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Übersicht über Die Internetprotokollversion 6 (IPv6)

Die Internetprotokollversion 6 (IPv6) ist eine Suite von Standardprotokollen für die Netzwerkschicht des Internets. IPv6 wurde entwickelt, um viele der Probleme der aktuellen Version der Internetprotokoll-Suite (als IPv4 bezeichnet) bezüglich der Adresserschöpfung, Sicherheit, Autokonfiguration, Erweiterbarkeit und mehr zu lösen. IPv6 erweitert die Funktionen des Internets, um neue Arten von Anwendungen zu ermöglichen, einschließlich Peer-to-Peer- und mobile Anwendungen. Im Folgenden sind die wichtigsten Probleme des aktuellen IPv4-Protokolls aufgeführt:

  • Schneller Abbau des Adressraums.

    Dies hat zur Verwendung von Network Address Translators (NATs) geführt, die mehrere private Adressen einer einzelnen öffentlichen IP-Adresse zuordnen. Die wichtigsten Probleme, die durch diesen Mechanismus verursacht werden, sind Verarbeitungsaufwand und fehlende End-to-End-Konnektivität.

  • Fehlende Hierarchieunterstützung.

    Aufgrund ihrer inhärenten vordefinierten Klassenorganisation fehlt IPv4 an echter hierarchischer Unterstützung. Es ist unmöglich, die IP-Adressen so zu strukturieren, dass sie einer echten Netzwerkstruktur entsprechen. Dieser wichtige Entwurfsfehler schafft die Notwendigkeit großer Routingtabellen, um IPv4-Pakete an einen beliebigen Speicherort im Internet bereitzustellen.

  • Komplexe Netzwerkkonfiguration.

    Bei IPv4 müssen Adressen statisch oder mithilfe eines Konfigurationsprotokolls wie DHCP zugewiesen werden. In einer idealen Situation müssten Hosts nicht auf die Verwaltung einer DHCP-Infrastruktur angewiesen sein. Stattdessen können sie sich basierend auf dem Netzwerksegment, in dem sie sich befinden, selbst konfigurieren.

  • Fehlende integrierte Authentifizierung und Vertraulichkeit.

    IPv4 erfordert keine Unterstützung für jeden Mechanismus, der die Authentifizierung oder Verschlüsselung der ausgetauschten Daten bereitstellt. Dies ändert sich mit IPv6. Internet Protocol Security (IPSec) ist eine IPv6-Unterstützungsanforderung.

Eine neue Protokollsuite muss die folgenden grundlegenden Anforderungen erfüllen:

  • Großes Routing und Adressierung mit geringem Mehraufwand.
  • Automatische Konfiguration für verschiedene Verbindungssituationen.
  • Integrierte Authentifizierung und Vertraulichkeit.

IPv6-Adressierung

Bei IPv6 sind Adressen 128 Bit lang. Ein Grund für einen solchen großen Adressraum besteht darin, die verfügbaren Adressen in eine Hierarchie von Routingdomänen zu unterteilen, die die Topologie des Internets widerspiegeln. Ein weiterer Grund besteht darin, die Adressen von Netzwerkadaptern (oder Schnittstellen) zuzuordnen, die Geräte mit dem Netzwerk verbinden. IPv6 verfügt über eine inhärente Funktion zum Auflösen von Adressen auf der niedrigsten Ebene, die sich auf Netzwerkschnittstellenebene befindet und auch über Funktionen für die automatische Konfiguration verfügt.

Textdarstellung

Im Folgenden sind die drei herkömmlichen Formen aufgeführt, die zur Darstellung der IPv6-Adressen als Textzeichenfolgen verwendet werden:

  • Hexadezimalformat mit Doppelpunkt:

    Dies ist das bevorzugte Formular n:n:n:n:n:n:n:n. Jeder n stellt den Hexadezimalwert eines der acht 16-Bit-Elemente der Adresse dar. Beispiel: 3FFE:FFFF:7654:FEDA:1245:BA98:3210:4562.

  • Komprimiertes Formular:

    Aufgrund der Adresslänge ist es üblich, adressen mit einer langen Zeichenfolge von Nullen zu haben. Um das Schreiben dieser Adressen zu vereinfachen, verwenden Sie das komprimierte Formular, in dem eine einzelne zusammenhängende Abfolge von 0 Blöcken durch ein Doppelpunktsymbol (::) dargestellt wird. Dieses Symbol kann nur einmal in einer Adresse angezeigt werden. Ein Beispiel: Die Multicastadresse FFED:0:0:0:0:BA98:3210:4562 in komprimierter Form lautet FFED::BA98:3210:4562. Die Unicast-Adresse 3FFE:FFFF:0:0:8:800:20C4:0 in komprimierter Form lautet 3FFE:FFFF::8:800:20C4:0. Die Loopbackadresse 0:0:0:0:0:0:0:1 in komprimierter Form lautet ::1. Die nicht angegebene Adresse 0:0:0:0:0:0:0:0 in komprimierter Form lautet ::.

  • Gemischte Form:

    Dieses Formular kombiniert IPv4- und IPv6-Adressen. In diesem Fall lautet das Adressformat n:n:n:n:n:n:d.d.d.d, wobei jedes n die hexadezimalen Werte der sechs IPv6-Adresselemente höherer Ordnung darstellt und jedes d den Dezimalwert einer IPv4-Adresse.

Adresstypen

Die führenden Bits in der Adresse definieren den spezifischen IPv6-Adresstyp. Das Feld mit variabler Länge, das diese führenden Bits enthält, wird als Formatpräfix (Format Prefix, FP) bezeichnet.

Eine IPv6-Unicastadresse ist in zwei Teile unterteilt. Der erste Teil enthält das Adresspräfix, und der zweite Teil enthält den Schnittstellenbezeichner. Eine präzise Methode zum Ausdrücken einer IPv6-Adress-/Präfixkombination lautet wie folgt: ipv6-address/prefix-length.

Nachfolgend sehen Sie ein Beispiel für eine Adresse mit einem 64-Bit-Präfix.

3FFE:FFFF:0:CD30:0:0:0:0/64.

Das Präfix in diesem Beispiel lautet 3FFE:FFFF:0:CD30. Die Adresse kann auch in komprimierter Form geschrieben werden, als 3FFE:FFFF:0:CD30::/64.

IPv6 definiert die folgenden Adresstypen:

  • Unicast-Adresse:

    Ein Bezeichner für eine einzelne Schnittstelle. Ein an diese Adresse gesendetes Paket wird an die identifizierte Schnittstelle übermittelt. Die Unicastadressen werden von den Multicastadressen durch den Wert des oberen Oktetts unterschieden. Das höchstwertige Oktett der Multicast-Adressen hat den Hexadezimalwert FF. Jeder andere Wert für dieses Oktett identifiziert eine Unicastadresse. Es folgen verschiedene Typen von Unicastadressen:

    • Verbindungslokale Adressen:

      Diese Adressen werden auf einem einzelnen Link verwendet und weisen das folgende Format auf: FE80::*InterfaceID* Verbindungslokale Adressen werden zwischen Knoten auf einem Link zur automatischen Adresskonfiguration und Nachbarsuche verwendet oder wenn keine Router vorhanden sind. Eine verbindungslokale Adresse wird in erster Linie beim Start verwendet und wenn das System noch keine größeren Adressen abgerufen hat.

    • Standortlokale Adressen:

    Diese Adressen werden auf einer einzelnen Website verwendet und weisen das folgende Format auf: FEC0::*SubnetID*:*InterfaceID* Die standortlokalen Adressen werden für die Adressierung innerhalb eines Standorts verwendet, ohne dass ein globales Präfix erforderlich ist.

    • Globale IPv6-Unicastadressen:

    Diese Adressen können im Internet verwendet werden und weisen das folgende Format auf: *GlobalRoutingPrefix*::*SubnetID*:*InterfaceID*

  • Multicastadresse:

    Ein Bezeichner für einen Satz von Schnittstellen, die normalerweise zu verschiedenen Knoten gehören. Ein an diese Adresse gesendetes Paket wird an alle von der Adresse identifizierten Schnittstellen übermittelt. Die Multicastadressentypen ersetzen die IPv4-Übertragungsadressen.

  • Anycastadresse:

    Ein Bezeichner für einen Satz von Schnittstellen, die normalerweise zu verschiedenen Knoten gehören. Ein an diese Adresse gesendetes Paket wird nur an eine schnittstelle übermittelt, die von der Adresse identifiziert wird. Dies ist die nächste Schnittstelle, die durch Routingmetriken identifiziert wird. Anycast-Adressen werden aus dem Unicast-Adressraum entnommen und sind nicht syntaktisch unterscheidend. Die adressierte Schnittstelle führt die Unterscheidung zwischen Unicast- und Anycast-Adressen als Funktion ihrer Konfiguration aus.

Im Allgemeinen verfügt der Knoten immer über eine verbindungslokale Adresse. Möglicherweise verfügt sie über eine standortlokale Adresse und eine oder mehrere globale Adressen.

IPv6-Routing

Ein flexibler Routingmechanismus ist ein Vorteil von IPv6. Aufgrund der Zuordnung von IPv4-Netzwerk-IDs müssen große Routingtabellen von den Routern verwaltet werden, die sich auf den Internet-Backbones befinden. Diese Router müssen alle Routen zum Weiterleiten von Paketen kennen, die potenziell an jeden Knoten im Internet weitergeleitet werden. Mit der Möglichkeit, Adressen zu aggregieren, ermöglicht IPv6 eine flexible Adressierung und reduziert die Größe von Routingtabellen drastisch. In dieser neuen Adressierungsarchitektur müssen Zwischenrouter nur den lokalen Teil ihres Netzwerks nachverfolgen, um die Nachrichten entsprechend weiterzuleiten.

Nachbarn-Entdeckung

Einige der Features, die von der Nachbarn-Entdeckung bereitgestellt werden, sind:

  • Routerermittlung: Auf diese Weise können Hosts lokale Router identifizieren.
  • Adressauflösung: Dadurch können Knoten eine Verbindungsschichtadresse für eine entsprechende Adresse für den nächsten Hop auflösen – ein Ersatz für das Address Resolution-Protokoll [ARP].
  • Automatische Adresskonfiguration: Auf diese Weise können Hosts standortlokale und globale Adressen automatisch konfigurieren.

Die Nachbarsuche verwendet das Internet Control Message-Protokoll für IPv6-Nachrichten (ICMPv6), die Folgendes enthalten:

  • Router-Ankündigung: Gesendet von einem Router auf pseudo regelmäßiger Basis oder als Reaktion auf eine Router-Aufforderung. IPv6-Router verwenden Routeranzeigen, um ihre Verfügbarkeit, Adresspräfixe und andere Parameter anzukündigen.
  • Router-Aufforderung: Gesendet von einem Host, um anzufordern, dass Router auf dem Link sofort eine Routeranzeige senden.
  • Nachbarwerbung: Gesendet von Knoten zur Adressauflösung, zur Erkennung doppelter Adressen oder zur Überprüfung, ob ein Nachbar noch erreichbar ist.
  • Nachbaranzeige: Gesendet von Knoten, um auf eine Nachbarschaftsanfrage zu antworten oder Nachbarn über eine Änderung der Link-Layer-Adresse zu informieren.
  • Umleiten: Gesendet von Routern, um eine bessere Next-Hop-Adresse an ein bestimmtes Ziel für einen sendenden Knoten anzugeben.

Automatische IPv6-Konfiguration

Ein wichtiges Ziel für IPv6 ist die Unterstützung von Node Plug and Play. Das heißt, es sollte möglich sein, einen Knoten in ein IPv6-Netzwerk zu verbinden und ihn automatisch ohne menschliche Eingriffe konfiguriert zu haben.

Autokonfigurationstypen

IPv6 unterstützt die folgenden Arten der automatischen Konfiguration:

  • Zustandsbehaftete automatische Konfiguration:

    Diese Art von Konfiguration erfordert eine bestimmte Ebene des menschlichen Eingreifens, da es ein Dynamic Host Configuration Protocol für IPv6 (DHCPv6)-Server für die Installation und Verwaltung der Knoten benötigt. Der DHCPv6-Server enthält eine Liste der Knoten, für die konfigurationsinformationen bereitgestellt werden. Außerdem werden Zustandsinformationen verwaltet, damit der Server weiß, wie lange jede Adresse verwendet wird und wann sie für die Neuzuweisung verfügbar sein kann.

  • Zustandslose automatische Konfiguration:

    Diese Art von Konfiguration eignet sich für kleine Organisationen und Einzelpersonen. In diesem Fall bestimmt jeder Host seine Adressen aus dem Inhalt der empfangenen Router-Ankündigungen. Mit dem IEEE EUI-64-Standard zum Definieren des Netzwerk-ID-Teils der Adresse ist es sinnvoll, die Eindeutigkeit der Hostadresse auf dem Link anzunehmen.

Unabhängig davon, wie die Adresse bestimmt wird, muss der Knoten überprüfen, ob seine potenzielle Adresse für den lokalen Link eindeutig ist. Dies geschieht durch Senden einer Nachbar-Aufforderungsnachricht an die potenzielle Adresse. Wenn der Knoten eine Antwort empfängt, weiß er, dass die Adresse bereits verwendet wird und eine andere Adresse bestimmen muss.

IPv6-Mobilität

Die Verbreitung mobiler Geräte hat eine neue Anforderung eingeführt: Ein Gerät muss in der Lage sein, Standorte im IPv6-Internet willkürlich zu ändern und vorhandene Verbindungen beizubehalten. Um diese Funktionalität bereitzustellen, wird einem mobilen Knoten eine Privatadresse zugewiesen, an der sie immer erreicht werden kann. Wenn sich der mobile Knoten zu Hause befindet, stellt er eine Verbindung zum Home-Link her und verwendet seine Heimatadresse. Wenn der mobile Knoten nicht zu Hause ist, leitet ein Home-Agent, der in der Regel ein Router ist, Nachrichten zwischen dem mobilen Knoten und den Knoten weiter, mit denen er kommuniziert.

Deaktivieren oder Aktivieren von IPv6

Um das IPv6-Protokoll zu verwenden, stellen Sie sicher, dass Sie eine Version des Betriebssystems ausführen, die IPv6 unterstützt, und stellen Sie sicher, dass das Betriebssystem und die Netzwerkklassen ordnungsgemäß konfiguriert sind.

Konfigurationsschritte

In der folgenden Tabelle sind verschiedene Konfigurationen aufgeführt.

Betriebssystem-IPv6 aktiviert? Code-IPv6 aktiviert? BESCHREIBUNG
❌ Nein ❌ Nein Kann IPv6-Adressen analysieren.
❌ Nein ✔️ Ja Kann IPv6-Adressen analysieren.
✔️ Ja ❌ Nein Kann IPv6-Adressen analysieren und IPv6-Adressen mithilfe von Namensauflösungsmethoden auflösen, die nicht als veraltet gekennzeichnet sind.
✔️ Ja ✔️ Ja Kann IPv6-Adressen mithilfe aller Methoden analysieren und auflösen, einschließlich der als veraltet markierten Adressen.

IPv6 ist standardmäßig aktiviert. Verwenden Sie die DOTNET_SYSTEM_NET_DISABLEIPV6 Umgebungsvariable, um diesen Switch in einer Umgebungsvariable zu konfigurieren. Weitere Informationen finden Sie unter .NET-Umgebungsvariablen: DOTNET_SYSTEM_NET_DISABLEIPV6.

Siehe auch