Heute werden wir das IPv6-Protokoll untersuchen. Die vorherige Version des CCNA-Kurses erforderte keine detaillierte Einarbeitung in dieses Protokoll, in der dritten Version 200-125 ist jedoch dessen eingehendes Studium erforderlich, um die Prüfung zu bestehen. Das IPv6-Protokoll wurde vor langer Zeit entwickelt, war aber lange Zeit nicht weit verbreitet. Es ist für die zukünftige Entwicklung des Internets von großer Bedeutung, da es die Mängel des allgegenwärtigen IPv4-Protokolls beseitigen soll.
Da das IPv6-Protokoll ein recht weit gefasstes Thema ist, habe ich es in zwei Video-Tutorials unterteilt: Tag 24 und Tag 25. Am ersten Tag widmen wir uns den Grundkonzepten und am zweiten befassen wir uns mit der Konfiguration von IPv6-IP-Adressen für Cisco Geräte. Heute werden wir wie üblich drei Themen behandeln: die Notwendigkeit von IPv6, das Format von IPv6-Adressen und die Arten von IPv6-Adressen.
Bisher haben wir in unseren Lektionen IP-Adressen der Version 4 verwendet, und Sie sind daran gewöhnt, dass diese recht einfach aussehen. Als Sie die Adresse auf dieser Folie gesehen haben, haben Sie genau verstanden, worum es geht.
Allerdings sehen IP-Adressen der Version 6 ganz anders aus. Wenn Sie nicht wissen, wie Adressen in dieser Version des Internetprotokolls erstellt werden, werden Sie zunächst überrascht sein, dass diese Art von IP-Adresse viel Platz beansprucht. In der vierten Version des Protokolls hatten wir nur 4 Dezimalzahlen, und damit war alles einfach, aber stellen Sie sich vor, Sie müssten einem bestimmten Herrn X seine neue IP-Adresse wie 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e mitteilen :0370: 7334.
Aber keine Sorge – am Ende dieses Video-Tutorials werden wir in einer viel besseren Position sein. Schauen wir uns zunächst an, warum die Notwendigkeit entstand, IPv6 zu verwenden.
Heutzutage verwenden die meisten Menschen IPv4 und sind damit recht zufrieden. Warum mussten Sie auf die neue Version aktualisieren? Erstens sind IP-Adressen der Version 4 32 Bit lang. Dadurch können Sie etwa 4 Milliarden Adressen im Internet erstellen, d. Wenn Sie sich erinnern, sind Adressen dieser Version in 232 Klassen unterteilt: aktive Klassen A, B, C und Reserveklassen D (Multicasting) und E (Forschung). Obwohl die Zahl der funktionierenden IP-Adressen also nur 4 % der 5 Milliarden betrug, waren die Ersteller des Protokolls zuversichtlich, dass sie für die gesamte Menschheit ausreichen würden. Aufgrund der rasanten Entwicklung des Internets war jedoch von Jahr zu Jahr ein Mangel an kostenlosen IP-Adressen zu spüren, und ohne den Einsatz der NAT-Technologie gäbe es die kostenlosen IPv75-Adressen längst nicht mehr. Tatsächlich ist NAT zum Retter dieses Internetprotokolls geworden. Aus diesem Grund wurde es notwendig, eine neue Version des Internetprotokolls zu erstellen, ohne die Mängel der 4. Version. Sie fragen sich vielleicht, warum Sie direkt von Version 4 auf Version 4 gesprungen sind. Dies liegt daran, dass Version 5, wie auch die Versionen 1,2, 3 und XNUMX, experimentell waren.
IP-Adressen der Version 6 verfügen also über einen 128-Bit-Adressraum. Wie oft hat sich Ihrer Meinung nach die Anzahl der möglichen IP-Adressen erhöht? Sie werden wahrscheinlich sagen: „4 Mal!“. Das ist aber nicht der Fall, denn 234 ist bereits viermal so groß wie 4. 232 ist also unglaublich groß – es entspricht 2128. Das ist die Anzahl der über IPv340282366920938463463374607431768211456 verfügbaren IP-Adressen. Das bedeutet, dass Sie allem, was Sie wollen, eine IP-Adresse zuweisen können: Ihrem Auto, Ihrem Telefon, Ihrer Armbanduhr. Ein moderner Mensch kann einen Laptop, mehrere Smartphones, Smartwatches, ein Smart Home haben – einen Fernseher mit Internetanschluss, eine Waschmaschine mit Internetanschluss, ein ganzes Haus mit Internetanschluss. Diese Anzahl an Adressen ermöglicht das von Cisco unterstützte Konzept des „Internet of Things“. Das bedeutet, dass alle Dinge in Ihrem Leben mit dem Internet verbunden sind und alle eine eigene IP-Adresse benötigen. Mit IPv6 ist es möglich! Jeder Mensch auf der Erde kann Millionen von Adressen dieser Version für seine Geräte nutzen, und trotzdem wird es zu viele kostenlose geben. Wir können nicht vorhersagen, wie sich die Technologie entwickeln wird, aber wir können hoffen, dass die Menschheit nicht zu dem Zeitpunkt kommt, an dem nur noch ein Computer auf der Erde übrig bleibt. Es ist davon auszugehen, dass IPv6 noch sehr, sehr lange existieren wird. Werfen wir einen Blick auf das IP-Adressformat der sechsten Version.
Diese Adressen werden als 8 Gruppen von Hexadezimalzahlen angezeigt. Dies bedeutet, dass jedes Zeichen der Adresse 4 Bit lang ist, sodass jede Gruppe von 4 solchen Zeichen 16 Bit lang ist und die gesamte Adresse 128 Bit lang ist. Jede Gruppe von 4 Zeichen wird von der nächsten Gruppe durch einen Doppelpunkt getrennt, anders als bei IPv4-Adressen, wo die Gruppen durch Punkte getrennt wurden, da der Punkt die dezimale Darstellung von Zahlen ist. Da eine solche Adresse nicht leicht zu merken ist, gibt es mehrere Regeln zum Kürzen. Die erste Regel besagt, dass Gruppen aus Nullen durch Doppelpunkte ersetzt werden können. Ein ähnlicher Vorgang kann für jede IP-Adresse nur einmal durchgeführt werden. Mal sehen, was das bedeutet.
Wie Sie sehen können, gibt es im angegebenen Adressbeispiel drei Gruppen mit je 4 Nullen. Die Gesamtzahl der Doppelpunkte, die diese 0000:0000:0000-Gruppen trennen, beträgt 2. Wenn Sie also einen doppelten Doppelpunkt :: verwenden, bedeutet dies, dass sich an dieser Adressposition Gruppen von Nullen befinden. Woher wissen Sie also, für wie viele Gruppen von Nullen dieser Doppelpunkt steht? Wenn Sie sich die Kurzform der Adresse ansehen, können Sie 5 Gruppen zu je 4 Zeichen zählen. Da wir aber wissen, dass die vollständige Adresse aus 8 Gruppen besteht, bedeutet der Doppelpunkt 3 Gruppen mit 4 Nullen. Dies ist die erste Regel der Kurzform der Adresse.
Die zweite Regel besagt, dass Sie führende Nullen in jeder Zeichengruppe weglassen können. Beispielsweise sieht die 6. Gruppe der Langform der Adresse wie 04FF aus, und die Kurzform sieht wie 4FF aus, da wir die führende Null weggelassen haben. Somit bedeutet der Eintrag 4FF nichts anderes als 04FF.
Mithilfe dieser Regeln können Sie jede IP-Adresse kürzen. Allerdings sieht diese Adresse auch nach der Kürzung nicht wirklich kurz aus. Später werden wir uns ansehen, was Sie dagegen tun können. Denken Sie zunächst nur an diese beiden Regeln.
Werfen wir einen Blick auf die IPv4- und IPv6-Adressheader.
Dieses Bild, das ich aus dem Internet gemacht habe, erklärt sehr gut den Unterschied zwischen den beiden Headern. Wie Sie sehen, ist der IPv4-Adressheader viel komplexer und enthält mehr Informationen als der IPv6-Header. Wenn der Header komplex ist, verbringt der Router mehr Zeit damit, ihn zu verarbeiten, um eine Routing-Entscheidung zu treffen. Wenn also einfachere IP-Adressen der sechsten Version verwendet werden, arbeiten Router effizienter. Aus diesem Grund ist IPv6 so viel besser als IPv4.
Eine IPv4-Headerlänge von 0 bis 31 Bit nimmt 32 Bit ein. Mit Ausnahme der letzten Zeile von Optionen und Auffüllung ist eine IP-Adresse der Version 4 eine 20-Byte-Adresse, was bedeutet, dass ihre Mindestgröße 20 Byte beträgt. Die Adresslänge der sechsten Version hat keine Mindestgröße und eine solche Adresse hat eine feste Länge von 40 Bytes.
Im IPv4-Header steht die Version an erster Stelle, gefolgt von der Länge des IHL-Headers. Der Standardwert beträgt 20 Byte, aber wenn im Header zusätzliche Optionsinformationen angegeben werden, kann dieser länger sein. Mit Wireshark können Sie einen Versionswert von 4 und einen IHL-Wert von 5 lesen, was fünf vertikale Blöcke mit jeweils 4 Bytes (32 Bit) bedeutet, ohne den Optionsblock.
Der Diensttyp gibt die Art des Pakets an – beispielsweise ein Sprachpaket oder ein Datenpaket, da der Sprachverkehr Vorrang vor anderen Verkehrstypen hat. Kurz gesagt, dieses Feld gibt die Priorität des Datenverkehrs an. Die Gesamtlänge ist die Summe der Header-Länge von 20 Byte plus der Länge der Nutzlast, also der übertragenen Daten. Bei einer Länge von 50 Byte beträgt die Gesamtlänge 70 Byte. Das Identifikationspaket wird verwendet, um die Integrität des Pakets mithilfe des Prüfsummenparameters des Header-Checksum-Headers zu überprüfen. Wenn das Paket in 5 Teile fragmentiert ist, muss jeder von ihnen den gleichen Bezeichner haben – Fragment-Offset. Fragment-Offset, der einen Wert von 0 bis 4 haben kann, während jedes Fragment des Pakets den gleichen Offset-Wert haben muss. Die Flags geben an, ob Fragmentverschiebung zulässig ist. Wenn Sie nicht möchten, dass eine Datenfragmentierung auftritt, setzen Sie das DF-Flag – Nicht fragmentieren. Es gibt eine Flagge MF - mehr Fragment. Das heißt, wenn das erste Paket in 5 Teile fragmentiert ist, wird das zweite Paket auf 0 gesetzt, was bedeutet, dass es keine Fragmente mehr gibt! In diesem Fall wird das letzte Fragment des ersten Pakets mit 4 markiert, damit das empfangende Gerät das Paket problemlos zerlegen, also defragmentieren kann.
Achten Sie auf die auf dieser Folie verwendeten Farben. Felder, die aus dem IPv6-Header ausgeschlossen wurden, sind rot markiert. Die blaue Farbe zeigt die Parameter, die von der vierten zur sechsten Version des Protokolls in modifizierter Form übernommen wurden. Die gelben Kästchen blieben in beiden Versionen unverändert. Die grüne Farbe zeigt ein Feld, das zunächst nur in IPv6 vorkam.
Die Felder „Identifikation“, „Flags“, „Fragment-Offset“ und „Header-Prüfsumme“ wurden entfernt, da bei modernen Datenübertragungsbedingungen keine Fragmentierung auftritt und eine Überprüfung der Prüfsumme nicht erforderlich ist. Vor vielen Jahren war Fragmentierung bei langsamen Datenübertragungen weit verbreitet, heute ist IEEE 802.3 Ethernet mit einer MTU von 1500 Byte allgegenwärtig und Fragmentierung tritt nicht mehr auf.
TTL (Packet Time to Live) ist ein Countdown-Zähler – wenn die Time to Live 0 erreicht, wird das Paket verworfen. Tatsächlich ist dies die maximale Anzahl an Sprüngen, die in diesem Netzwerk durchgeführt werden können. Das Feld „Protokoll“ gibt an, welches Protokoll, TCP oder UDP, im Netzwerk verwendet wird.
Header-Prüfsumme ist ein veralteter Parameter und wurde daher aus der neuen Version des Protokolls entfernt. Als nächstes folgen die 32-Bit-Quelladressen- und 32-Bit-Zieladressfelder. Wenn wir in der Optionszeile einige Informationen haben, ändert sich der IHL-Wert von 5 auf 6, was darauf hinweist, dass in der Kopfzeile ein zusätzliches Feld vorhanden ist.
Der IPv6-Header verwendet auch die Versionsversion und die Verkehrsklasse entspricht dem Feld „Type of Service“ im IPv4-Header. Das Flow Label ähnelt der Traffic Class und wird verwendet, um das Routing eines homogenen Paketflusses zu vereinfachen. Payload-Länge bedeutet die Länge der Nutzlast oder die Größe des Datenfelds, das sich im Feld unter dem Header befindet. Die Länge des Headers selbst, 40 Byte, ist konstant und wird daher nirgends erwähnt.
Das nächste Header-Feld, Next Header, gibt an, welche Art von Header das nächste Paket haben wird. Dies ist eine sehr nützliche Funktion, die den Typ des nächsten Transportprotokolls festlegt – TCP, UDP usw. – und die in zukünftigen Datenübertragungstechnologien sehr gefragt sein wird. Auch wenn Sie Ihr eigenes Protokoll verwenden, können Sie herausfinden, welches Protokoll als nächstes kommt.
Das Hop-Limit oder Hop-Limit ist analog zur TTL im IPv4-Header, es handelt sich um einen Mechanismus zur Verhinderung von Routing-Schleifen. Als nächstes folgen die 128-Bit-Quelladressen- und 128-Bit-Zieladressfelder. Der gesamte Header ist 40 Byte groß. Wie gesagt, IPv6 ist viel einfacher als IPv4 und für Router-Routing-Entscheidungen viel effizienter.
Berücksichtigen Sie die Arten von IPv6-Adressen. Wir wissen, was Unicast ist – es handelt sich um eine gerichtete Übertragung, bei der ein Gerät direkt mit einem anderen verbunden ist und beide Geräte nur miteinander kommunizieren können. Multicast ist eine Broadcast-Übertragung und bedeutet, dass mehrere Geräte gleichzeitig mit einem Gerät kommunizieren können, das wiederum mit mehreren Geräten gleichzeitig kommunizieren kann. In diesem Sinne ist Multicast wie ein Radiosender, dessen Signale überall verteilt werden. Wenn Sie einen bestimmten Kanal hören möchten, müssen Sie Ihr Radio auf eine bestimmte Frequenz einstellen. Wenn Sie sich an das Video-Tutorial zum RIP-Protokoll erinnern, wissen Sie, dass dieses Protokoll zur Verteilung von Updates die Broadcast-Domäne 255.255.255.255 verwendet, an die alle Subnetze angeschlossen sind. Diese Updates erhalten jedoch nur Geräte, die das RIP-Protokoll verwenden.
Eine andere Art von Übertragung, die es in IPv4 nicht gab, heißt Anycast. Es wird verwendet, wenn Sie viele Geräte mit derselben IP-Adresse haben und ermöglicht es Ihnen, Pakete von einer Gruppe von Empfängern an das nächstgelegene Ziel zu senden.
Im Fall des Internets, wo wir CDN-Netzwerke haben, können wir ein Beispiel für den YouTube-Dienst nennen. Dieser Dienst wird von vielen Menschen in verschiedenen Teilen der Welt genutzt, was jedoch nicht bedeutet, dass sie sich alle direkt mit dem Server des Unternehmens in Kalifornien verbinden. Der YouTube-Dienst verfügt über viele Server auf der ganzen Welt, mein indischer YouTube-Server befindet sich beispielsweise in Singapur. Ebenso verfügt das IPv6-Protokoll über einen integrierten Mechanismus zur Implementierung der CDN-Übertragung mithilfe einer geografisch verteilten Netzwerkstruktur, d. h. mithilfe von Anycast.
Wie Sie sehen, fehlt hier ein weiterer Broadcast-Typ, Broadcast, da IPv6 ihn nicht verwendet. Aber Multicast in diesem Protokoll verhält sich ähnlich wie Broadcast in IPv4, nur auf effizientere Weise.
Die sechste Version des Protokolls verwendet drei Arten von Adressen: Link Local, Unique Site Local und Global. Wir erinnern uns, dass in IPv4 eine Schnittstelle nur eine IP-Adresse hat. Nehmen wir an, wir haben zwei miteinander verbundene Router, sodass jede der Verbindungsschnittstellen nur eine IP-Adresse hat. Bei Verwendung von IPv1 erhält jede Schnittstelle automatisch eine Link Local IP-Adresse. Diese Adressen beginnen mit FE6::/64.
Diese IP-Adressen werden nur für lokale Verbindungen verwendet. Menschen, die mit Windows arbeiten, kennen sehr ähnliche Adressen wie 169.254.X.X – das sind Adressen, die automatisch vom IPv4-Protokoll konfiguriert werden.
Wenn ein Computer einen DHCP-Server nach einer IP-Adresse fragt, aus irgendeinem Grund jedoch nicht mit ihm kommunizieren kann, verfügen Microsoft-Geräte über einen Mechanismus, der es dem Computer ermöglicht, sich selbst eine IP-Adresse zuzuweisen. In diesem Fall sieht die Adresse etwa so aus: 169.254.1.1. Eine ähnliche Situation wird auftreten, wenn wir einen Computer, einen Switch und einen Router haben. Angenommen, der Router hat keine IP-Adresse vom DHCP-Server erhalten und sich automatisch die gleiche IP-Adresse 169.254.1.1 zugewiesen. Anschließend wird über den Switch eine ARP-Broadcast-Anfrage über das Netzwerk gesendet, in der gefragt wird, ob ein Netzwerkgerät über diese Adresse verfügt. Nach Erhalt einer Anfrage antwortet ihm der Computer: „Ja, ich habe genau die gleiche IP-Adresse!“, woraufhin sich der Router eine neue zufällige Adresse zuweist, zum Beispiel 169.254.10.10, und erneut eine ARP-Anfrage sendet das Netzwerk.
Wenn niemand meldet, dass er die gleiche Adresse hat, behält er die Adresse 169.254.10.10 für sich. Daher verwenden Geräte im lokalen Netzwerk möglicherweise überhaupt nicht den DHCP-Server und verwenden den Mechanismus der automatischen Zuweisung von IP-Adressen an sich selbst, um miteinander zu kommunizieren. Dies ist die automatische Konfiguration von IP-Adressen, die wir schon oft gesehen, aber nie verwendet haben.
Ebenso verfügt IPv6 über einen Mechanismus zum Zuweisen von Link Local IP-Adressen beginnend mit FE80::. Der Schrägstrich 64 bedeutet die Trennung von Netzwerkadressen und Hostadressen. In diesem Fall bedeutet die erste 64 das Netzwerk und die zweite 64 den Host.
FE80:: bedeutet Adressen wie FE80.0.0.0/, wobei auf den Schrägstrich ein Teil der Hostadresse folgt. Diese Adressen sind für unser Gerät und die daran angeschlossene Schnittstelle nicht identisch und werden automatisch konfiguriert. In diesem Fall verwendet der Host-Teil die MAC-Adresse. Wie Sie wissen, ist die MAC-Adresse eine 48-Bit-IP-Adresse, die aus 6 Blöcken mit 2 Hexadezimalzahlen besteht. Microsoft verwendet ein solches System, Cisco verwendet 3 Blöcke mit 4 Hexadezimalzahlen.
In unserem Beispiel verwenden wir die Microsoft-Sequenz 11:22:33:44:55:66. Wie wird einem Gerät eine MAC-Adresse zugewiesen? Diese Zahlenfolge in der Hostadresse, also der MAC-Adresse, ist in zwei Teile unterteilt: Links sind drei Gruppen von 11:22:33, rechts sind drei Gruppen von 44:55:66 und FF und Dazwischen werden FE addiert. Dadurch wird ein 64-Bit-Block der IP-Adresse des Hosts erstellt.
Wie Sie wissen, handelt es sich bei der Sequenz 11:22:33:44:55:66 um eine MAC-Adresse, die für jedes Gerät eindeutig ist. Indem wir FF:FE-MAC-Adressen zwischen zwei Zahlengruppen festlegen, erhalten wir eine eindeutige IP-Adresse für dieses Gerät. Auf diese Weise entsteht eine IP-Adresse vom Typ Local Link, die ausschließlich zum Aufbau der Kommunikation zwischen Nachbarn ohne besondere Konfiguration und spezielle Server verwendet wird. Eine solche IP-Adresse kann nur innerhalb eines Netzwerksegments verwendet werden und kann nicht für die externe Kommunikation außerhalb dieses Segments verwendet werden.
Der nächste Adresstyp ist der Unique Site Local Scope, der privaten IPv4-IP-Adressen wie 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 und 192.168.0.0/16 entspricht. Der Grund, warum interne private und externe öffentliche IP-Adressen verwendet werden, liegt in der NAT-Technologie, über die wir in den vorherigen Lektionen gesprochen haben. Unique Site Local Scope ist eine Technologie, die interne IP-Adressen generiert. Sie können sagen: „Imran, weil Sie gesagt haben, dass jedes Gerät eine eigene IP-Adresse haben kann, deshalb sind wir auf IPv6 umgestiegen“, und Sie werden völlig Recht haben. Aus Sicherheitsgründen bevorzugen einige Leute jedoch die Verwendung des Konzepts interner IP-Adressen. In diesem Fall wird NAT als Firewall verwendet und externe Geräte können nicht willkürlich mit Geräten im Netzwerk kommunizieren, da diese über lokale IP-Adressen verfügen, auf die über das externe Internet nicht zugegriffen werden kann. NAT verursacht jedoch viele Probleme mit VPNs, wie zum Beispiel dem ESP-Protokoll. IPv4 verwendet IPSec aus Sicherheitsgründen, IPv6 verfügt jedoch über einen integrierten Sicherheitsmechanismus, sodass die Kommunikation zwischen internen und externen IP-Adressen sehr einfach ist.
Zu diesem Zweck verfügt IPv6 über zwei verschiedene Arten von Adressen: Während eindeutige lokale Adressen internen IPv4-IP-Adressen entsprechen, entsprechen globale Adressen externen IPv4-Adressen. Viele Menschen entscheiden sich dafür, überhaupt keine Unique Local-Adressen zu verwenden, andere können darauf nicht verzichten, daher ist dies Gegenstand ständiger Debatten. Ich glaube, dass Sie viel mehr Vorteile haben, wenn Sie nur externe IP-Adressen verwenden, vor allem im Hinblick auf die Mobilität. Beispielsweise hat mein Gerät dieselbe IP-Adresse, egal ob ich in Bangalore oder New York bin, sodass ich jedes meiner Geräte problemlos überall auf der Welt verwenden kann.
Wie ich bereits sagte, verfügt IPv6 über einen integrierten Sicherheitsmechanismus, der es Ihnen ermöglicht, einen sicheren VPN-Tunnel zwischen Ihrem Bürostandort und Ihren Geräten zu erstellen. Früher brauchten wir einen externen Mechanismus, um einen solchen VPN-Tunnel zu erstellen, aber in IPv6 ist dies ein integrierter Standardmechanismus.
Da wir heute genug Themen besprochen haben, werde ich unsere Lektion unterbrechen, um die Diskussion der sechsten Version des IP-Internetprotokolls im nächsten Video fortzusetzen. Als Hausaufgabe möchte ich Sie bitten, sich gut mit dem hexadezimalen Zahlensystem zu befassen, denn um IPv6 zu verstehen, ist es sehr wichtig, die Konvertierung des binären Zahlensystems in hexadezimale Systeme und umgekehrt zu verstehen. Sie sollten beispielsweise wissen, dass 1111=F usw. ist. Bitten Sie einfach Google, das zu klären. Im nächsten Video-Tutorial werde ich versuchen, mit Ihnen eine solche Transformation zu üben. Ich empfehle Ihnen, sich das heutige Video-Tutorial mehrmals anzusehen, damit Sie keine Fragen zu den behandelten Themen haben.
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