IPv6 @ PS-Trainer

IPv6 - Anschauliche ? Vergleiche
Die derzeit noch vorwiegend verwendete Variante 4 des Internet Protocol → IPv4 verwendet Adressen von 32 Bit (=4 Byte). Durch die resante Ausbreitung des Internet sind IPv4-Adressen sehr knapp geworden.	Deshalb ist die Einführung von IPv6 bereits im Gange. IPv6 ist technisch weitgehend realisiert - alle gängigen PC sind dazu in der Lage. Dieses Kapitel soll die Größenordnung des Technologie-Sprungs von 32 Bit auf 128 Bit demonstrieren.
128 Bit Adressen IPv6 verwendet 128 Bit (=16 Byte) zur Adressierung. IPv6 bietet daher Platz für 2^128 ≃ 10^38 verschiedene Adressen. Das ist eine Zahl enormer Größe. Da für Menschen unserer Kultur alle Zahlen oberhalb von Millionen oder Milliarden 'sehr' groß erscheinen, gibt es nur wenig Vorstellung von Unterschieden in diesem Bereich. Deshalb werden hier einige Vergleiche angestellt.	Zeit ♣ Wenn man für jede IPv4 Adresse eine Sekunde einsetzt, dann muss man 2³²Sekunden ≃ 136 Jahre warten - lang aber vorstellbar. ♣ Für IPv6 sind Sekunden ein ungeeigneter Vergleich, denn seit dem Urknall wären noch nicht einmal 10¹⁷ der 10³⁸ Sekunden von IPv6 vergangen. ♣ Das Alter unseres Universums wäre ein vernachlässigbar winziger Anteil dieser Zeit, selbst bei Verwendung von Milli- oder Mikro-Sekunden.
Dezimalzahlen: ♥ IPv4: 32 Bit = 32 Binär-Stellen, das entspricht der Dezimalzahl 4294967296 mit 32*log10(2)=10 Dezimalstellen ♥ IPv6: 128 Bit entspricht der Dezimalzahl 340282366920938463463374607431768211456 mit 39 Dezimalstellen
Schach-Legende: Nach einer Legende war ein indischer König namens Sher Khan vom Schachspiel begeistert. Er stellte dem Erfinder Buddhiram einen Wunsch frei. ♠ Dieser erbat sich in das erste Schach-Feld nur 1 Reiskorn, danach in jedes weitere Feld doppelt so viele, also 2, 4, 8 usw. Reiskörner. Man lachte über seinen bescheidenen Wunsch, bis man versuchte, ihn zu erfüllen. ♠ Wenn man nur bis zur Hälfte des Schachbretts 2³² Reiskörner zu je 0.1g verwendet, dann entspricht das im letzten Feld der Anzahl IPv4 Adressen und ca. 430 t Reis, immerhin einem ansehnlichen Eisenbahnzug voll Reis.	♠ Der Erfinder des Schachspiels würde 2⁶⁴ Reiskörner mit einer Masse von ca. 1.8 Mia t erhalten, das ist bei einer Dichte von 1.5 eine Kugel von ca. 130km Durchmesser. ♠ Die 2¹²⁸ Reiskörner von IPv6 würden eine Masse von 3E+34kg ergeben, das ist ungefähr das 17000fache der Masse der Sonne. Dafür lässt sich kein Radius angeben, da diese Masse sofort zu einem Schwarzen Loch implodieren würde.
Sandkörner Winzige Sandkörnchen von ca. 0.1mm Durchmesser sind gerade noch sichtbar. ★ Wenn man sie für Adressen einsetzt, dann ergeben die 2³² Sandkörnchen von IPv4 eine handliche Kugel von ca. 8cm Durchmesser. ★ Die 2¹²⁸ Sandkörnchen von IPv6 würden mit 350km Durchmesser einen der größten Asteroiden des Sonnensystems ergeben.	Erdoberfläche In der Wikipedia-Definition von IPv6 wird dieser Vergleich angeführt: Bei gleichmäßiger Aufteilung aller möglichen IP-Adressen auf die Oberfläche der Erde ergibt das 8.4 IPv4-Adressen pro km² oder 6.7+E17 (667 Billiarden) IPv6-Adressen pro mm².

IPv6-Syntax ('Grammatik')
8 Stellen zu je 4 Hex-Ziffern IPv6 verwendet 128 Bit-Adressen ( = 16 Byte) Die Angabe als String erfolgt (absichtlich anders als in IPv4) in Form von 8 Stellen. Jede Stelle wird als Hexadezimalzahl zu je 4 Hex-Ziffern formuliert und kann die Werte hex 0000..ffff = dezimal 0..65535 annehmen. Als Trennzeichen wird : verwendet. Für die Hex-Ziffern>9 werden normalerweise kleine Buchstaben a,b,c,d,e,f verwendet. Beispiele: 1111:2222:3333:4444:5555:6666:7777:8888 1234:5678:9abc:def0:1234:5678:9abc:def0	Null-Stellen Wenn eine oder mehrere dieser Stellen 0000 lauten, dann kann man sie auslassen. Diese Regel darf jedoch nur 1mal pro IPv6-Adresse auftreten. Beide Beispiele bezeichnen die gleiche IPv6-Adresse: 1111:2222:0000:0000:0000:0000:7777:8888 1111:2222::7777:8888
Adressen-Bereiche werden nach einer Adresse durch die Anzahl der zu verwendenden Bits angegeben. (Damit werden IPv4-Masken ersetzt): 1111:2222:3333:4444:5555:6666:7777:8888/64 definiert die Basis-Adresse 1111:2222:3333:4444::/64 und damit dei Adressen (von - bis) 1111:2222:3333:4444:0000:0000:0000:0000 1111:2222:3333:4444:ffff:ffff:ffff:ffff	Führende Nullen in Hex-Stellen können an jeder Stelle ausgelassen werden. Beispiel: :000a: ist äquivalent zu :a:
LAN und Host Die ersten 64 Bit einer IPv6-Adresse bezeichnen normalerweise das lokale Netzwerk (LAN), die letzten 64 Bit dienen zur lokalen Differenzierung innerhalb eines Geräts (Host). Besonders wichtig ist z.B. die Adressierung eines → Ethernet-Interface: Die IPv6-Adresse wird aus der LAN-Maske und der weltweit eindeutigen Serien-Nummer des Interface erstellt: Die Serien-Nummer ist in den letzten 3 Byte der → MAC-Adresse enthalten. Beispiel: LAN 1111::5555:6666:7777:8888/64 MAC aa:bb:cc:dd:ee:ff IPv6 1111::5555:6666:77dd:eeff	IPv6-URL Bei Verwendung als URL (Internet-Adresse) wird eine IPv6-Adresse in [] eingeschlossen. So kann man sie von einem → Port (2. Zeile, rot) unterscheiden. http://[1111:2222:3333:4444::] http://[1111:2222:3333:4444::]:80

Auto-Konfiguration
Ein besonderer Vorteil von IPv6 ist die von Anfang an eingeplante Möglichkeit zur 'Auto-Konfiguration'.	Jedes an ein lokales Netzwerk angeschlossene Gerät kann damit seine eigene IPv6-Adresse automatisch ermitteln.
Provisorische Adresse Zuerst (nach dem Einschalten) weist sich ein Gerät selbst eine Adresse zu, die im ↓ LAN-Bereich (Link Local) liegt: fe80::/10 d.h. im Bereich fe80: ... febf:	In der Adresse muss ein besonderes Kennzeichen enthalten sein, damit das Gerät die im nächsten Schritt erfolgende Zuweisung der Adresse empfangen kann. Dazu werden die weltweit eindeutigen 24 Bit der → MAC-Adresse des Interface in die provisorische IPv6-Adresse integriert.
Router Danach versucht das Gerät, an der dazu festgelegten Multicast-Adresse ff02::2 einen → Router im eigenen lokalen Netzwerk (LAN) zu erreichen. Der Router antwortet mit der Zuweisung eines Prefix, das ist ein Bereich von LAN-Adressen, aus dem sich das Gerät eine Adresse aussuchen kann.	Dieser Schritt macht es möglich, jedem lokalen Netzwerk rasch und problemlos einen Adressen-Bereich zuzuweisen oder diesen zu wechseln: Der Bereich wird am Router einmalig zentral eingestellt. An den einzelnen Geräten ist kein Eingriff notwendig.
Kontrolle Nach Auswahl der Adresse muss das Gerät sicherstellen, dass diese Adresse noch frei ist, d.h. dass auf dieser Adresse kein anderes Gerät antwortet.	Dazu wird ein Duplicate Address Detection (DAD) - Prozess ausgeführt. Erst danach darf das Gerät die gewählte Adresse verwenden.
Ablaufzeit Der Router hat die Möglichkeit, die vergebenen Prefixes mit einer Ablaufzeit (LifeTime) zu versehen. Nach Ablauf der LifeTime vergibt der Router ein neues Prefix.	Das gibt die Möglichkeit, die Adressen aller Geräte eines LAN während des laufenden Betriebes zu ändern.
DHCP Die von einem → DHCP-Server in einem IPv4-Netzwerk ausgeführten Funktionen werden bei IPv6 vom Router übernommen.	DHCP wird daher mit IPv6 theoretisch überflüssig. In der Praxis übernimmt ein DHCP-Server allerdings zusätzliche Aufgaben.
Mobile IPv6 Der Ablauf der Auto-Konfiguration bewirkt, dass ein mobiles Gerät seine Adresse ebenso oft wechselt, wie es von einem anderen Router betreut wird.	In manchen Situationen ist es erwünscht, längere Zeit hindurch die gleiche Adresse zu behalten. Zu diesem Zweck wird ein 'Home Agent' (Server-Dienst) eingeschaltet, welcher auch über wechselnde Router eine gleichbleibende Adresse gewährt.

Festgelegte Adressen und -Bereiche
Die eigene Adresse Die IP4-Adressen localhost = 127.0.0.1 werden zur Bezeichnung der eigenen Adresse verwendet. Dem entspricht diese IPv6 Adresse: ::1/128 Ohne Abkürzung wären das 127 0-Bits und zuletzt 1 1-Bit.	Router-Adresse Jedes lokale Netzwerk (LAN) verfügt über einen → Router, der eine wichtige Rolle für die Kommunikation spielt. Jeder lokale Router ist über diese Multicast-Adresse erreichbar: ff02::2
Weltweit eindeutige Adressen Diese Adressen werden in IPv6 als Global Unicast bezeichnet. IPv4-Kompatibilität: Es ist leicht, die bestehenden weltweit eindeutigen 32-Bit IPv4 Adressen als fixen Bestandteil in 128-Bit IPv6-Adressen einzutragen. Solche Adressen kann man garantiert sowohl mit IPv4 als auch mit IPv6 verwenden: 0:0:0:0:0:ffff::/96 Diese IPv6 Adressen enthalten 80 0-Bits, danach 16 1-Bits und in den restlichen 32 Bits die IPv4-Adresse. Neu vergebene global eindeutige IPv6 Adressen: Die Internet Assigned Numbers Authority (IANA) bzw. das europäische Koordination-Zentrum RIPE vergibt neue IPv6-Adressen ohne Rückwärts-Kompatibilität zu IPv4 in diesem Bereich: 2000::/3 Das entspricht allen IPv6 Adressen im Bereich 2000:...3fff: Der Anfang wird mit Adressen 2000: gemacht, die an Provider vergeben werden. Die Provider können Sub-Bereiche ihrer 2000: Adressen an ihre Kunden weitergeben. Darin und daneben gibt es einige Sonder-Bereiche mit geringer allgemeiner Bedeutung.	Lokales Netzwerk - LAN Diese Adressen werden in IPv6 als Link Local Unicast bezeichnet. fe80::/10 (fe80… bis febf…) sind link-lokale Adressen (link local unicast addresses). Diese Adressen dürfen von Routern nicht weitergeleitet werden und sind daher nur im eigenen lokalen Netzwerk erreichbar. Sie haben besondere Bedeutung für die Autokonfiguration. Zur Kommunikation mittels dieser Adressen muss über die zu kommunizierende Schnittstelle mit angegeben werden, da link-lokale Präfixe auf einem Gerät mehrfach vorhanden sein können und damit unterschiedliche Netzsegmente den gleichen Adressraum beanspruchen.

IPv6 Daten-Pakete

IPv6-Header

IP verpackt die Daten der darüber liegenden Schicht durch Hinzufügen eines IP-Headers von typisch xx Byte Länge.
Der Header enthält die IP-Adressen von Absender und Empfänger, sowie einige Verwaltungs-Daten.

Ethernet

IPv6 kann in diesem Fall nur max. 1280 Byte Daten pro Paket transportieren, da für den eigenen IP-Header 40 Byte benötigt werden.

IP-Fragmentierung:

Aus dem IPv6 Protokoll wurde die in IPv4 selten benutzte Möglichkeit zur Fragmentierung entfernt.
Wenn ein Paket für eine bestimmte Transport-Schicht zu lang ist, dann wird es gelöscht. Die übergeordnete Schicht (z.B. TCP) bemerkt den Fehler und hat die Aufgabe, die Daten beim nächsten Versuch in Pakete der passenden Größe zu teilen.

Typischer IP-Header eines IPv6 Daten-Pakets (fixe Länge 40 Byte):

Byte	Bit	Bits	Name	Kommentar
0..3	0..3	4	Version	IP-Version (=6)
	4..11	8	Traffic Class	Priorität
	12..31	20	Flow Label
4..5	0..15	16	Payload Length	Länge des Daten-Pakets
6	0..7	8	Next Header
7	0..7	8	Hop Limit	Lebensdauer eines IP-Pakets
8..23	0..127	128	Source Address	IPv6 Absender Adresse
24..39	0..127	128	Destination Address	IPv6 Ziel-Adresse

IP-Version:

Der Header von aller IP-Versionen enthält in diesem Feld die Nummer der IP-Version (4 oder 6). Nach dem Lesen der ersten 4 Bit des IP-Headers kann die Empfangs-Software entscheiden, ob IPv4 oder IPv6 vorliegt.

Hop Limit

Lebensdauer eines IP-Pakets als Zähler (Hop-Count). Wird bei Erzeugung auf eine Zahl 1..255 gesetzt und von jedem durchlaufenen Router (Hop) um 1 vermindert. Das IP-Paket wird bei Hop-Limit=0 gelöscht. So verhindert man endloses Weitersenden unzustellbarer Daten.

IP ist nicht an eine Verbindung gebunden

► Ein IP-Paket kann an eine ungeprüfte Adresse versendet werden: Es muss nicht bekannt sein, ob diese Adresse existiert und erreichbar ist. Es bedarf keiner vorherigen Kontakt-Aufnahme mit dem Empfänger.
► IP erhält keine Information über den Erfolg eines Daten-Transports.
► IP erhält keine Information über den Weg (Route) von Paketen durch das Internet.

Beispiel Brief:

Ein analoges Beispiel ist ein Brief der 'gelben Post':
Man kann ihn absenden, ohne dass gesichert ist, ob die Ziel-Adresse überhaupt existiert.
Ohne besondere Maßnahme erfährt man nicht, ob der Brief angekommen ist, oder unterwegs verloren ging.
Auch über den Transport-Weg erhält man keine Information.

Alle hier angeführten zusätzlichen Informationen können jedoch von einer höheren OSI-Schicht verwaltet werden, z.B. von → TCP.

Netzwerk	Zusammenarbeit - Lokal und weltweit
Zahlen-Vergleich	Anschauliche Darstellung großer Zahlen wie 2¹²⁸
Syntax	Regeln zur Darstellung der 128-Bit Adressen
Konfiguration	Automatische Konfiguration der IPv6-Adresse
Bereiche	Festgelegte Adressen und Bereiche
Daten-Paket	Struktur eines IPv6 Daten-Pakets
Verwandte Themen	OSI-Modell, TCP, IPv4
Links	Ausgewählte Links zum Thema IPv6

Ausgewählte Links zum Thema IPv6
Wikipedia: (de) - Internet Protocol, IPv4, IPv6,	Elektronik-Kompendium (de): IPv6

IPv6

Internet Protocol Version 6

IPv6 - Anschauliche ? Vergleiche

128 Bit Adressen

IPv6-Syntax ('Grammatik')

8 Stellen zu je 4 Hex-Ziffern

Null-Stellen

Adressen-Bereiche

Führende Nullen in Hex-Stellen

LAN und Host

IPv6-URL

Auto-Konfiguration

Provisorische Adresse

Router

Kontrolle

Ablaufzeit

DHCP

Mobile IPv6

Festgelegte Adressen und -Bereiche

Die eigene Adresse

Router-Adresse

Weltweit eindeutige Adressen