IPv6

Internet -Protokollversion 6
Kommunikationsprotokoll
Diagram of an IPv6 header
IPv6 -Header
Zweck Internetbearbeitung Protokoll
Entwickler (en) Internettechnik-Arbeitsgruppe
Einführung Dezember 1995; Vor 26 Jahren
Bezogen auf IPv4
RFC (s) 2460, 8200

Internet -Protokollversion 6 (IPv6) ist die neueste Version der Internetprotokoll (IP), die Kommunikationsprotokoll Dies bietet ein Identifikations- und Standortsystem für Computer in Netzwerken und leitet den Datenverkehr über die Internet. IPv6 wurde von der entwickelt Internettechnik-Arbeitsgruppe (IETF) um das lang erwartete Problem von zu bewältigen IPv4 -Adresse Erschöpfungund soll ersetzen IPv4.[1] Im Dezember 1998 wurde IPv6 ein Entwurfsstandard für die IETF.[2] die es anschließend als ratifizierte Internetstandard am 14. Juli 2017.[3][4]

Geräte im Internet werden eindeutig zugewiesen IP Adresse Zur Identifizierung und Standortdefinition. Mit dem schnellen Wachstum des Internets nach der Kommerzialisierung in den neunziger Jahren wurde deutlich, dass für die Verbindung von Geräten weit mehr Adressen erforderlich wären, als der IPv4 -Adressraum verfügbar war. Bis 1998 hatte die IETF das Nachfolgerprotokoll formalisiert. IPv6 verwendet 128-bisschen Adressen, theoretisch 2 zulässt 2128oder ungefähr 3.4×1038 Gesamtadressen. Die tatsächliche Zahl ist etwas kleiner, da mehrere Bereiche für die besondere Verwendung reserviert oder vollständig von der Verwendung ausgeschlossen sind. Die beiden Protokolle sind nicht so konzipiert Interoperableund damit die direkte Kommunikation zwischen ihnen ist unmöglich und erschwert den Umzug zu IPv6. Jedoch mehrere Übergangsmechanismen wurden entwickelt, um dies zu korrigieren.

IPv6 bietet zusätzlich zu einem größeren Adressierungsraum weitere technische Vorteile. Insbesondere erlaubt es hierarchische Adresszuweisungsmethoden, die erleichtern Routenaggregation im Internet und so die Ausdehnung von Routing -Tabellen. Die Verwendung von Multicast -Adressierungen wird erweitert und vereinfacht und bietet zusätzliche Optimierung für die Erbringung von Diensten. Die Mobilitäts-, Sicherheits- und Konfigurationsaspekte der Geräte wurden im Entwurf des Protokolls berücksichtigt.

IPv6 -Adressen werden als acht Gruppen von vier Gruppen dargestellt hexadezimal Ziffern jeweils durch Kolons getrennt. Die vollständige Darstellung kann verkürzt werden; zum Beispiel, 2001: 0DB8: 0000: 0000: 0000: 8A2E: 0370: 7334 wird 2001: DB8 :: 8A2E: 370: 7334.

Haupteigenschaften

Glossar der für IPv6 -Adressen verwendeten Begriffe

IPv6 ist ein Internetschicht Protokoll für Paketgeschrieben Internetbearbeitung und bietet End-to-End Datagramm Übertragung über mehrere IP -Netzwerke hinweg, die in der vorherigen Version des Protokolls entwickelt wurden, hält sich eng an den Entwurfsprinzipien ein. Internet -Protokollversion 4 (IPv4).

IPv6 bietet nicht nur mehr Adressen an, sondern auch Funktionen, die in IPv4 nicht vorhanden sind. Es vereinfacht Aspekte der Adresskonfiguration, der Netzwerkernennennahlung und der Router -Ankündigungen, wenn die Anbieter von Netzwerkkonnektivität geändert werden. Es vereinfacht die Verarbeitung von Paketen in Routern, indem die Verantwortung für die Fragmentierung von Paketen in die Endpunkte versetzt wird. Der IPv6 Subnetz Die Größe wird standardisiert, indem die Größe des Host -Identifikator -Teils einer Adresse auf 64 Bit festgelegt wird.

Die Adressierungsarchitektur von IPv6 ist in definiert in RFC 4291 und ermöglicht drei verschiedene Übertragungsarten: Unicast, Anycast und Multicast.[5]: 210

Motivation und Herkunft

IPv4 -Adresse Erschöpfung

Zersetzung des DOT-Dezimals IPv4 -Adresse Darstellung seines Binärwerts

Internet -Protokollversion 4 (IPv4) war die erste öffentlich verwendete Version der Internetprotokoll. IPv4 wurde von der als Forschungsprojekt entwickelt Verteidigung Advanced Research Projects Agency (DARPA), a Verteidigungsministerium der Vereinigten Staaten Agentur, bevor er zur Grundlage für die wird Internet und die Weltweites Netz. IPv4 enthält ein Adresssystem, das numerische Kennungen verwendet, die aus 32 Bit bestehen. Diese Adressen werden normalerweise in angezeigt Dot-Decimal Notation als Dezimalwerte von vier Oktetten, jeweils im Bereich von 0 bis 255 oder 8 Bit pro Zahl. Daher bietet IPv4 eine Adressierungsfähigkeit von 232 oder ungefähr 4,3 Milliarden Adressen. Die Adresse der Adresse war anfangs kein Problem in IPv4, da diese Version ursprünglich als Test der Networking -Konzepte von DARPA angesehen wurde.[6] Im ersten Jahrzehnt des Internets zeigte sich heraus, dass Methoden entwickelt werden mussten, um den Raum zu erhalten. Anfang der neunziger Jahre, auch nach der Neugestaltung des Adresssystems mit a Klassenloser Netzwerk Modell wurde klar, dass dies nicht ausreichen würde, um zu verhindern IPv4 -Adresse Erschöpfungund das wurden weitere Änderungen der Internetinfrastruktur erforderlich.[7]

Die letzten nicht zugewiesenen und nicht zugewiesenen Adressblöcke mit 16 Millionen IPv4-Adressen wurden im Februar 2011 von der zugewiesen Internet zugewiesene Zahlen Autorität (Iana) zu den fünf Regionale Internetregister (RIRS).[8] Jeder RIR verfügt jedoch noch über Adresspools und wird voraussichtlich bis zu einem mit Standard -Adresszuweisungsrichtlinien fortgesetzt /8 Classless Inter-Domain Routing (CIDR) Blockreste. Danach werden nur Blöcke von 1.024 Adressen (/22) von den RIRs zu a bereitgestellt Lokales Internetregister (Lir). Ab September 2015 alle von Asien-Pazifik-Netzwerkinformationszentrum (Apnisch), die Réseaux IP Européens Netzwerkkoordinierungszentrum (RIPE_NCC), Lateinamerika und Caribbean Network Information Center (Lacnic) und Amerikanisches Register für Internetnummern (Arin) haben diese Phase erreicht.[9][10][11] Diese Blätter Afrikanischer Netzwerkinformationszentrum (Afrinic) als alleiniges regionales Internetregister, das das normale Protokoll zum Verteilungsverteilungsadressen verwendet. Ab November 2018 ist die Mindestzuweisung von Afrinic /22 oder 1024 IPv4 -Adressen. EIN Lir Kann eine zusätzliche Zuordnung erhalten, wenn etwa 80% des Adressraums genutzt wurden.[12]

RIPE NCC kündigte an, dass es am 25. November 2019 die IPv4 -Adressen ausgeht.[13] und forderte größere Fortschritte bei der Übernahme von IPv6.

Es wird allgemein erwartet, dass das Internet auf absehbare Zeit IPv4 neben IPv6 nutzt.[von wem?]

Vergleich mit IPv4

Im Internet werden Daten in Form von übertragen Netzwerkpakete. IPv6 Gibt eine neue an Paketformat, entwickelt, um die Paket -Header -Verarbeitung durch Router zu minimieren.[2][14] Da die Header von IPv4 -Paketen und IPv6 -Paketen erheblich unterschiedlich sind, sind die beiden Protokolle nicht interoperabel. Die meisten Transport- und Anwendungsschichtprotokolle benötigen jedoch nur wenig oder gar keine Änderung, um über IPv6 zu arbeiten. Ausnahmen sind Anwendungsprotokolle, die Internetschichtadressen einbetten, wie z. Dateitransferprotokoll (Ftp) und Netzwerkzeitprotokoll (NTP), wobei das neue Adressformat Konflikte mit der vorhandenen Protokollsyntax verursachen kann.

Größerer Adressraum

Der Hauptvorteil von IPv6 gegenüber IPv4 ist der größere Adressraum. Die Größe einer IPv6 -Adresse beträgt 128 Bit, verglichen mit 32 Bit in IPv4.[2] Der Adressraum hat daher 2128= 340,282.366,920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 Adressen (ungefähr 3.4×1038). Einige Blöcke dieses Raums und einige spezifische Adressen sind reserviert für besondere Verwendungen.

Obwohl dieser Adressraum sehr groß ist, war es nicht die Absicht der Designer von IPv6, die geografische Sättigung mit nutzbaren Adressen zu gewährleisten. Die längeren Adressen vereinfachen vielmehr die Allokation von Adressen und ermöglichen effizient Routenaggregation, und ermöglichen Sie die Implementierung von Sonderadresungsfunktionen. In IPv4, komplex Classless Inter-Domain Routing (CIDR) Methoden wurden entwickelt, um den kleinen Adressraum optimal zu nutzen. Die Standardgröße eines Subnetzes in IPv6 beträgt 264 Adressen, ungefähr vier Milliarden Mal die Größe des gesamten IPv4 -Adressraums. Daher ist die tatsächliche Nutzung des Adressraums in IPv6 gering, aber die Netzwerkverwaltung und die Routing -Effizienz werden durch die große Aggregation des Subnetzes und der hierarchischen Route verbessert.

Multicasting

Multicast -Struktur in IPv6

MulticastingDie Übertragung eines Pakets auf mehrere Ziele in einem einzigen Sendungsvorgang ist Teil der Basispezifikation in IPv6. In IPv4 handelt es sich um eine optionale (obwohl häufig implementierte) Funktion.[15] Die IPv6 -Multicast -Adressierung verfügt über Funktionen und Protokolle, die mit IPv4 -Multicast gemeinsam sind, bietet jedoch auch Änderungen und Verbesserungen, indem bestimmte Protokolle erforderlich sind. IPv6 implementiert nicht traditionell IP -Sendung, d. h. die Übertragung eines Pakets an alle Hosts auf dem beigefügten Link mit einem Special Broadcastadresseund definiert daher keine Broadcast -Adressen. In IPv6 wird das gleiche Ergebnis erzielt, indem ein Paket an den Link-Local gesendet wird alle Knoten Multicast -Gruppe an der Adresse FF02 :: 1, die zu IPv4 Multicasting analog ist, um 224.0.0.1 zu adressieren. IPv6 sieht auch neue Multicast-Implementierungen vor, einschließlich Einbettung von Rendezvous-Punktadressen in einer IPv6-Multicast-Gruppenadresse, die die Bereitstellung von Inter-Domain-Lösungen vereinfacht.[16]

In IPv4 ist es für eine Organisation sehr schwierig, nur eine weltweit routbare Multicast-Gruppenzuordnung zu erhalten, und die Implementierung von Inter-Domain-Lösungen ist arkan.[17] Unicast -Adresszuweisungen durch a Lokales Internetregister Für IPv6 haben Sie mindestens ein 64-Bit-Routing-Präfix, was die kleinste Subnetzgröße ergibt, die in IPv6 verfügbar ist (ebenfalls 64 Bit). Bei einer solchen Zuordnung ist es möglich, das Unicast-Adresse Präfix in das IPv6-Multicast-Adressformat einzubetten, während dennoch einen 32-Bit-Block, die am wenigsten signifikanten Bits der Adresse oder ungefähr 4,2 Milliarden Multicast-Gruppenkennungen bereitgestellt wird. Somit verfügt jeder Benutzer eines IPv6-Subnetzes automatisch über eine Reihe global routabler Quellenspezifischer Multicast-Gruppen für Multicast-Anwendungen.[18]

Staatelo -Adresse Autokonfiguration (SLAAC)

IPv6 -Hosts konfigurieren sich automatisch. Jede Schnittstelle verfügt über eine selbst erzeugte Link-lokale Adresse, und wenn sie mit einem Netzwerk verbunden ist, wird die Konfliktlösung durchgeführt und Router liefern Netzwerkpräfixe über Router-Anzeigen.[19] Die staatenlose Konfiguration von Routern kann mit einem speziellen Router -Nennennummer -Protokoll erreicht werden.[20] Bei Bedarf können Hosts zusätzliche staatliche Adressen konfigurieren Dynamic Host -Konfigurationsprotokoll Version 6 (DHCPv6) oder statische Adressen manuell.

Wie IPv4 unterstützt IPv6 weltweit einzigartig IP -Adressen. Die Gestaltung von IPv6, die das End-to-End-Prinzip des Netzwerkdesigns erneut betonen soll, das ursprünglich während der Einrichtung des frühen Internets durch Rendering konzipiert wurde Netzwerkadressübersetzung obsolet. Daher ist jedes Gerät im Netzwerk global direkt von jedem anderen Gerät adressiert.

Eine stabile, eindeutige, global adressierbare IP -Adresse würde das Verfolgen eines Geräts über Netzwerke hinweg erleichtern. Solche Adressen sind daher ein besonderes Privatsphäre für mobile Geräte wie Laptops und Mobiltelefone.[21] Um diese Datenschutzbedenken auszuräumen, enthält das SLAAC -Protokoll das, was normalerweise als "Datenschutzadressen" bezeichnet wird, oder genauer gesagt "temporäre Adressen", die in RFC 4941 kodifiziert sind, "Datenschutzverlängerungen für die Autokonfiguration der staatslosen Adresse in IPv6".[22] Temporäre Adressen sind zufällig und instabil. Ein typisches Verbrauchergerät generiert täglich eine neue temporäre Adresse und ignoriert den Datenverkehr nach einer Woche an eine alte Adresse. Temporäre Adressen werden standardmäßig von Windows verwendet, da XP SP1,[23] macOS seit (Mac OS X) 10.7, Android seit 4.0 und iOS seit Version 4.3. Die Verwendung temporärer Adressen durch Linux -Verteilungen variiert.[24]

Die Nutzung eines vorhandenen Netzwerks für einen neuen Konnektivitätsanbieter mit unterschiedlichen Routing -Präfixen ist mit IPv4 ein großer Aufwand.[25][26] Mit IPv6 können jedoch das von einigen wenige Routern angekündigte Präfix ein ganzes Netzwerk im Prinzip nummerieren, da die Host-Identifikatoren (die am wenigsten signifikanten 64 Bit einer Adresse) von einem Host unabhängig voneinander konfiguriert werden können.[19]

Die SLAAC-Adressgenerierungsmethode ist implementierungsabhängig. IETF empfiehlt, dass Adressen deterministisch, aber semantisch undurchsichtig sind.[27]

Ipsec

Internet -Protokollsicherheit (IPSec) wurde ursprünglich für IPv6 entwickelt, fand jedoch zuerst eine weit verbreitete Bereitstellung in IPv4, für die sie überarbeitet wurde. IPSec war ein obligatorischer Bestandteil aller IPv6 -Protokollimplementierungen.[2] und Internetschlüsselaustausch (IKE) wurde empfohlen, aber mit RFC 6434 wurde die Einbeziehung von IPSec in IPv6 -Implementierungen auf eine Empfehlung herabgestuft, da es als unpraktisch angesehen wurde, eine vollständige IPSec -Implementierung für alle Arten von Geräten zu erfordern, die IPv6 verwenden können. Ab RFC 4301 IPv6 -Protokollimplementierungen, die IPSec implementieren Kryptografische Algorithmen. Diese Anforderung wird dazu beitragen, IPSec -Implementierungen interoperabler zwischen Geräten verschiedener Anbieter zu gestalten. Der IPSec -Authentifizierungs -Header (AH) und der entschlossene Sicherheitsnutzlast -Header (ESP) werden als IPv6 -Erweiterungsheader implementiert.[28]

Vereinfachte Verarbeitung durch Router

Der Paketkopf in IPv6 ist einfacher als der IPv4 -Header. Viele selten verwendete Felder wurden in optionale Header -Erweiterungen verschoben.[29] Mit dem vereinfachten IPv6 -Paket -Header der Vorgang der Paketweiterleitung von Router wurde vereinfacht. Obwohl die IPv6 -Paket -Header mindestens doppelt so groß sind wie IPv4 -Paket -Header, kann die Verarbeitung von Paketen, die nur den Basis -IPv6 -Header durch Router enthalten Gemeinsam zu entsprechen Wortgrößen.[2][14] Viele Geräte implementieren jedoch den IPv6 -Support in Software (im Gegensatz zu Hardware), was zu einer sehr schlechten Paketverarbeitungsleistung führt.[30] Bei vielen Implementierungen führt die Verwendung von Erweiterungsheadern dazu, dass Pakete von der CPU eines Routers verarbeitet werden, was zu schlechten Leistung oder sogar Sicherheitsproblemen führt.[31]

Darüber hinaus enthält ein IPv6 -Header keine Prüfsumme. Das IPv4 Header Checksum wird für den IPv4 -Header berechnet und muss jedes Mal von Routern neu berechnet werden Zeit zu leben (genannt Hopfenlimit im IPv6 -Protokoll) wird um eins reduziert. Das Fehlen einer Prüfsumme im IPv6 -Header fördert das End-to-End-Prinzip des Internet -Designs, das vorstellte, dass die meisten Verarbeitung im Netzwerk in den Blattknoten auftritt. Der Integritätsschutz für die im IPv6 -Paket verkapierten Daten wird von beiden gewährleistet, dass sie sichergestellt werden Verbindungsschicht oder Fehlererkennung in Protokollen mit höheren Schichten, nämlich die Transmissionskontrollprotokoll (TCP) und die User Datagram Protocol (UDP) auf der Transportschicht. Während IPv4 UDP -Datagramm -Header zugelassen hatte, dass sie keine Überprüfungsumme (im Feld Header angezeigt durch 0 angegeben) haben, erfordert IPv6 eine Prüfsumme in UDP -Headern.

IPv6 -Router werden nicht durchgeführt IP -Fragmentierung. IPv6 -Hosts müssen entweder durchgeführt werden Path MTU -Entdeckungführen Sie End-to-End-Fragmentierung durch oder senden Sie Pakete nicht größer als der Standard Maximale Übertragungseinheit (MTU), das 1280 ist Oktetten.

Mobilität

Im Gegensatz zu mobiler IPv4, Mobile IPv6 vermeidet dreieckiges Routing und ist daher so effizient wie native IPv6. In IPv6 -Routern können ganze Subnetze auch ohne Nennennetz zu einem neuen Router -Verbindungspunkt übergehen.[32]

Verlängerungsüberschriften

Mehrere Beispiele für IPv6 -Erweiterungsheader

Der IPv6 -Paketkopf hat eine Mindestgröße von 40 Oktetten (320 Bit). Optionen werden als Erweiterungen implementiert. Dies bietet die Möglichkeit, das Protokoll in Zukunft zu erweitern, ohne die Kernpaketstruktur zu beeinflussen.[2] RFC 7872 stellt jedoch fest, dass einige Netzbetreiber IPv6 -Pakete mit Erweiterungsheadern fallen lassen Autonome Systeme.

Jumbogramme

IPv4 begrenzt die Pakete auf 65.535 (2)16–1) Nutzlast. Ein IPv6 -Knoten kann optional Pakete über dieses Grenze verarbeiten, die als als bezeichnet werden Jumbogramme, die bis zu 4.294.967.295 sein kann (2)32–1) Oktetten. Die Verwendung von Jumbogrammen kann die Leistung über hoch-MTU Links. Die Verwendung von Jumbogrammen wird durch den Jumbo Payload Option Extension Header angezeigt.[33]

IPv6 -Pakete

IPv6 -Paketheader

Ein IPv6 -Paket hat zwei Teile: a Header und Nutzlast.

Der Header besteht aus einem festen Teil mit minimalen Funktionen, die für alle Pakete erforderlich sind, und kann von optionalen Erweiterungen zur Implementierung von Besonderheiten folgen.

Der feste Kopfball nimmt die ersten 40 einOktetten (320 Bit) des IPv6 -Pakets. Es enthält die Quell- und Zieladressen, die Verkehrsklasse, die Hopfenzahl und den Typ der optionalen Erweiterung oder Nutzlast, die dem Header folgt. Dies Nächster Header Feld teilt dem Empfänger mit, wie er die Daten interpretiert, die dem Header folgen. Wenn das Paket Optionen enthält, enthält dieses Feld den Optionstyp der nächsten Option. Das Feld "Nächster Header" der letzten Option zeigt auf das im Paket beförderte Protokoll der oberen Schicht Nutzlast.

Die aktuelle Nutzung des Felds IPv6 -Verkehrsklasse unterteilt dies zwischen einem 6 -bit -differenzierten Servicescodepunkt[34] und ein 2-Bit-Feld explizite Stauungsbenachrichtigung.[35]

Erweiterungsheader tragen Optionen, die für die besondere Behandlung eines Pakets im Netzwerk verwendet werden, z. B. für Routing, Fragmentierung und Sicherheit mit dem Ipsec Rahmen.

Ohne Sonderoptionen muss eine Nutzlast geringer sein als 64KB. Mit einer Jumbo -Nutzlastoption (in a Hop-für-Hop-Optionen Erweiterungsheader), die Nutzlast muss weniger als 4 GB betragen.

Im Gegensatz zu IPv4 fragmentieren Router nie ein Paket. Es wird erwartet, dass Hosts verwendet werden Path MTU -Entdeckung Damit ihre Pakete klein genug machen, um das Ziel zu erreichen, ohne fragmentiert zu werden. Sehen IPv6 -Paketfragmentierung.

Adressierung

Eine allgemeine Struktur für eine IPv6 -Unicast -Adresse

IPv6 -Adressen habe 128 Bit. Das Design des IPv6 -Adressraums implementiert eine andere Designphilosophie als in IPv4, in der das Subnetzing verwendet wurde, um die Effizienz der Nutzung des kleinen Adressraums zu verbessern. In IPv6 wird der Adressraum auf absehbare Zeit groß genug angesehen, und ein lokales Subnetz verwendet immer 64 Bit für den Host-Teil der Adresse, der als Schnittstellenkennung bezeichnet wird, während die wichtigsten 64 Bit als Routing verwendet werden Präfix.[36] Während der Mythos in Bezug auf IPv6-Subnetze vorhanden ist, die nicht scannen können, stellt RFC 7707 fest, dass Muster, die sich aus einigen IPv6-Adresskonfigurationstechniken und -Algorithmen ergeben, in vielen realen Szenarien das Scannen von Adressen ermöglichen.

Adressdarstellung

Die 128 Bit einer IPv6 -Adresse sind in 8 Gruppen von jeweils 16 Bit dargestellt. Jede Gruppe wird als vier hexadezimale Ziffern geschrieben (manchmal genannt Hextets[37][38] oder formeller Hexadektetten[39] und informell a Streitigen oder Quad-Nibble[39]) und die Gruppen werden von Colons (:) getrennt. Ein Beispiel für diese Darstellung ist 2001: 0DB8: 0000: 0000: 0000: FF00: 0042: 8329.

Aus Bequemlichkeit und Klarheit kann die Darstellung einer IPv6 -Adresse mit den folgenden Regeln verkürzt werden:

  • Ein oder mehr führende Nullen Aus jeder Gruppe von hexadezimalen Ziffern werden entfernt, was normalerweise allen führenden Nullen vorgenommen wird. Zum Beispiel die Gruppe 0042 wird in konvertiert zu 42.
  • Aufeinanderfolgende Abschnitte von Nullen werden durch zwei Kolons ersetzt (: :). Dies kann nur einmal in einer Adresse verwendet werden, da die Adresse die Adresse die Adresse unbestimmt macht. RFC 5952 erfordert, dass ein doppelter Dickdarm nicht verwendet wird, um einen weggelassenen einzelnen Abschnitt von Nullen zu bezeichnen.[40]

Ein Beispiel für die Anwendung dieser Regeln:

Anfangsadresse: 2001: 0DB8: 0000: 0000: 0000: FF00: 0042: 8329.
Nach dem Entfernen aller führenden Nullen in jeder Gruppe: 2001: DB8: 0: 0: 0: FF00: 42: 8329.
Nach dem Weglassen aufeinanderfolgender Abschnitte von Nullen: 2001: DB8 :: FF00: 42: 8329.

Die Loopback -Adresse 0000: 0000: 0000: 0000: 0000: 0000: 0000: 0001 ist definiert in RFC 5156 und wird abgekürzt zu :: 1 durch Verwendung beider Regeln.

Da eine IPv6 -Adresse mehr als eine Darstellung hat, hat das IETF a ausgegeben Vorgeschlagener Standard für die Darstellung dieser im Text.[41]

Da IPv6 -Adressen Colons enthalten, und URLs verwenden Colons, um den Host von der Portnummer zu trennen, RFC2732[42] Gibt an, dass eine IPv6-Adresse, die als Host-Teil einer URL verwendet wird, in quadratischen Klammern eingeschlossen sein sollte, z. http: // [2001: db8: 4006: 812 :: 200e] oder http://®2001:db8:4006:812::200e weibliche :8080/path/page.html.

Link-lokale Adresse

Die Link-lokale Unicast-Adressstruktur in IPv6

Alle Schnittstellen von IPv6 -Hosts erfordern a Link-lokale Adresse, die das Präfix haben Fe80 ::/10. Dieses Präfix wird mit einem 64-Bit Link-Local-Adresse Autokonfiguration.

Die unteren 64 Bits der Link-lokalen Adresse (das Suffix) wurden ursprünglich aus der MAC-Adresse der zugrunde liegenden Netzwerkschnittstellenkarte abgeleitet. Da diese Methode zur Zuweisung von Adressen unerwünschte Adressänderungen verursachen würde, wenn fehlerhafte Netzwerkkarten ersetzt würden, und wie sie auch unter einer Reihe von Sicherheits- und Datenschutzproblemen litt, hat RFC 8064 die ursprüngliche Mac-basierte Methode durch die in Hash-basierte Methode ersetzt, die in Hash-basierter Methode angegeben wurde, RFC 7217.

Besprechen Sie Einzigartigkeit und Router -Werbung

IPv6 verwendet einen neuen Mechanismus zum Zuordnen von IP-Adressen zu Link-Layer-Adressen (adresses (MAC -Adressen), weil es das nicht unterstützt Übertragung Adressierungsmethode, auf der die Funktionalität der Adressauflösungsprotokoll (ARP) in IPv4 basiert. IPv6 implementiert die Nachbarentdeckungsprotokoll (NDP, ND) in der Verbindungsschicht, was auf ICMPv6 und Multicast Übertragung.[5]: 210 IPv6 -Hosts überprüfen die Einzigartigkeit ihrer IPv6 -Adressen in a lokales Netzwerk (LAN) Durch Senden einer Nachbarmeldung nach der Link-Schicht-Adresse der IP-Adresse. Wenn ein anderer Host in der LAN diese Adresse verwendet, antwortet sie.[43]

Ein Host, der eine neue IPv6-Schnittstelle aufbringt, generiert zunächst eine eindeutige Link-lokale Adresse mit einem von mehreren Mechanismen, die eine eindeutige Adresse generieren sollen. Sollte eine nicht eindeutige Adresse erkannt werden, kann der Host mit einer neu generierten Adresse erneut versuchen. Sobald eine eindeutige Link-Local-Adresse festgelegt ist, stellt der IPv6-Host fest, ob der LAN auf diesem Link mit jedem verbunden ist Router Schnittstelle, die IPv6 unterstützt. Dies geschieht, indem es eine ICMPv6-Router-Aufforderung an die All-Router aussendet[44] Multicast-Gruppe mit ihrer Link-lokalen Adresse als Quelle. Wenn es nach einer vorgegebenen Anzahl von Versuchen keine Antwort gibt, kommt der Host zu dem Schluss, dass keine Router angeschlossen sind. Wenn eine Antwort, die als Router -Werbung bezeichnet wird, von einem Router aus einem Router bezeichnet wird, enthält die Antwort die Netzwerkkonfigurationsinformationen, um eine global eindeutige Adresse mit einem geeigneten Präfix von Unicast -Netzwerk zu ermöglichen.[45] Es gibt auch zwei Flag -Bits, in denen der Host angegeben ist, ob er DHCP verwenden soll, um weitere Informationen und Adressen zu erhalten:

  • Das Verwalten von Bit, das angibt, ob der Host DHCP verwenden sollte oder nicht, um zusätzliche Adressen zu erhalten, anstatt sich auf eine automatisch konfigurierte Adresse aus der Router-Anzeige zu verlassen.
  • Das andere Bit, das angibt, ob der Host andere Informationen über DHCP erhalten soll oder nicht. Die anderen Informationen bestehen aus einer oder mehreren Präfixinformationsoptionen für die Subnetze, an die der Host beigefügt ist, eine Lebensdauer für das Präfix und zwei Flaggen:[43]
    • On-Link: Wenn dieses Flag festgelegt ist, behandelt der Host alle Adressen des spezifischen Subnetzes als On-Link und sendet Pakete direkt an sie, anstatt sie für die Dauer der angegebenen Lebensdauer an einen Router zu senden.
    • Adresse: Dieses Flag gibt dem Host an, tatsächlich eine globale Adresse zu erstellen.

Globale Adressierung

Die globale Unicast -Adressstruktur in IPv6

Das Zuordnungsverfahren für globale Adressen ähnelt der Konstruktion lokaler Berichte. Das Präfix wird von Router -Anzeigen im Netzwerk geliefert. Mehrere Präfix -Ankündigungen führen dazu, dass mehrere Adressen konfiguriert werden.[43]

Die staatenlose Adresse Autokonfiguration (SLAAC) erfordert a 64 Adressblock RFC 4291. Lokale Internetregister werden mindestens zugewiesen 32 Blöcke, die sie unter untergeordneten Netzwerken teilen.[46] Die anfängliche Empfehlung wurde angegeben 48 Subnetz zu Endverbraucher-Websites (RFC 3177). Dies wurde durch ersetzt durch RFC 6177, was "empfiehlt 64, aber nicht empfiehlt, dass jede Heimstelle a gegeben wird 48 entweder". 56S werden ausdrücklich berücksichtigt. Es bleibt abzuwarten, ob ISPs diese Empfehlung ehren werden. Zum Beispiel während der ersten Versuche,, Comcast Kunden erhielten eine Single 64 Netzwerk.[47]

IPv6 im Domainnamensystem

In dem Domainnamensystem (DNS), Hostnamen werden IPv6 -Adressen von zugeordnet AAAA ("Quad-a") Ressourcensätze. Zum Rückauflösung, das IETF reservierte die Domain ip6.arpa, wo der Namensraum hierarchisch durch das 1-stellige geteilt wird hexadezimal Repräsentation von knabbern Einheiten (4 Bit) der IPv6 -Adresse. Dieses Schema ist in definiert in RFC 3596.

Wenn ein Dual-Stack-Host einen DNS-Server zur Behebung a abfragt Vollqualifizierter Domainname (FQDN), der DNS -Client des Hosts sendet zwei DNS -Anfragen, wobei eine Datensätze und die andere AAAA -Datensätze abfragen. Das Betriebssystem des Hosts kann mit einer Präferenz für Adressauswahlregeln konfiguriert werden RFC 6724.[48]

Ein alternativer Datensatztyp wurde in frühen DNS -Implementierungen für IPv6 verwendet, um die Netzwerkernennzahlung zu erleichtern, die A6 Aufzeichnungen für die Forward -Suche und eine Reihe anderer Innovationen wie z. Bit-String-Etiketten und Dname Aufzeichnungen. Es ist definiert in RFC 2874 und seine Referenzen (mit weiterer Diskussion der Vor- und Nachteile beider Systeme in RFC 3364), wurde aber dem experimentellen Status veraltet (RFC 3363).

Übergangsmechanismen

IPv6 ist nicht vorgesehen, IPv4 sofort zu ersetzen. Beide Protokolle werden für einige Zeit weiterhin gleichzeitig betrieben. Deswegen, IPv6 -Übergangsmechanismen werden benötigt, um IPv6 -Hosts zu ermöglichen, IPv4 -Dienste zu erreichen und isolierte IPv6 -Hosts und -Netzwerke über die IPv4 -Infrastruktur zu erreichen.[49]

Entsprechend Silvia HagenEine Dual-Stack-Implementierung von IPv4 und IPv6 auf Geräten ist der einfachste Weg, um auf IPv6 zu migrieren.[50] Viele andere Übergangsmechanismen verwenden das Tunneling, um den IPv6 -Verkehr in IPv4 -Netzwerken zu verkapulieren und umgekehrt. Dies ist eine unvollständige Lösung, die die reduziert Maximale Übertragungseinheit (MTU) eines Links und daher kompliziert Path MTU -Entdeckungund kann zunehmen Latenz.[51][52]

Dual-Stack-IP-Implementierung

IP-Implementierungen mit Dual-Stack-IP-Implementierungen bieten vollständige IPv4- und IPv6-Protokollstacks im Betriebssystem von a Computer oder Netzwerkgerät über dem gemeinsamen Physische Schicht Implementierung, wie z. Ethernet. Dies ermöglicht den Dual-Stack-Hosts, gleichzeitig an IPv6- und IPv4-Netzwerken teilzunehmen. Die Methode ist in definiert in RFC 4213.[53]

Ein Gerät mit Dual-Stack-Implementierung im Betriebssystem verfügt über eine IPv4- und IPv6-Adresse und kann mit anderen Knoten im LAN oder im Internet über IPv4 oder IPv6 kommunizieren. Das Domainnamensystem (DNS) Protokoll wird von beiden IP -Protokollen zur Auflösung verwendet Vollqualifizierte Domainnamen (FQDN) und IP -Adressen, aber Dual Stack erfordert, dass der auflösende DNS -Server beide Adressensarten beheben kann. Ein solcher Dual -Stack -DNS -Server würde IPv4 -Adressen in den A -Datensätzen und IPv6 -Adressen in den AAAA -Datensätzen enthalten. Abhängig vom Ziel, das gelöst werden soll, kann ein DNS -Namenserver eine IPv4- oder IPv6 -IP -Adresse oder beides zurückgeben. Ein Standard -Adressauswahlmechanismus oder ein bevorzugtes Protokoll muss entweder auf Hosts oder auf dem DNS -Server konfiguriert werden. Das Ietf hat veröffentlicht Glückliche Augäpfel So unterstützen Sie die Dual -Stack -Anwendungen, damit sie sowohl IPv4 als auch IPv6 herstellen können. Bevorzugen Sie jedoch eine IPv6 -Verbindung, wenn sie verfügbar ist. Ein Dual-Stack muss jedoch auch auf alle implementiert werden Router Zwischen dem Host und dem Dienst, für den der DNS -Server eine IPv6 -Adresse zurückgegeben hat. Dual-Stack-Clients sollten nur so konfiguriert sein, dass IPv6 vorgeschlagen wird, wenn das Netzwerk IPv6-Pakete mithilfe der IPv6-Versionen von weiterleiten kann Routing -Protokolle. Wenn Doppel -Stack -Netzwerkeprotokolle vorhanden sind Anwendungsschicht Kann auf IPv6 migriert werden.[54]

Während der Dual-Stack von Major unterstützt wird Betriebssystem und Netzwerkgerät Anbieter, Legacy Networking -Hardware und Server unterstützen IPv6 nicht.

ISP-Kunden mit öffentlich ausgerichteter IPv6

IPv6 -Präfixzuweisungsmechanismus mit Iana, RIRs und ISPs

Internetanbieter (ISPs) bieten ihren Geschäfts- und Privatkunden zunehmend IPv6 Global Unicast-Adressen mit öffentlichem öffentlich ausgerichtet. Wenn IPv4 jedoch weiterhin im lokalen Area Network (LAN) verwendet wird und der ISP nur eine öffentlich ausgerichtete IPv6-Adresse angeben kann, werden die IPv4-LAN Nat64, a Netzwerkadressübersetzung (Nat) Mechanismus. Einige ISPs können ihren Kunden nicht mit öffentlich ausgerichteten IPv4- und IPv6-Adressen zur Verfügung stellen, wodurch das Dual-Stack-Netzwerk unterstützt wird, da einige ISPs ihren weltweit routbaren IPv4-Adresspool erschöpft haben. In der Zwischenzeit versuchen ISP -Kunden immer noch, IPv4 zu erreichen Webserver und andere Ziele.[55]

Ein signifikanter Prozentsatz der ISPs insgesamt Regionales Internetregister (RIR) Zonen haben den IPv6 -Adressraum erhalten. Dies schließt viele der wichtigsten ISPs der Welt ein und umfasst Mobilfunknetz Betreiber wie z. Verizon Wireless, StarHub -Kabel, Chubu -Telekommunikation, Kabel Deutschland, Schweizer, T-Mobile, Internode und Telefónica.[56]

Während einige ISPs weiterhin Kunden nur IPv4-Adressen zuordnen, geben viele ISPs ihren Kunden nur einen IPv6- oder Dual-Stack-IPv4 und IPv6 zu. ISPs melden den Anteil des IPv6-Datenverkehrs von Kunden über ihr Netzwerk auf etwa 20% und 40%, aber bis Mitte 2017 machte der IPv6-Verkehr immer noch einen Bruchteil des Gesamtverkehrs bei mehreren großen aus. Internetaustauschpunkte (IXPS). AMS-IX meldete es 2% und Seattlex gemeldet 7%. Eine Umfrage aus dem Jahr 2017 ergab, dass viele DSL -Kunden, die von einem Dual -Stack -ISP bedient wurden, keine DNS -Server anforderten, vollständig qualifizierte Domain -Namen in IPv6 -Adressen zu beheben. Die Umfrage ergab außerdem, dass der Großteil des Datenverkehrs von IPv6-fähigen Webserver-Ressourcen weiter von IPv4-ISPs nur ISPs.[57]

Tunneling

Die technische Grundlage für das Tunneln oder die Einkapselung von IPv6-Paketen in IPv4-Paketen ist in RFC 4213 beschrieben. Wenn das Internet-Backbone nur IPv4 war, war eines der häufig verwendeten Tunnelungsprotokolle 6to4.[58] Teredo Tunneling wurde auch häufig zur Integration von IPv6 LANs in das IPv4 -Internet -Rückgrat verwendet. Teredo ist in RFC 4380 umrissen und ermöglicht IPv6 lokale Netzwerke zum Tunnel über IPv4 -Netzwerke durch Einkapselung von IPv6 -Paketen in UDP. Das Tedo -Relais ist ein IPv6 -Router, der zwischen einem TERREDO -Server und dem nativen IPv6 -Netzwerk vermittelt. Es wurde erwartet, dass 6to4 und Teredo weit verbreitet werden, bis ISP -Netzwerke auf natives IPv6 wechseln würden. Bis 2014 zeigte Google Statistics, dass die Verwendung beider Mechanismen auf fast 0 gesunken war.[59]

IPv4-abgebildete IPv6-Adressen

IPv4-kompatible IPv6-Unicast-Adresse
IPv4-Made IPv6 Unicast-Adresse

Hybrid Dual-Stack IPv6/IPv4-Implementierungen erkennen eine spezielle Klasse von Adressen, die IPv4-Made IPv6-Adressen.[60][61] Diese Adressen werden in der Regel mit einem 96-Bit-Präfix im Standard-IPv6-Format geschrieben, und die verbleibenden 32 Bit sind in der üblichen Dot-Decimal Notation von IPv4.

Adressen in dieser Gruppe bestehen aus einem 80-Bit-Präfix Nullen, die nächsten 16 Bits sind diejenigen, und die verbleibenden, am wenigsten signifikanten 32 Bit enthalten die IPv4-Adresse. Zum Beispiel, :: ffff: 192.0.2.128 repräsentiert die IPv4 -Adresse 192.0.2.128. Ein früheres Format mit dem Namen "IPv4-kompatibler IPv6-Adresse" war :: 192.0.2.128; Diese Methode ist jedoch veraltet.[61]

Aufgrund der signifikanten internen Unterschiede zwischen IPv4- und IPv6-Protokoll-Stapeln funktioniert einige der Programmierer im IPv6-Stack unter Verwendung von IPv4-angeordneten Adressen nicht gleich. Einige gängige IPv6-Stacks implementieren die IPv4-Made-Adressfunktion nicht, da es sich bei den IPv6- und IPv4-Stacks um separate Implementierungen handelt (z. B.. Microsoft Windows 2000, XP und Server 2003) oder aufgrund von Sicherheitsbedenken (OpenBSD).[62] Auf diesen Betriebssystemen muss ein Programm für jedes von es verwendete IP -Protokoll einen separaten Socket öffnen. Auf einigen Systemen, z. B. die, die Linux Kernel, Netbsd, und FreebsdDiese Funktion wird durch die Socket -Option IPv6_v6only gesteuert.[63]: 22

Das Adresse Präfix 64: ff9b ::/96 ist eine Klasse von IPv4-eingebetteten IPv6-Adressen für die Verwendung in Nat64 Übergangsmethoden.[64] Zum Beispiel, 64: ff9b :: 192.0.2.128 repräsentiert die IPv4 -Adresse 192.0.2.128.

Sicherheit

Eine Reihe von Sicherheitsauswirkungen kann sich aus der Verwendung von IPv6 ergeben. Einige von ihnen können mit den IPv6 -Protokollen selbst zusammenhängen, während andere mit Implementierungsfehler zusammenhängen.[65][66]

Schattennetzwerke

Die Hinzufügung von Knoten mit IPv6, die standardmäßig vom Softwarehersteller aktiviert ist, kann zur versehentlichen Erstellung von führen Schattennetzwerke, was dazu führt, dass der IPv6 -Verkehr in Netzwerke fließt, mit nur dem IPv4 -Sicherheitsmanagement. Dies kann auch bei Betriebssystem -Upgrades auftreten, wenn das neuere Betriebssystem IPv6 standardmäßig ermöglicht, während der ältere dies nicht tat. Wenn Sie die Sicherheitsinfrastruktur für IPv6 nicht aktualisieren, kann der IPv6 -Verkehr umgehen.[67] Schattennetzwerke sind in Geschäftsnetzwerken aufgetreten, in denen Unternehmen ersetzt werden Windows XP Systeme, die standardmäßig keinen IPv6 -Stack aktivieren, mit Windows 7 Systeme, das tun.[68] Einige IPv6-Stack-Implementierer haben daher empfohlen, IPv4-zugeordnete Adressen zu deaktivieren und stattdessen ein Dual-Stack-Netzwerk zu verwenden, bei dem sowohl IPv4 als auch IPv6 unterstützt werden.[69]

IPv6 -Paketfragmentierung

Untersuchungen haben gezeigt, dass die Verwendung von Fragmentierung genutzt werden kann, um die Sicherheitssteuerung der Netzwerke zu entgehen, ähnlich wie IPv4. Als Ergebnis, RFC 7112 erfordert, dass das erste Fragment eines IPv6 -Pakets die gesamte IPv6 -Headerkette enthält, so dass einige sehr pathologische Fragmentierungsfälle verboten sind. Darüber hinaus als Ergebnis der Forschung zur Umgehung von Ra-Guard in RFC 7113, RFC 6980 hat den Einsatz von Fragmentierung mit Nachbarentdeckung verabreicht und die Verwendung von Fragmentierung mit sicherem Nachbardiscovery (SEND) entmutigt.

Standardisierung durch RFCs

Vorschläge für Arbeitskräfte

Ein Zeitplan für die Standards für IPv6

Aufgrund des erwarteten globalen Wachstums der Internet, das Internettechnik-Arbeitsgruppe (IETF) begann in den frühen neunziger Jahren einen Versuch, ein IP -Protokoll der nächsten Generation zu entwickeln.[5]: 209 Anfang 1992 erschienen mehrere Vorschläge für ein erweitertes Internet -Adressierungssystem, und bis Ende 1992 kündigte die IETF einen Aufruf für White Papers an.[70] Im September 1993 schuf die IETF ein temporäres Ad -hoc, ad hoc IP nächste Generation (IPNG) Bereich, um speziell mit solchen Problemen umzugehen. Das neue Gebiet wurde von angeführt Allison Mankin und Scott Bradnerund hatte eine Direktion mit 15 Ingenieuren mit unterschiedlichem Hintergrund für die Richtungsrichtungs- und vorläufige Dokumentenüberprüfung:[7][71] Die Mitglieder der Arbeitskräfte waren J. Allard (Microsoft), Steve Bellovin (AT & T), Jim Bound (Digital Equipment Corporation), Ross Callon (Wellfleet), Brian Carpenter (CERN), Dave Clark (MIT), John Curran (NearNet),, Steve Deering (Xerox), Dino Farinacci (Cisco), Paul Francis (NTT), Eric Fleischmann (Boeing), Mark Knopper (Ameritech), Greg Minshall (Novell), Rob Ullmann (Lotus) und Greg Minshall (Novell) und Lixia Zhang (Xerox).[72]

Die Internet Engineering Task Force übernahm das IPNG -Modell am 25. Juli 1994 mit der Bildung mehrerer IPNG -Arbeitsgruppen.[7] Bis 1996 eine Reihe von einer Reihe von RFCs wurde veröffentlicht, um das Internet -Protokoll Version 6 (IPv6) zu definieren, beginnend mit RFC 1883. (Version 5 wurde vom Experimental verwendet Internet -Stream -Protokoll.))

RFC -Standardisierung

Der erste RFC, der IPv6 standardisiert, war die RFC 1883 1995, was von veraltet wurde von RFC 2460 In 1998.[5]: 209 Im Juli 2017 wurde dieser RFC von abgelöst von RFC 8200, die IPv6 auf "Internet Standard" erhöhte (die höchste Reife -Ebene für IETF -Protokolle).[3]

Einsatz

Monatliche IPv6 -Zuweisungen pro Regionales Internetregister (Rir)

Die Einführung von 1993 von Classless Inter-Domain Routing (CIDR) in der Routing- und IP -Adresszuweisung für das Internet und der umfassenden Nutzung von Netzwerkadressübersetzung (Nat), verzögert IPv4 -Adresse Erschöpfung Um die IPv6-Bereitstellung zu ermöglichen, die Mitte der 2000er Jahre begann.

Die Universitäten gehörten zu den frühen Anwendern von IPv6. Virginia Tech Bereitete IPv6 an einem Teststandort im Jahr 2004 und später erweiterte die IPv6 -Bereitstellung über die Campus -Netzwerk. Bis 2016 verwendeten 82% des Datenverkehrs in ihrem Netzwerk IPv6. Imperial College London Begann 2003 die experimentelle IPv6 -Bereitstellung und bis 2016 lag der IPv6 -Verkehr in ihren Netzwerken im Durchschnitt zwischen 20% und 40%. Ein erheblicher Teil dieses IPv6 -Verkehrs wurde durch ihre erzeugt Hochenergie Physik Zusammenarbeit mit Cern, was vollständig auf IPv6 beruht.[73]

Das Domainnamensystem (DNS) hat IPv6 seit 2008 unterstützt. Im selben Jahr wurde IPv6 erstmals während des Peking in einer großen Weltveranstaltung verwendet 2008 Sommerspiele.[74][75]

Bis 2011 hatten alle wichtigen Betriebssysteme, die auf PCs und Serversystemen verwendet werden, mit IPv6-Implementierungen in Produktionsqualität. Mobiltelefonsysteme präsentierten ein großes Bereitstellungsfeld für Internet -Protokollgeräte, da der Mobilfunkdienst den Übergang von 3g zu 4g Technologien, in denen die Stimme als Voice over IP (VoIP) Service, der IPv6 -Verbesserungen nutzen würde. Im Jahr 2009 der US -amerikanische Mobilfunkbetreiber Verizon Veröffentlicht technische Spezifikationen für Geräte, um in seinen Netzwerken der nächsten Generation zu arbeiten.[76] Die Spezifikation mandierte den IPv6 -Betrieb gemäß dem 3GPP Release 8 Spezifikationen (März 2009)und veraltete IPv4 als optionale Fähigkeit.[76]

Die Bereitstellung von IPv6 in der Internet -Rückgrat Fortsetzung. Im Jahr 2018 haben nur 25,3% der rund 54.000 autonomen Systeme sowohl IPv4- als auch IPv6 Border Gateway Protokoll (BGP) Routing -Datenbank. Weitere 243 Netzwerke haben nur ein IPv6 -Präfix beworben. Internet -Backbone Transit -Netzwerke, die IPv6 -Unterstützung anbieten, gab es in jedem Land weltweit, außer in Teilen von Afrika, das Naher Osten und China.[77]: 6 Bis Mitte 2018 ein großer Europäer Breitband ISPs hatten IPv6 für die Mehrheit ihrer Kunden bereitgestellt. Sky UK stellte über 86% seiner Kunden mit IPv6 bereit, Deutsche Telekom hatte 56% Einsatz von IPv6, Xs4all In den Niederlanden hatten 73% Einsatz und in Belgien die Breitband -ISPs Voo und Telenet hatte 73% bzw. 63% IPv6 -Bereitstellung.[77]: 7 In den Vereinigten Staaten der Breitband ISP Comcast hatte einen IPv6 -Einsatz von etwa 66%. 2018 meldete Comcast schätzungsweise 36,1 Millionen IPv6 -Benutzer AT&T meldete 22,3 Millionen IPv6 -Benutzer.[77]: 7–8

Siehe auch

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Externe Links