteilt. Die höchstwertigen 6 Bits werden für den Diensttyp verwendet, der dem Router mitteilt, welche Dienste für dieses Paket bereitgestellt werden sollen. Für die explizite Überlastungsbenachrichtigung (ECN) werden niedrigstwertige 2 Bits verwendet.

3

Flow Label(20 Bit): Dieses Label wird verwendet, um den sequentiellen Fluss der zu einer Kommunikation gehörenden Pakete aufrechtzuerhalten. Die Quelle kennzeichnet die Sequenz, mit deren Hilfe der Router erkennen kann, dass dieses Paket zu einem bestimmten Informationsfluss gehört. Dieses Feld hilft, eine Neuordnung von Datenpaketen zu vermeiden. Es ist für Streaming- / Echtzeitmedien konzipiert.

4

Payload Length(16 Bit): In diesem Feld wird den Routern mitgeteilt, wie viele Informationen dieses Paket in seiner Nutzlast enthält. Die Nutzlast besteht aus Erweiterungsheadern und Daten der oberen Schicht. Mit 16 Bit können bis zu 65535 Bytes angegeben werden. Wenn jedoch Erweiterungsheader Hop-by-Hop-Erweiterungsheader enthalten, kann die Nutzlast 65535 Byte überschreiten, und dieses Feld wird auf 0 gesetzt.

5

Next Header(8 Bit): In diesem Feld wird entweder der Typ des Erweiterungsheaders angegeben, oder wenn der Erweiterungsheader nicht vorhanden ist, wird die PDU der oberen Schicht angegeben. Die Werte für den Typ der PDU der oberen Schicht sind dieselben wie für IPv4.

6

Hop Limit(8 Bit): Dieses Feld wird verwendet, um die Endlosschleife des Pakets zu stoppen. Dies entspricht TTL in IPv4. Der Wert des Felds "Hop Limit" wird beim Passieren einer Verbindung (Router / Hop) um 1 verringert. Wenn das Feld 0 erreicht, wird das Paket verworfen.

7

Source Address (128 Bit): Dieses Feld gibt die Adresse des Absenders des Pakets an.

8

Destination Address (128 Bit): Dieses Feld gibt die Adresse des beabsichtigten Empfängers des Pakets an.

Erweiterungsheader

In IPv6 enthält der feste Header nur Informationen, die erforderlich sind, und vermeidet Informationen, die entweder nicht erforderlich sind oder nur selten verwendet werden. Alle diese Informationen werden in Form von Erweiterungsheadern zwischen dem festen Header und dem Header der oberen Ebene abgelegt. Jeder Erweiterungsheader wird durch einen bestimmten Wert identifiziert.

Wenn Erweiterungsheader verwendet werden, zeigt das Feld Nächster Header des festen IPv6-Headers auf den ersten Erweiterungsheader. Wenn es noch einen Erweiterungsheader gibt, zeigt das Feld "Nächster Header" des ersten Erweiterungsheaders auf das zweite und so weiter. Das Feld "Nächster Header" des letzten Erweiterungsheaders zeigt auf den Header der oberen Ebene. Somit sind alle Header in einer verknüpften Listenweise vom Punkt zum nächsten.

Wenn das Feld Nächster Header den Wert 59 enthält, bedeutet dies, dass nach diesem Header kein Header vorhanden ist, nicht einmal der Header der oberen Ebene.

Die folgenden Erweiterungsheader müssen gemäß RFC 2460 unterstützt werden:

Die Reihenfolge der Erweiterungsheader sollte lauten:

Diese Überschriften:

  • 1. Sollte von First und nachfolgenden Zielen verarbeitet werden.

  • 2. Sollte von Final Destination verarbeitet werden.

Erweiterungsheader sind in einer verknüpften Liste nacheinander angeordnet, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

[ Bild: Verbundenes Format der Erweiterungsheader ]

In IPv4 muss ein Host, der mit einem anderen Host im Netzwerk kommunizieren möchte, zunächst eine IP-Adresse erhalten, die entweder über DHCP oder durch manuelle Konfiguration erfasst wird. Sobald ein Host mit einer gültigen IP-Adresse ausgestattet ist, kann er jetzt mit jedem Host im Subnetz sprechen. Um auf Schicht 3 zu kommunizieren, muss ein Host auch die IP-Adresse des anderen Hosts kennen. Die Kommunikation über eine Verbindung wird über in Hardware eingebettete MAC-Adressen hergestellt. Um die MAC-Adresse des Hosts zu kennen, dessen IP-Adresse bekannt ist, sendet ein Host ARP-Broadcast und im Gegenzug sendet der beabsichtigte Host seine MAC-Adresse zurück.

In IPv6 gibt es keinen Broadcast-Mechanismus. Es ist kein Muss für einen IPv6-fähigen Host, eine IP-Adresse von DHCP zu erhalten oder manuell zu konfigurieren, aber er kann seine eigene IP automatisch konfigurieren. Wie würde ein Host dann mit anderen im IPv6-fähigen Netzwerk kommunizieren?

ARP wurde durch das ICMPv6 Neighbor Discovery Protocol ersetzt.

Neighbor Discovery Protocol

Ein Host im IPv6-Netzwerk kann sich automatisch mit einer eindeutigen verbindungslokalen Adresse konfigurieren. Sobald es mit einer IPv6-Adresse ausgestattet ist, tritt es einer Reihe von Multicast-Gruppen bei. Die gesamte Kommunikation in Bezug auf dieses Segment erfolgt nur über diese Multicast-Adressen. Ein Host durchläuft in IPv6 eine Reihe von Zuständen:

  • Neighbor Solicitation: Nachdem alle IPv6s entweder manuell oder über den DHCP-Server oder durch automatische Konfiguration konfiguriert wurden, sendet der Host eine Neicbor Solicitation-Nachricht an FF02 :: 1/16 Multicast-Adresse für alle IPv6-Adressen, um zu wissen, dass niemand anderes diese belegt Adressen.

  • DAD (Duplicate Address Detection): Wenn der Host in Bezug auf seine Nachbaranforderungsnachricht nichts aus dem Segment abhört, wird davon ausgegangen, dass auf dem Segment keine doppelte Adresse vorhanden ist.

  • Neighbor Advertisement: Nachdem die Adressen den Schnittstellen zugewiesen und eingerichtet wurden, sendet der Host erneut eine Nachbarankündigungsnachricht, in der allen anderen Hosts im Segment mitgeteilt wird, dass er diese IPv6-Adressen seinen Schnittstellen zugewiesen hat.

Sobald ein Host mit der Konfiguration seiner IPv6-Adressen fertig ist, führt er die folgenden Schritte aus:

  • Router Solicitation: Ein Host sendet ein Router Solicitation-Multicast-Paket (FF02 :: 2/16) an sein Segment, um festzustellen, ob ein Router in diesem Segment vorhanden ist. Dies hilft dem Host, den Router als Standard-Gateway zu konfigurieren. Wenn der Standard-Gateway-Router ausfällt, kann der Host auf einen neuen Router wechseln und ihn zum Standard-Gateway machen.

  • Router Advertisement: Wenn ein Router eine Router Solicitation-Nachricht empfängt, antwortet er dem Host, der seine Anwesenheit auf diesem Link ankündigt.

  • Redirect: Dies kann die Situation sein, in der ein Router eine Router Solicitation-Anfrage empfängt, aber weiß, dass dies nicht das beste Gateway für den Host ist. In dieser Situation sendet der Router eine Redirect-Nachricht zurück, die dem Host mitteilt, dass ein besserer "Next-Hop" -Router verfügbar ist. Im nächsten Hop sendet der Host seine Daten an einen Host, der nicht zum selben Segment gehört.

In IPv4 wurden Adressen in Klassen erstellt. Klassische IPv4-Adressen definieren klar die für Netzwerkpräfixe verwendeten Bits und die für Hosts in diesem Netzwerk verwendeten Bits. Für das Subnetz in IPv4 spielen wir mit der standardmäßigen klassischen Netzmaske, mit der wir Host-Bits ausleihen können, die als Subnetz-Bits verwendet werden sollen. Dies führt zu mehreren Subnetzen, aber weniger Hosts pro Subnetz. Das heißt, wenn wir ein Host-Bit ausleihen, um ein Subnetz zu erstellen, dessen Verwendung für Host-Adressen uns weniger kostet.

IPv6-Adressen verwenden 128 Bit, um eine Adresse darzustellen, die Bits enthält, die für das Subnetz verwendet werden sollen. Die zweite Hälfte der Adresse (niedrigstwertige 64 Bit) wird immer nur für Hosts verwendet. Daher gibt es keine Kompromisse, wenn wir das Netzwerk subnetzieren.

[ Bild: IPv6-Subnetz ]

16 Bit Subnetz entsprechen dem IPv4-Netzwerk der Klasse B. Mit diesen Subnetzbits kann eine Organisation mehr als 65.000 Subnetze haben, was bei weitem mehr als genug ist.

Somit ist das Routing-Präfix / 64 und der Host-Teil 64 Bit. Wir können das Netzwerk jedoch weiter über 16 Bit Subnetz-ID hinaus subnetzieren und Host-Bit ausleihen. Es wird jedoch empfohlen, immer 64 Bit für Host-Adressen zu verwenden, da für die automatische Konfiguration 64 Bit erforderlich sind.

Das IPv6-Subnetz funktioniert nach dem gleichen Konzept wie die Subnetzmaskierung mit variabler Länge in IPv4.

Das Präfix / 48 kann einer Organisation zugewiesen werden, was den Vorteil bietet, dass bis zu / 64 Subnetzpräfixe vorhanden sind, dh 65535 Subnetzwerke mit jeweils 2 64 Hosts. Ein / 64-Präfix kann einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung zugewiesen werden, bei der nur zwei Hosts (oder IPv6-fähige Geräte) auf einer Verbindung vorhanden sind.

Ein Problem beim vollständigen Übergang von IPv4 zu IPv6 besteht darin, dass IPv6 nicht abwärtskompatibel ist. Dies führt zu einer Situation, in der sich entweder eine Site unter IPv6 befindet oder nicht. Im Gegensatz zu einer Implementierung einer neuen Technologie, bei der die neuere abwärtskompatibel ist, kann das ältere System ohne zusätzliche Änderungen weiterhin mit der neueren arbeiten.

Um dieses Manko zu überwinden, gibt es nur wenige Technologien, die für einen langsamen und reibungslosen Übergang von IPv4 zu IPv6 verwendet werden können:

Dual-Stack-Router

Ein Router kann mit IPv4- und IPv6-Adressen installiert werden, die auf seinen Schnittstellen konfiguriert sind und auf das Netzwerk des relevanten IP-Schemas verweisen.

[ Bild: Dual Stack Router ]

In der obigen Abbildung kann ein Server, für den IPv4- und IPv6-Adresse konfiguriert sind, jetzt mithilfe des Dual-Stack-Routers mit allen Hosts im IPv4-Netzwerk und im IPv6-Netzwerk sprechen. Dual Stack Router, kann mit beiden Netzwerken kommunizieren und bietet Hosts ein Medium für den Zugriff auf den Server, ohne die jeweilige IP-Version zu ändern.

Tunnelbau

In einem Szenario, in dem unterschiedliche IP-Versionen im Zwischenpfad oder Transitnetzwerk vorhanden sind, bietet das Tunneln eine bessere Lösung, bei der Benutzerdaten eine nicht unterstützte IP-Version durchlaufen können.

[ Bild: Tunnelbau ]

Das obige Diagramm zeigt, wie zwei Remote-IPv4-Netzwerke über Tunnel kommunizieren können, in dem sich das Transitnetzwerk auf IPv6 befand. Umgekehrt ist es auch möglich, wenn sich das Transitnetzwerk in IPv6 befindet und sich entfernte Standorte, die kommunizieren möchten, in IPv4 befinden.

NAT-Protokollübersetzung

Dies ist eine weitere wichtige Methode für den Übergang zu IPv6 mithilfe eines NAT-PT-fähigen Geräts (Network Address Translation - Protocol Translation). Mit Hilfe des NAT-PT-Geräts erfolgt die eigentliche Konvertierung zwischen IPv4- und IPv6-Paketen und umgekehrt. Siehe das folgende Diagramm:

[ Bild: NAT - Protokollübersetzung ]

Ein Host mit IPv4-Adresse sendet eine Anfrage an einen IPv6-fähigen Server im Internet, der die IPv4-Adresse nicht versteht. In diesem Szenario kann das NAT-PT-Gerät die Kommunikation unterstützen. Wenn der IPv4-Host ein Anforderungspaket an den IPv6-Server sendet, entfernt das NAT-PT-Gerät / der Router das IPv4-Paket, entfernt den IPv4-Header, fügt den IPv6-Header hinzu und leitet ihn über das Internet weiter. Wenn eine Antwort vom IPv6-Server für den IPv4-Host eingeht, macht der Router das Gegenteil.

Wenn ein Host mit einer Verbindung oder einem Netzwerk verbunden ist, erhält er eine IP-Adresse und die gesamte Kommunikation erfolgt über diese IP-Adresse auf dieser Verbindung. Sobald derselbe Host seinen physischen Standort ändert, dh in einen anderen Bereich / Subnetz / Netzwerk / Link wechselt, ändert sich seine IP-Adresse entsprechend und die gesamte Kommunikation auf dem Host unter Verwendung der alten IP-Adresse fällt aus.

Die IPv6-Mobilität bietet einen Mechanismus, mit dem ein Host zwischen verschiedenen Verbindungen wechseln kann, ohne dass die Kommunikation / Verbindung und die IP-Adresse verloren gehen.

An dieser Technologie sind mehrere Einheiten beteiligt:

  • Mobile Node: Das Gerät, das IPv6-Mobilität benötigt.

  • Home Link: Dieser Link ist mit dem Home-Subnetz-Präfix konfiguriert. Hier erhält das mobile IPv6-Gerät seine Home-Adresse.

  • Home Address: Dies ist die Adresse, die Mobile Node von Home Link erhält. Dies ist die permanente Adresse des mobilen Knotens. Wenn der mobile Knoten in derselben Home-Verbindung verbleibt, erfolgt die Kommunikation zwischen verschiedenen Entitäten wie gewohnt.

  • Home Agent: Dies ist ein Router, der als Registrar für mobile Knoten fungiert. Home Agent ist mit Home Link verbunden und verwaltet Informationen zu allen Mobilknoten, ihren Home-Adressen und ihren aktuellen IP-Adressen.

  • Foreign Link: Jeder andere Link, der nicht der Home Link von Mobile Node ist.

  • Care-of Address: Wenn ein mobiler Knoten eine Verbindung zu einem fremden Link herstellt, erhält er eine neue IP-Adresse des Subnetzes dieses fremden Links. Der Home Agent verwaltet die Informationen sowohl der Home-Adresse als auch der Care-of-Adresse. Dem mobilen Knoten können mehrere Care-of-Adressen zugewiesen werden, aber in jedem Fall ist nur eine Care-of-Adresse mit der Heimatadresse verbunden.

  • Correspondent Node: Jedes IPv6-Aktivierungsgerät, das eine Kommunikation mit dem mobilen Knoten beabsichtigt.

Mobilitätsbetrieb

Wenn der mobile Knoten in seiner Home-Verbindung verbleibt, erfolgt die gesamte Kommunikation über seine Home-Adresse. Wie nachfolgend dargestellt:

[ Bild: Mobiler Knoten mit Home Link verbunden ]

Wenn der mobile Knoten seinen Home Link verlässt und mit einem fremden Link verbunden ist, kommt die Mobilitätsfunktion von IPv6 ins Spiel. Nach dem Herstellen einer Verbindung zu Foreign Link erhält Mobile Node eine IPv6-Adresse von Foreign Link. Diese Adresse wird als Care-of-Adresse bezeichnet. Mobile Node sendet eine verbindliche Anfrage mit der neuen Care-of-Adresse an seinen Home Agent. Der Home Agent verbindet die Home-Adresse des mobilen Knotens mit der Care-of-Adresse und stellt einen Tunnel zwischen beiden her.

Immer wenn ein Korrespondenzknoten versucht, eine Verbindung mit dem mobilen Knoten (über seine Heimatadresse) herzustellen, fängt der Heimatagent das Paket ab und leitet es über den bereits eingerichteten Tunnel an die Care-of-Adresse des mobilen Knotens weiter.

[ Bild: Mobiler Knoten mit fremder Verbindung verbunden ]

Routenoptimierung

Wenn ein Korrespondenzknoten die Kommunikation initiiert, indem er Pakete an den Mobilknoten unter der Heimatadresse sendet, werden diese Pakete vom Heimagenten zum Mobilknoten getunnelt. Wenn der mobile Knoten im Routenoptimierungsmodus ein Paket vom entsprechenden Knoten empfängt, leitet er keine Antworten an den Home Agent weiter. Vielmehr sendet es sein Paket direkt an den Korrespondenzknoten unter Verwendung der Heimatadresse als Quelladresse. Dieser Modus ist optional und wird standardmäßig nicht verwendet.

Die Routing-Konzepte bleiben bei IPv6 gleich, aber fast alle Routing-Protokolle wurden entsprechend neu definiert. Wir haben in der Kommunikation im IPv6-Segment gesehen, wie ein Host mit seinem Gateway spricht. Routing ist ein Prozess zum Weiterleiten routingfähiger Daten, bei dem die beste Route unter mehreren verfügbaren Routen oder Pfaden zum Ziel ausgewählt wird. Ein Router ist ein Gerät, das Daten weiterleitet, die nicht explizit für ihn bestimmt sind.

Es gibt zwei Arten von Routing-Protokollen

  • Distance Vector Routing Protocol: Ein Router, der ein Distanzvektorprotokoll ausführt, kündigt seine verbundenen Routen an und lernt neue Routen von seinen Nachbarn. Die Routingkosten zum Erreichen eines Ziels werden mittels Hops zwischen Quelle und Ziel berechnet. Ein Router verlässt sich im Allgemeinen auf seinen Nachbarn, um die beste Pfadauswahl zu treffen, die auch als "Routing-by-Gerüchte" bezeichnet wird. RIP und BGP sind Distanzvektorprotokolle.

  • Link-State Routing Protocol: Dieses Protokoll bestätigt den Status eines Links und macht Werbung für seine Nachbarn. Informationen zu neuen Links werden von Peer-Routern gelernt. Nachdem alle Routing-Informationen konvergiert wurden, verwendet das Link-State Routing Protocol einen eigenen Algorithmus, um den besten Pfad zu allen verfügbaren Links zu berechnen. OSPF und IS-IS sind Routing-Protokolle für den Verbindungsstatus und beide verwenden den Shortest Path First-Algorithmus von Dijkstra.

Routing-Protokolle können in zwei Kategorien unterteilt werden:

  • Interior Routing Protocol: Protokolle in diesen Kategorien werden in einem autonomen System oder einer autonomen Organisation verwendet, um Routen auf alle Router innerhalb ihrer Grenzen zu verteilen. Beispiele: RIP, OSPF.

  • Exterior Routing Protocol: Während ein externes Routing-Protokoll Routing-Informationen zwischen zwei verschiedenen autonomen Systemen oder Organisationen verteilt. Beispiele: BGP.

Routing-Protokolle

  • RIPng

    RIPng steht für Routing Information Protocol Next Generation. Dies ist ein Interior Routing-Protokoll und ein Distanzvektorprotokoll. RIPng wurde aktualisiert, um IPv6 zu unterstützen.

  • OSPFv3

  • Open Shortest Path First Version 3 ist ein Interior Routing-Protokoll, das zur Unterstützung von IPv6 geändert wurde. Dies ist ein Link-State-Protokoll und verwendet den Algorithmus "Shortest Path First" von Djikrasta, um den besten Pfad zu allen Zielen zu berechnen.

  • BGPv4

    BGP steht für Border Gateway Protocol. Es ist das einzige verfügbare offene Standard-Exterior-Gateway-Protokoll. BGP ist ein Distanzvektorprotokoll, das das autonome System als Berechnungsmetrik anstelle der Anzahl der Router als Hop verwendet. BGPv4 ist ein Upgrade von BGP zur Unterstützung des IPv6-Routings.

Protokolle wurden geändert, um IPv6 zu unterstützen:

  • ICMPv6: Internet Control Message Protocol Version 6 ist eine aktualisierte Implementierung von ICMP, um den IPv6-Anforderungen gerecht zu werden. Dieses Protokoll wird für Diagnosefunktionen, Fehler- und Informationsmeldungen sowie statistische Zwecke verwendet. Das Neighbor Discovery Protocol von ICMPv6 ersetzt ARP und hilft beim Erkennen von Nachbarn und Routern auf der Verbindung.

  • DHCPv6: Dynamic Host Configuration Protocol Version 6 ist eine Implementierung von DHCP. IPv6-fähige Hosts benötigen jedoch keinen DHCPv6-Server, um die IP-Adresse abzurufen, da sie automatisch konfiguriert werden können. Sie benötigen auch kein DHCPv6, um den DNS-Server zu finden, da DNS über das ICMPv6 Neighbor Discovery Protocol erkannt und konfiguriert werden kann. DHCPv6 Server kann jedoch verwendet werden, um diese Informationen bereitzustellen.

  • DNS: Es gab keine neue Version von DNS, aber es ist jetzt mit Erweiterungen ausgestattet, um die Abfrage von IPv6-Adressen zu unterstützen. Ein neuer AAAA-Datensatz (Quad-A) wurde hinzugefügt, um IPv6-Abfragenachrichten zu beantworten. Jetzt kann DNS mit beiden IP-Versionen (4 und 6) antworten, ohne das Abfrageformat zu ändern.

IPv4 ist seit 1982 ein unbestrittener Marktführer im Internet. Mit der Erschöpfung des Adressraums von IPv4 übernimmt IPv6 nun die Kontrolle über das Internet, das als Internet2 bezeichnet wird.

IPv4 ist weit verbreitet und die Migration auf IPv6 wäre nicht einfach. Bisher konnte IPv6 den Adressraum von IPv4 um weniger als 1% durchdringen.

Die Welt hat am 08. Juni 2011 den 'World IPv6 Day' mit dem Ziel gefeiert, die IPv6-Adresse über das Internet vollständig zu testen. Am 06. Juni 2012 hat die Internet-Community IPv6 offiziell gestartet. An diesem Tag sollten alle ISPs, die IPv6 anboten, es gemeinfrei aktivieren und es weiterhin aktivieren. Alle Gerätehersteller haben auch daran teilgenommen, IPv6 standardmäßig auf Geräten zu aktivieren.

Dies war ein Schritt, um die Internet-Community zur Migration auf IPv6 zu ermutigen.

Unternehmen erhalten zahlreiche Möglichkeiten zur Migration von IPv4 auf IPv6. Unternehmen, die bereit sind, IPv6 vor der vollständigen Migration zu testen, können sowohl IPv4 als auch IPv6 gleichzeitig ausführen. Netzwerke unterschiedlicher IP-Versionen können kommunizieren und Benutzerdaten können getunnelt werden, um auf die andere Seite zu gelangen.

Zukunft von IPv6

IPv6-fähiges Internet Version 2 ersetzt das heutige IPv4-fähige Internet. Als das Internet mit IPv4 eingeführt wurde, nutzten Industrieländer wie die USA und Europa den größeren Raum von IPv4 für die Bereitstellung des Internets in ihren jeweiligen Ländern, um den zukünftigen Bedarf zu berücksichtigen. Das Internet explodierte jedoch überall und erreichte und verband jedes Land der Welt, was den Bedarf an IPv4-Adressraum erhöhte. Infolgedessen haben die USA und Europa bis heute noch viele IPv4-Adressräume zur Verfügung, und Länder wie Indien und China müssen ihren IP-Speicherplatzbedarf durch die Bereitstellung von IPv6 decken.

Der größte Teil der IPv6-Bereitstellung erfolgt außerhalb der USA und Europas. Indien und China bewegen sich vorwärts, um ihren gesamten Raum auf IPv6 umzustellen. China hat einen Fünfjahresplan mit dem Namen China Next Generation Internet angekündigt.

Nach dem 06. Juni 2012 wurden alle wichtigen ISPs auf IPv6 umgestellt und der Rest von ihnen ist noch in Bewegung.

IPv6 bietet ausreichend Adressraum und wurde entwickelt, um die heutigen Internetdienste zu erweitern. Die funktionsreiche IPv6-fähige Internetversion 2 bietet möglicherweise mehr als erwartet.