IPv6 Adressierung und Architektur

Willkommen zum zweiten Teil der Reihe IPv6. Heute wird es etwas technischer.

1. IPv6 Adressaufbau

Zum Anfang eine kleine Wiederholung: IPv6-Adressen bestehen aus 128 Bits, was zu einer theoretischen Anzahl von etwa 3,4 x 10^38 möglichen Adressen führt. Diese werden in acht Gruppen zu jeweils vier hexadezimalen Ziffern dargestellt, die durch Doppelpunkte getrennt sind, z.B. 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 Zur Vereinfachung können führende Nullen innerhalb eines Blocks weggelassen werden, und aufeinanderfolgende Blöcke mit Nullen können durch :: (zwei aufeinanderfolgende Doppelpunkte) ersetzt werden. Zum Beispiel wird die Adresse 2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329 zu 2001:db8::ff00:42:8329 komprimiert. Die Kürzung von Null-Folgen darf innerhalb der selben IPv6-Adresse nur einmal vorgenommen werden, doch das sollte klar sein.

Der Aufbau einer IPv6-Adresse besteht aus den Hauptkomponenten Präfix und Interface Identifier. Das Präfix bestimmt das Netzwerkssegment und der Interface Identifier identifiziert das spezifische Interface innerhalb dieses Segments. (Hab ich das Wort mit sich selbst erklärt oder ist der Name so beschreibend?) Das Präfix kann flexibel in der Länge sein, wird aber standardmäßig mit /64 angegeben. Somit stellen die ersten 64 Bits das Netzwerkspräfix dar und die letzten 64 Bits den Interface Identifier.

2. Adresstypen

IPv6 unterscheidet sich von IPv4 durch mehr Adresstypen, die für spezifische Kommunikationsanforderungen entwickelt wurden:

• Unicast-Adressen sind für die Kommunikation mit einem einzigen Interface bestimmt. Sie werden unterteilt in
  - Global Unicast Adressen - weltweit eindeutige Adressen,
  - Link-Local Adressen - gültig nur innerhalb eines einzelnen Netzwerks und
  - Unique Local Adressen - für lokale Netzwerke, ähnlich wie private Adressen in IPv4​.
• Multicast-Adressen ermöglichen die Kommunikation mit mehreren Interfaces gleichzeitig. Multicast-Adressen beginnen mit FF und ersetzen technisch die Broadcast-Adressen in IPv4. Einsatzszenarien sind Video- und Audioübertragungen oder Routing-Updates​.
• Anycast-Adressen sind an mehrere Interfaces gebunden, wobei Pakete an das nächstgelegene Interface (gemäß der Entfernungsmessung der Routing-Protokolle) gesendet werden, das die Anycast-Adresse verwendet. Anycast-Adressen werden oft verwendet, um Last zu verteilen oder Dienste geografisch näher an den Benutzer zu bringen​.

Man merkt bereits, dass die Einführung dieser Adresstypen eine effizientere und flexiblere Netzwerkarchitektur im Vergleich zu IPv4 bieten kann.

3. Adressvergabe und Autokonfiguration

IPv6 unterstützt verschiedene Methoden zur Adressvergabe und Autokonfiguration, die den Netzwerkbetrieb erheblich vereinfachen und die Administration erleichtern:

• Stateless Address Autoconfiguration (SLAAC): Mit SLAAC können Geräte ihre eigenen IP-Adressen generieren, indem sie Informationen von Routern, sogenante Router Advertisement Nachrichten verwenden. Dies ermöglicht es Geräten, sich selbst zu konfigurieren, ohne dass ein DHCP-Server benötigt wird. Die durch SLAAC generierten Adressen bestehen aus dem Netzwerkspräfix, das vom Router bereitgestellt wird, und einem Interface Identifier, der auf der MAC-Adresse des Geräts basiert. Im Vergleich zu IPv4 grenzt das an Zauberei und ist nicht mit APIPA vergleichbar.
• Stateful Address Configuration: Im Gegensatz zu SLAAC bietet DHCPv6 eine stateful Konfiguration, bei der ein DHCP-Server die IP-Adressen und andere Konfigurationsparameter an die Geräte verteilt. DHCPv6 bietet ähnliche Funktionen wie DHCP für IPv4, nur eben an den spezifischen Anforderungen von IPv6 angepasst​.
• Unique Local Addresses (ULAs): ULAs sind für die lokale Kommunikation innerhalb eines Netzwerks bestimmt. Ähnlich der privaten IP-Adressen in IPv4. ULAs sind nicht für den globalen Internetverkehr bestimmt und können daher ohne die Gefahr von Adresskonflikten frei in internen Netzwerken verwendet werden.

4. Subnetting und Hierarchische Adressierung

Die hierarchische Adressierung und das Subnetting verbessern die Netzwerkeffizienz und Skalierbarkeit:

• Hierarchische Adressierung: IPv6 unterstützt eine hierarchische Struktur, die eine effiziente Aggregation von Routen ermöglicht. Diese Struktur reduziert die Größe der Routingtabellen und verbessert die Routingeffizienz. Netzbetreiber können große Adressblöcke effizient aufteilen und organisieren, um eine effektive Nutzung des Adressraums zu gewährleisten​​​.
• Subnetting: Subnetting in IPv6 ist flexibler als in IPv4. Während IPv4-Subnetze durch die Subnetzmaske definiert werden, verwendet IPv6 Präfixlängen zur Definition von Subnetzen. Die gängigste Präfixlänge für Subnetze ist /64, was bedeutet, dass die ersten 64 Bits das Netzwerkspräfix darstellen und die letzten 64 Bits der Interface Identifier sind. Diese Vereinfachung erleichtert das Netzwerkdesign und die Verwaltung.

5. Schlussfolgerung

IPv6 bietet durch seine vielfältigen Adresstypen und flexiblen Adressvergabe- und Subnetting-Methoden eine robuste Grundlage für die moderne Netzwerkinfrastruktur. Die Einführung von SLAAC und DHCPv6 erleichtert die Netzwerkkonfiguration und -verwaltung erheblich. Unternehmen profitieren von der größeren Effizienz und Skalierbarkeit der hierarchischen Adressierung und können Netzwerke flexibler und zukunftssicherer gestalten​​.

Viele Informationen und vielen Dank für die Aufmerksamkeit.
- itger.de\HASCii

Quellen

Internet Protocol version 6 (IPv6) overview - .NET

Learn about the IPv6 protocol and how it differs from IPv4.

Microsoft LearnIEvangelist

RFC 4291: IP Version 6 Addressing Architecture