IPv4 IPv6-Migration

von: Martin Schaedler

Inhalt

Ausgangsbasis 4

1 IPv6 – Internet Protokoll der nächsten Generation 5

1.1 Defizite von IPv4 5
1.2 Unterschiede von IPv4 und IPv6 7

2 Ipv4 – Ipv6 Migration 10

2.1 Migrationsverfahren 10

2.1.1 Dual Stack 11
2.1.2 Tunneling 12
2.1.3 Weitere Verfahren 13

2.2 Migrationsstrategie für den ISP 14

3 Fazit 16

Literatur 17

Ausgangsbasis

Die Entwicklung des IPv4 (Internet Protocol version 4) Protokolls als Standard für den Internet-Vorläufer ARPANet erfolgte Anfang der 80er Jahre und liegt damit über 20 Jahre zurück. Seither hat das Wachstum des Internets alle Prognosen bei weitem übertroffen, die RIPE (Réseaux IP Européens) Statistik zählt mittlerweile weit über 200 Mio., permanent ans Internet angeschlossene Hosts in ihrem Einzugsbereich, mit einer geschätzten Wachstumsrate von ca. 100% pro Jahr. Vor diesem Hintergrund ist davon auszugehen, dass die zur Adressierung zur Verfügung stehenden IP-Adressen zunehmend knapper werden. Da diese Entwicklung seit längerem absehbar ist, startete die IETF (Internet Engineering Task Force) bereits 1991 mit der Entwicklung eines IPv4 Nachfolgers. Aus mehreren Vorschlägen wurde 1994 IPv6 ausgewählt, das neben dem weitaus größeren Adressraum weitere Verbesserungen im Vergleich zu IPv4 bietet. In der vorliegenden Fallstudie wird davon ausgegangen, dass der Adressraum von IPv4 bereits in etwa 2 Jahren erschöpft sein wird. Als CTO (Chief Technolo-gy Officer) eines ISPs (Internet Service Providers) soll nun eine Strategie für die Umstellung von IPv4 auf IPv6 erstellt werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Kunden des ISP für noch ca. 4 Jahre eine IPV4-Anbindung mit fest zugeordneten Adressen benötigen und darüber hinaus Anbindungen zu weiteren ISPs unterhalten werden müssen, welche die IPv6 Migration erst in etwa drei Jahren abschließen werden. Diese Anbindungen müssen für die Übergangszeit weiter unterhalten werden. Um die Technischen Grundlagen und Problemstellungen zu beleuchten, wird vor der konkreten Darstellung einer Migrationsstrategie erläutert, weshalb ein Umstieg von IPv4 auf IPv6 notwendig ist und wo die wesentlichen technischen Unterschiede liegen.

1 IPv6 – Internet Protokoll der nächsten Generation

1.1 Defizite von IPv4

Bis Anfang der 90er Jahre wurde das Internet, dessen Vorläufer ARPANET und MILNET ursprünglich aus einer militärischen Initiative heraus entstanden sind, hauptsächlich für wissenschaftliche Zwecke genutzt und war demzufolge auf einen überschaubaren Anwenderbereich beschränkt. Seit der Einführung des World Wide Web durch Tim Berners-Lee im Jahre 1991 entwickelte sich das Internet zu einem Massenmedium, was zu bis dahin nicht vorstellbaren Wachstumsraten führt, sowohl auf Anwender- wie Hostseite. Schon zu Beginn dieser Entwicklung erschien absehbar, dass der IPv4 Adressraum von 32 bit, der maximal 232 (ca. 4,3 Mrd.) IP Adressen erlaubt, zunehmend knapper und bald erschöpft sein wird. Die Anzahl der real verfügbaren Netzwerkadressen wird durch die komplizierte Einteilung des Adressraums in Class A, B und C und seit 1998 in D und E Netzwerke zusätzlich verringert. Da IP Adressen unabhängig vom geographischen Standort oder sonstigen Gruppierungsmerkmalen vergeben werden, ist der Adressbereich stark fragmentiert, was zu einem starken Anwachsen der Routing Tables führt. Dies bedeutet letztlich, dass der Speicherbedarf für die Routing Tables stark anwächst und das Routing der Nachrichtenpakete zunehmend ineffizienter wird. Ein weiteres Defizit des IPv4 Protokolls besteht in der ungenügenden Unterstützung der stark zunehmenden mobilen Endgeräte. Da im IPv4 Netz die Adresse bei der Einbuchung ins Netz abhängig vom Zugangspunkt vergeben wird, ist der Nutzer nicht durchgängig unter der selben IP Adresse erreichbar, weshalb jede Kommunikation mit dem mobilen Endgerät beim Adressewechsel beendet und neu gestartet werden muss. Um stets die selbe IP Adresse nutzen zu können, muss die Konfiguration des mobilen Endgeräts jeweils angepasst werden, z.B durch Nutzung eines Proxys. Werden auf diesem Gerät auch Dienste angeboten, muss die IP Adresse darüber hinaus den Dienstnutzern bei jeder Einbuchung bekannt gemacht werden. Beides ist bei häufiger Einbuchung nicht möglich [Braun1999, S. 98]. Weiter verlangen mobile Endgeräte wie z.B. Mobiltelefone oder PDAs aufgrund des geringeren Datendurchsatzes nach einer effizienten Datenübertragung, die durch das Anwachsen der Routing Tables jedoch zunehmend ineffizienter wird. Die Erfahrung hat weiterhin gezeigt, dass der Header von IPv4 Bereiche für Informationen enthält, die vielfach überhaupt nicht benötigt werden. Hierzu zählen z.B. die 13 Bit für den Fragment Offset, die nur dann genutzt werden, wenn das Paket tatsächlich fragmentiert ist. Die IPv4 Header Länge ändert sich deshalb abhängig von den mitgegebenen Informationen, was die Beschleunigung der Paketverarbeitung auf Routern durch Hardwareunterstützung starkt erschwert [Style2003].
Die zunehmende, kommerzielle Nutzung des Internets fordert darüber hinaus weitergehende Sicherheitsmechanismen, so z.B. eine Sicherung auf der Ebene des Internet Protokols. Diese fehlt bei IPv4 und muss auf höheren Protokollebenen (z.B. durch HTTPS) und auf der Anwendungsschicht für jede Applikation aufs neue implementiert werden. Die ebenso für den kommerziellen Einsatz notwendige Sicherstellung einer definierten Quality of Service (QoS) ist in IPv4 vorgesehen, was im Header an den 8 Bit für den Type of Service (ToS) ersichtlich ist. QoS definiert die Fähigkeit eines Netzes, den Datenstrom in Klassen zu unterteilen und diese unterschiedlich zu behandeln [Hust2000]. Die Spezifikation der verschiedenen Servicetypen in IPv4 wurde jedoch nie vollkommen standardisiert, mit der Folge, dass die Dienstgüte aufgrund fehlender gemeinsamer Konventionen nicht eindeutig spezifiziert und damit nicht garantiert werden kann. Die Bereitstellung von privilegierten Diensten mit garantierten Bandbreiten ist jedoch wirtschaftlich sehr interessant, z.B. für die Bereitstellung einer hohen Übertragungsrate und -qualität bei Video on Demand (VoD) Anwendungen.
An diesem Beispiel lässt sich auch ein weiteres Defizit von IPv4 festmachen: die fehlende Multicasting Fähigkeit. In IPv4 muss das Datenvolumen bei VoD für jeden Dienstteilnehmer neu übertragen werden, was zum einen unwirtschaftlich ist, zum anderen zu einem hohen Datentransferaufkommen führt.
Im Summe lassen sich somit eine Reihe von Defiziten bei IPv4 diagnostizieren, die sich in den folgenden Punkten zusammenfassen lassen:

- 32 Bit Adressbereich ist zu klein
- Routing wird zunehmend ineffizient
- Unterstützung für mobile Geräte ist unzureichend
- Header enthält häufig unnötige Informationen
- Keine (integrierten) Sicherheitsmechanismen vorhanden
- Bereitstellung einer zugesicherten Dienstgüte (Qos) ist nicht möglich
- Keine Multicasting Fähigkeit

1.2 Unterschiede von IPv4 und IPv6

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