Framtidens adresseringsstandard Internet Protokoll version 6

Transkript

1 Framtidens adresseringsstandard Internet Protokoll version 6 Anders Boqvist abt07002@student.mdh.se Oscar Gyllhag ogg07001@student.mdh.se 1

2 SAMMANFATTNING Det finns stora skillnader mellan IPv4 och IPv6, utmärkande är antalet möjliga adresser. Även stora förändringar i adresstyperna finns, broadcast som tidigare var ett problem i nätverkssammanhang är nu helt borttagen. Vidare ger mängden adresser möjlighet att adressera enheter med flera olika IP-adresser. IPv6 till skillnad från IPv4, har tre adressklasser: link-local, unigue-local och global. För att kringgå och senarelägga en övergång till IPv6 finns det idag många tekniker. Den mest använda är NAT/PAT som minskar behovet av publika adresser. Det även finns tekniker som tunnling och den mer säkerhetsinriktade VPN. Dessa tekniker används i stor utsträckning och har definitivt bidragit och gör fortfarande att bytet i Nordamerika och Europa inte är direkt akut. De två nämnda kontinenterna hör till dem som var inblandade i Internets utveckling och därmed fick vissa fördelar angående tilldelning av IPv4 adresser. Andra delar av världen som exempelvis Afrika och Asien har haft sin Internet utveckling senare och därmed, i vissa fall, fått inrikta sig mer mot den nyare standarden IPv6. 2

3 INNEHÅLLSFÖRTECKNING Framtidens adresseringsstandard Internet Protokoll version SAMMANFATTNING... 2 INNEHÅLLSFÖRTECKNING... 3 INLEDNING... 4 AVHANDLING... 4 Nuvarande adresseringsstandard... 4 Problem med IPv NAT... 6 PAT... 6 Tunneling... 7 VPN... 7 IP version Övergång till ny standard... 9 Utbredningen I Sverige SLUTSATSER REFERENSER

4 INLEDNING Vi ville ta reda på om den nya adresseringsstandarden IPv6 är en nödvändig utveckling inom datorkommunikation eller om det går med hjälp av andra nya och befintliga tekniker kringgå bristen på IP-adresser. Detta intresserar oss då vi studerar datavetenskap och ska göra ett examensarbete med stor koppling till innehållet i denna rapport. Av denna anledning önskar vi även fördjupa våra kunskaper i nästa generation av Internet protokollet (IP) vilket är IPv6. Den litteratur vi har studerat tidigare och det som berörts under vår utbildning upplever vi saknar koppling till hur det faktiskt behandlas bland företag och liknande. Redan när de första misstankarna dök upp om en adressuttömning började tekniker utvecklas för att kringgå problemet. Dessa kommer denna rapport även att avhandla. AVHANDLING Nuvarande adresseringsstandard Internetprotokollet (IP) version 4 är det protokoll som används mest över Internet och är själva grunden för datakommunikation idag. En IPv4 adress är uppbyggd av 32 bitar och ger ungefär 4 miljarder unika IP adresser. (Wikipedia, 2010) En del av dessa är dedikerade för andra användningsområden detta kan exempelvis vara privata adresser som används internt i företag, multicast-adresser och vissa IP serier är reserverade för forskning och tester. Om vi specialstuderar adressen genom att uttrycka denna på olika skrivsätt, men behåller dess ursprungliga innebörd Decimalform C0.A8.69.F Hexadecimalform Binärform Det binära talsystemet är det som nätverksutrustning använder. Processorer kan göra väldigt snabba uppslag i tabeller och dylikt för att snabbt hitta den avsedda destinationen. Om man ska beskriva IP adressering på ett enkelt sätt kan man dra liknelsen med vanliga postväsendet. Man säger att båda hanterar paket. Och alla vet ju för att kunna skicka ett paket med posten behövs en mottagaradress samt en avsändaradress. Detta för att veta vart paketet ska skickas och vem som skickat, så att mottagaren ska veta vart han ska skicka svaret. 4

5 Inom IP adresseringen kallas adressfälten för source - och destination address. I dessa två fält har vi då IP adresser. (Figur 1) IPv4 paket header Inom vanliga postväsendet finns även utrymme för övrig valfri information som ömtåligt gods och expressleverans. Samma typ av tjänster återfinns i IP världen där används de till QoS (Quality of Service). Vilket används till att prioritera olika typer av trafik. När man pratar om IP adressering så säger man att de finns tre stycken olika typer: Unicast De kallas för en-till-en kommunikation, vilket är precis som i postexemplet. Där skickar en avsändare ett paket till en bestämd mottagare. Där måste avsändaren självklart känna till mottagarens adress. Multicast Brukar ofta kallas en-till-många, där man kan säga att de är flera som lyssnar på samma sändare. De är lite svårt att hitta ett exempel från vardagen som beskriver exakt samma funktion, men man skulle kunna ta en morgontidningsprenumeration. Bara de adresser som prenumererar på tidningen får den levererad, även fast samma tidningsbud åker förbi alla adresser i staden. Men tidningsbudet behöver inte stanna på alla adresser för att kolla om just den skulle ha tidning eller inte, utan de är redan förbestämt vilket spar tid och resurser. Alla får samma tidning från en avsändare. Broadcast en-till-alla, där en avsändare skickar och alla får samma oavsett adress. Man kan säga att de skickas till alla utan att egentligen bry sig om ifall någon tar emot och läser. En liknelse man kan ta här är reklam man får varje söndag. Utdelaren går till varje brevlåda och stoppar i reklamen. Det är inte relevant hur många som läser i slutändan. 5

6 Problem med IPv4 Trots att IPv4 ger så många som 4 miljarder adresser så börjar IANA(Internet Assigned Numbers Authority), myndighet som tillhandahåller IP-adresser, annonsera om en uttömning av tillgängliga adresser. Detta beräknas inträffa redan (Wikipedia, 2010) Idag och i framtiden används IP-adresser i större utsträckning, det kan vara önskvärt att adressera allt ifrån en mobiltelefon till en lampa i en idrottsarena och med största sannolikhet kommer utvecklingen fortsätta i samma riktning. Kopplat till detta ökar behovet av tillgängliga IP-adresser, och adressmängden hos IPv4 blir snabbt uttömd. Denna uppkommande adressbrist är till stor del också orsakad av ineffektiv utdelning. IPv4 är indelad i tre klasser. A, B och C varje klass inrymmer ett bestämt antal (Tabell 1) användbara nät och adresser. Klass: Antal Nät: Antal adresser per nät: Klass A Klass B Klass C (Tabell 1) I Internets begynnelse så fanns inga tankar på att adresserna en dag skulle kunna ta slut, så amerikanska universitet och företag som efterfrågade ett antal adresser kunde få onödigt många. Till exempel om de bara hade behov av 250 adresser vilket de skulle ha klarat med ett klass C nät så fick de istället ett klass B nät bara för att de kunde vara bra att ha lite extra adresser. Detta leder till att adressbristen just nu inte är akut för just Nordamerika eller Europa. Dessa två kontinenter var på samma nivå tekniskt sett när Internet började byggas. I Asien och Afrika där Internet utbyggnaden och den digitala tidsåldern börjat komma ikapp är istället problemet mer angeläget och mer kritiskt. [CBT 1] [CBT 2] NAT För att försöka kringgå adressbristen har ett antal olika tekniker tagits fram under åren, den mest välkända är NAT (Network Address Translation). NAT gör en översättning från privata adresser som inte får eller kan användas på Internet, till publika adresser. Detta gör att avsändaradressen byts ut i IP paketet när det kommer fram till den enhet som har hand om översättningen. Vilket ger effekten att utifrån Internet ser det ut som alla paket kommer ifrån just den enheten och skyddar då de interna enheterna från att vara synliga. Detta ger då företag med kanske tusentals användare möjlighet att använda privata adresser inom sitt företagsnät och bara köpa ett tiotal riktiga adresser. PAT En vidareutvecklig på tekniken är PAT (Port Address Translation), denna blandas oftast ihop med just NAT i folkmun. Men de är just PAT som används av de flesta hemanvändarna runt om i världen. Varför just PAT är den populäraste tekniken är att de går ut på att flera användare delar på en publik IP adress. Och på det viset behöver bara Internet-leverantören ge ut en adress per användare, trots att användaren kan ha hundratals datorer. Styrkan med att NAT/PAT hjälper till att skydda de interna enheterna är också en av dess svagheter, direktkommunikation från en slutpunkt till en annan blir inte möjligt. Vilket kan vara problematiskt om till exempel företaget har en webbserver de vill att kunder ska komma åt utifrån Internet. Eftersom att företaget bara har en publik adress och den går till deras 6

7 gateway(router), finns de inget sätt att komma åt den server som står på insidan. Dessa problem går numera att lösa med hjälp av statisk NAT även kallad port forward. Tunneling Men tackvare sådana problem med NAT har även andra tekniker skapats, så som möjlighet att tunnla trafik mellan olika interna nät. Tunnlings-konceptet går ut på nätverk med interna adresser på ena sidan, som är anslutet mot Internet via NAT. På andra sidan har man ett annat nätverk med samma upplägg, och man vill att dessa två ska kunna utbyta information trots att de båda har interna adresser som inte går att skicka med, över Internet. Problemet med dessa första tunnlar är att de var helt oskyddade så obehöriga kunde tjuvlyssna på den trafiken som gick i tunneln. Detta var oacceptabelt när de kommer till företagshemligheter och annan känslig information. VPN En teknik för att göra det hela säkrare behövdes, det var så VPN föddes. VPN (virtual private network) gjorde det möjligt att kryptera trafiken så att ingen kan avlyssna den. Själva VPN konceptet är riktigt stort och skulle kunna vara en uppsats för sig, dock kan man nämna att de har genom åren utvecklats till flera olika under-områden. Allt från klient mjukvara som gör ett VPN just för datorn in till företagets nät, till att kryptera tunnlar där trafik kan skickas mellan företagets kontor utan risk för avlyssning. VPN är idag fortfarande väldigt inne på marknaden och alla företag pratar om att antigen använda mer VPN eller att börja använda de om de redan inte har det. 7

8 IP version 6 Den direkt avgörande skillnaden i IPv6 är storleken, 128 bitar jämfört med 32 i IPv4. Denna differens ger eller uttryck i tiopotenser 3,4 x unika IP-adresser. Om man skriver ut på decimal form: adresser. Precis som i dess föregångare är vissa utrymmen reserverade för multicasting och andra funktioner. Om man räknar att det är ungefär 6,6 miljarder människor på jorden, så kan varje människa få ungefär 5 x IPv6 adresser. Självklart sitter folk i dagsläget och säger med så många adresser kan de aldrig ta slut, troligtvis var det samma sak som sades under talet om IPv4. Tiden får utvisa hur länge IPv6 adresserna egentligen kommer räcka. Representationen av en IPv6 adress är lite annorlunda, den sker i hexadecimal form istället för decimalt. Mellan varje åtta stycken 16 bitar (8x16=128) görs en indelning med kolon. Om man har arbetat med datorkommunikation tidigare så kippar man efter andan vid det här laget. En adress som ser ut på det viset skulle bli väldigt arbetsamt att utföra konfigurationer på och administrera. Därför finns en inbyggd funktion, den innebär att man kan förkorta och förenkla adressernas utseende. En metod är att skriva om adresserna genom att ta bort ledande 0:or, den kan förenklas ytterligare genom att använda dubbelkolon som helt tar bort sekventiella nollor. (Stewart, 2008) En IPv6 adress kan se ut och manipuleras enligt följande: (Figur 2) IPv6 adress skriven på lika sätt Inom IPv6 har vi fortfarande kvar tre olika adresseringstyper precis som i IPv4. Unicast Samma som förut, en-till-en Multicast Också samma, en-till-många Anycast Är nytt för IPv6 de gör att man kan ha samma adress på olika enheter, till exempel om man har en stor hemsida som blocket.se som finns utspridd på fler än en server. Man kanske vill ha servrar i Malmö, Stockholm och Umeå då vill man lastbalansera så att alla som bor i Mellansverige kommer till Stockholmsservern. Detta kan numer hända automatiskt med IPv6 att servern som är närmast där man själv är, är den man får kontakten med. Broadcast är bortaget vilket bara är fördelaktigt för att minska belastning på nätverken. Eftersom IPv6 erbjuder så pass många adresser har man valt att kunna ha flera adresser på samma enhet. För att göra det hela lite mer övergripligt och användbart har man delat in dessa i tre klasser.(stewart, 2008) [CBT 1] [CBT 2] 8

9 Link-Local Address - Är den största nyheten mot gamla IPv4, en automatisk genererad adress som baseras på MAC adressen för interfacet. Vad som är specifikt för alla Link Local adresser är att de börjar på FE80 följt av 54 bitar med nollor. De sista 64 bitarna utgörs av MAC adressen men man har delat den i mitten och lagt in FFFE. (Figur 3) Förklarig på hur link-local adress är byggd På detta sett har enheten direkt en adress den kan använda för att prata med andra enheter på samma switch, eller för att kunna tillhandahålla till exempel en global DHCPv6 adress för att kunna nå Internet. Unique-Local Address - Är motsvarigheten till privata adresser inom IPv4, vilket gör att ett företag kan inneha speciellt adress range inom företagets nät och förhindra direktkommunikation från Internet. Alla Unique-Local adresser startar med FD00::/8, sedan kommer ett fält för företagets unika prefix. Vidare finns ett subnäts-prefix för att kunna separera företagets nät i mindre delar. Sedan har vi ett interface ID fält där en unik adress skapas för just den enheten. Global Address - Enligt den rfc [RFC 2374] som definierar IPv6 Globala adresser, så måste de tre första bitarna vara satta till 001 för att adresserna startar med 2000::/3. Den amerikanska organisationen som sköter utdelning av adresser i America (IANA) har fått adress range som startar med 2001::/16. RIPE den Europeiska motsvarigheten har fått 2003:::/18 att dela ut till Internet leverantörer och företag. [RIPE site ] Övergång till ny standard För att skapa en mindre smärtsam och drastisk övergång till IPv6 har ett antal tekniker arbetats fram. Tunneling som nämnts tidigare är en metod som enkelt kan beskrivas som att kommunikationen sker över en överliggande, för övriga Internet osynlig, tunnel. Tunnelteknikerna man pratar om när det kommer till IPv6 är IPv4-till-IPv6 och IPv6-till-IPv4, vilket gör det möjligt för företag att köra IPv6 internt inom företagets kontor men mot Internet har de fortfarande vanliga IPv4 adresser. Dual stack kan också användas, detta innebär att enheten i fråga tilldelas en IPv4 adress och en IPv6 adress och kan kommunicera simultant över båda teknikerna. Den sista metoden som nämns är translation, som namnet antyder innebär detta att översättningar skapas mellan olika typer av adresser (Stewart, 2008). Tekniken heter NAT-PT (NAT Protocol Translation) vilket innebär liknande installationer som nuvarande NAT tekniken. Översättningarna fungerar åt två håll antingen från IPv6 till IPv4 eller vice versa. Ett troligt scenario som kommer att uppstå är att Internet-leverantörer i början kommer att ge ut en IPv6 adress per kund som i dagsläget. Sedan får kunden köra NAT-PT översättning i hemmets router och fortsätta använda sina privata IPv4 adresser i sitt 9

10 nätverk. I vissa fall kanske detta är enda lösningen för att få till exempelvis spelkonsoler, som xbox360 och PlayStation 3 att kunna använda en IPv6 Internet anslutning. Utbredningen i Sverige Det var ganska svårt att få någon riktig klarhet i hur pass använt IPv6 är i Sverige i dagsläget, 84 stycken IPv6 block har delats ut till Sverige. [ipv6actnow sida ] Vilket är mer än till Finland och Norge tillsammans. Sunet(stamnät för universitet och högskolor i Sverige) har stöd för IPv6 i sin topologi. Men ser man runt bland de svenska Internet-leverantörerna så levererar ännu ingen IPv6 till privatpersoner. Samtal med Telias, Bredbandsbolagets och Tele2s supportavdelningar visade på både okunskap samt att intresset för IPv6 inte är utbrett i dagsläget. Intrycket från dessa samtal var att det inte är planerat i den närmaste framtiden heller. Den största anledningen till detta är att de IPv4 range vi har idag täcker våra behov. Andrei Jorda Bredbandsbolaget, Teknisksupport. SLUTSATSER Denna genomgång av IPv6 och tekniker som framtagits för att stävja adressuttömningen har visat att IPv6 har funnits ett tag och den är definitivt här för att stanna. Dock tack vare att intresset för IPv6 varit ganska svagt här i västvärlden ligger vi lite efter inom den utvecklingen. Men kan nästan säga att man skjutit IPv6 utvecklingen lite i foten med alla dessa hjälptekniker. Men kan säga att de tekniker så som NAT, tunnlar och VPN blivit så pass bra att branschen håller sig kvar vid dessa tekniker istället för att satsa på en total konvertering. Vi har även funnit att intresset i alla fall i Sverige är ganska lågt för närvarande, vilket kan tyda på okunnighet hos teknikerna på marknaden idag. 10

11 REFERENSER [CBT 1] CBT Nuggets Cisco CCNA - Exam-Pack : ICND2 video 26 och 27 [CBT 2] CBT Nuggets Cisco CCNP - Exam-Pack: BSCI video 25 och 26 [Wikipedia sida ] [Wikipedia sida ] [Stewart, 2008]CCNP BSCI Official exam certification guide fourth edition Brent D. Stewart Clare Gough 2008 s [Stewart, 2008]CCNP BSCI Official exam certification guide fourth edition Brent D. Stewart Clare Gough 2008 s. 526 [ipv6actnow sida ] [ipv6actnow sida ] [RFC 2374] Dem delar vi inte referat till är begrepp som är klassat som allmänkännedom inom nätverkskommunikation. Denna kunskap har vi fått från Ciscos olika utbildningsprogram samt annan kurslitteratur. Exempelvis: CCNA 1: Networking Basics CCNA 2: Routers and Routing Basics CCNP: Building Multilayer Switched Networks CCNP: Building Scalable Internetworks CCNP: Building Scalable Internetworks Network Security 1-Unsupported Network Security 2-Unsupported 11