ETELÄ-KARJALAN AMMATTIKORKEAKOULU Tekniikan yksikkö Imatra IPV6 NYKYTILA. Mika Tiainen Tuukka Pitkänen

Transkriptio

1

2 SISÄLTÖ 1. HISTORIA IP-VERKON TOIMINTA IPV4:N ONGELMAT IPV6-PAKETTI OSOITEARKKITEHTUURI SIIRTYMÄAJAN MENETELMÄT Tunnelointi to LAITTEISTOTUKI TILANNE MAAILMALLA DNS TILANNE SUOMESSA LÄHTEET...17

3 1. HISTORIA IP-protokolla on Internetin perusta. Nykyisin käytössä on IPv4, joka kehitettiin 1980-luvun alussa, aikaisemmat IP-protokollan versiot eivät ole koskaan olleet laajassa käytössä. IP toimii OSI-mallin kerroksella kolme (verkkokerros) ja tarjoaa osoitteen jolla laite voidaan yksilöidä ja liikennettä reitittää verkossa luvun alkupuolella huomattiin, että IPv4-osoitteet eivät riitä kasvavan Internetin tarpeisiin. Luokaton reititys kehitettiin vähentämään osoitteiden kulutusta ja samaan aikaan ruvettiin suunnittelemaan IPv4:n seuraajaa. Vuoden 1992 loppuun mennessä oli kehitetty lukuisia ehdotuksia uuden sukupolven IP-protokollaksi. IETF perusti IPngtyöryhmän (TARKISTA) kehittämään IPv6:tta näiden ehdotusten pohjalta. Vuonna 1996 julkaistiin joukko RFC-ehdotuksia jotka dokumentoivat IPv6-protokollan. Samaan aikaan virallisen IETF-prosessin ulkopuolella käynnistettiin 6Bone-testiympäristö, jonka tarkoitus oli tarjota mahdollisuus testata ja kehittää IPv6-protokollaa ja sovelluksia. Alussa 6Bone-verkko koostui pääasiassa IPv4-verkon päälle rakennetuista tunneleista. 6Bone-ympäristölle varattiin 3FFE::/16-verkko. Parhaimmillaan vuonna Bone koostui yli tuhannesta reititetystä verkosta (FIXME) yli viidessäkymmenessä maassa Bone-verkko lakkautettiin koska oikea IPv6-verkko oli kasvanut ja tarvetta erilliselle testiverkolle ei enää ollut. 3

4 2. IP-VERKON TOIMINTA Alun perin IPv4-osoitteet jaettiin luokkiin (A, B ja C) jotka kertoivat suoraan verkon koon ja käytettävän verkkomaskin, tästä luovuttiin vuonna 1993 Internetin kasvun myötä ja siirryttiin luokattomaan reititykseen. Reititys Internetissä palveluntarjoajien välillä perustuu BGP:hen (Border Gateway Protocol), jonka avulla vaihdetaan reititystietoja verkkojen välillä AS-numeroiden avulla. Internetin hallinnollinen elin on IANA, joka jakaa AS-numeroita ja IPosoitealueita paikallisille Internet-rekistereille (RIR) tarpeen mukaan, nämä jakavat niitä edelleen oman alueensa palveluntarjoajille. Euroopassa tätä rekisteriä hoitaa RIPE NCC (Réseaux IP Européens Network Coordination Centre). 3. IPV4:N ONGELMAT Luokaton reititys kehitettiin hillitsemään IPv4-osoitteiden kasvavaa tarvetta, tämä on toistaiseksi riittänyt vastaamaan kysyntään, mutta uusia verkkoja rekisteröidään edelleen jatkuvasti. Internet kasvaa ja leviää edelleen uusille alueille, suurinta kasvu on Afrikassa ja Aasiassa. Ennemmin tai myöhemmin osoiteavaruus tulee olemaan lähes kokonaan allokoitu tai ainakin niin pirstoutunut ettei isoja verkkoja pystytä enää myöntämään. IPv4-osoitteiden loppumista on ennustettu jo pitkään, mutta toistaiseksi verkkoja pystytään allokoimaan tarpeiden mukaan, eikä osoite pula rajoita Internetin kasvua. Varsinkin nopeasti kasvavilla alueilla operaattorin ovat kuitenkin ruvenneet jo panostamaan IPv6:een. 4

5 Viime vuosina eri tahot ovat tehneet useita tilastollisia malleja osoitteiden kulutuksesta ja näiden perusteella laskeneet erilaisia ennusteita hetkelle jolloin IPv4-osoitteet todella loppuvat. Näistä ehkä kattavin on APNIC:ssä (Asia-Pacific Network Information Center) työskentelevän Geoff Hustonin ylläpitämä raportti, joka päivittyy automaattisesti sitä mukaa kun uusia verkkoja allokoidaan. Kuva 1 Allokoitujen IPv4-verkkojen (/8) määrän kehitys (Huston 2008) 5

6 Kuva 2 Allokoitujen verkkojen määrän kehitys rekistereittäin (Huston 2008) Kuvissa 1 ja 2 näkyy allokoitujen verkkojen kokonaismäärä, sekä jakautuminen alueellisille rekistereille (RIR). ARIN (Pohjois-Amerikka) RIPE NCC (Eurooppa, Lähi-Itä ja osa keski-aasiaa) APNIC (Aasia ja Tyynenmeren alue) LACNIC (Etelä-Amerikka) AFRINIC (Afrikka) IANA (Erityistarkoituksiin varatut verkot) Kuvassa 2 näkyy hyvin Pohjois-Amerikkaan 1990-luvun alussa allokoidut suuret verkot, tämän jälkeen RIPE- ja APNIC-alueiden kasvu on vastannut Pohjois-Amerikan kasvua. LACNIC ja AFRINIC alueiden vähäinen osoitteiden määrä käy myös hyvin ilmi, sekä niiden pikkuhiljaa käynnistynyt kasvu. 6

7 Kuva 3 Alueelliset kasvuennusteet (Huston 2008) Kuvasta 3 näkyy hyvin muiden alueiden verkkojen kysynnän kasvu, verrattuna Pohjois-Amerikan tasaiseen kasvuun. Ennusteesta näkyy myös Afrikan ja erityisesti Etelä-Amerikan osoitetarpeen kasvun suuruus verrattuna aikaisempaan verkkojen määrään. Hustonin raportin tämänhetkinen ( ) tilastollinen ennuste osoitteiden loppumiselle on Tämä ennuste on kuitenkin erittäin konservatiivinen, koska voidaan olettaa että jäljellä olevien osoitteiden vähentyessä kysyntä niitä kohtaan tulee kasvamaan. 7

8 4. IPV6-PAKETTI Versiokenttä on IPv6-paketissa aina 6. Traffic class vastaa ipv4-paketin Type of Service (TOS) kenttää. Flow label-kenttää ei tätä kirjoitettaessa käytetä mihinkään. Payload length on hyötykuorman koko, korkeintaan 64 kt paitsi jos käytetään jumbo payloadia, jolloin kentän arvo on nolla ja hyötykuorman maksimikoko on 4 Gt. Hop limit vastaa ipv4 Time To Live (TTL) kenttää. Next header kertoo protokollan, vastaa ipv4 protokollakentän arvoja. Kentän arvolla voidaan myös kertoa, että paketissa on ylimääräinen otsikko. Tätä käytetään esimerkiksi IPsec-paketeissa. IPv4-paketin otsikon tarkistussummakenttä on jätetty pois koska oletetaan että OSI-mallin alemmat kerrokset huolehtivat pakettien eheydestä. Tämä säästää reitittimien resursseja koska niiden ei tarvitse laskea tarkistussummaa uudestaan. 8

9 Pakettien pirstoutumisesta (fragmentation) vastaa lähettäjä, paketteja ei ikinä pirstota matkalla. 5. OSOITEARKKITEHTUURI IPv6-osoitteiden koko on 128-bittiä (IPv4 32-bittiä), näin pitkien osoitteiden esittäminen IPv4:n tapaan numeerisesti olisi varsin hankalaa, joten osoitteet esitetään heksalukuina, jotka ryhmitellään kahdeksaan neljän heksaluvun ryhmään, jotka erotellaan kaksoispisteellä. Esimerkiksi: 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7334 Jokaisesta ryhmästä voidaan jättää alussa olevat nollat pois, sekä korvata sarja nollia kahdella kaksoispisteellä. Esimerkiksi osoite 2001:0db8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab voidaan esittää muodossa 2001:db8::1428:57ab. Kuten IPv4:ssä, myös IPv6:ssa osa osoiteavaruudesta on varattu erilaisiin erikoistarkoituksiin. ::1/128 loopback (vastaa IPv4:n osoitetta) fe80::/10 link-local verkko ::ffff:0:0/96 jokainen IPv4-osoite saa vastaavaan IPv6- osoitteet tästä verkosta 2002::/16 6to4 verkko, voidaan käyttää automaattiseen IPv6:n tunnelointiin IPv4-verkon yli ff00::/8 multicast, vastaa IPv4:n multicast osoitteita 2001:db8::/32 varattu käytettäväksi esimerkkeinä dokumentaatiosta, verkko ei tule koskaan oikeaan käyttöön 9

10 Jokainen IPv6 tuellinen verkkoliittymä saa automaattisesti MACosoitteeseen perustuvan IPv6-osoitteen link-local verkkosta (fe80::/10). Tämän verkon liikennettä ei reititetä ja osoitteet ovat uniikkeja vain saman verkon sisällä. IPv6:ssa ei verkoilla enää ole erillisiä varattuja broadcast- ja verkkoosoitteita, vaan nämä on korvattu multicast osoitteilla. IPv4:n broadcastosoitetta vastaa IPv6:ssa aina ff02::3 ja verkko-osoitetta fe00::0. Tyypillisesti IPv6-osoite koostuu kahdesta 64-bittisestä osasta, joista ensimmäinen määrittelee verkon ja jälkimmäinen laitteen. Paikallisilla internet-rekistereillä on yhteinen käytäntö IPv6-osoitteiden jakamiseen palveluntarjoajille, jossa määritellään annettavan verkon kooksi vähintään /32, eli osoitteen verkko-osa on 32-bittiä. Tästä palveluntarjoajien suositellaan jakavan asiakkailleen 48-bittisiä verkkoja (/48). 6. SIIRTYMÄAJAN MENETELMÄT IPv6:n siirtymistä helpottamaan on kehitetty useita siirtymäajan menetelmiä joilla IPv6-liikennettä voidaan siirtää olemassa olevan IPv4- verkon päällä Tunnelointi 10

11 Tunneloinnilla tarkoitetaan IPv6-paketin kapselointia IPv4-pakettiin ja sen siirtämistä IPv4-verkossa tunnelissa, käytännössä korvataan OSI-mallin siirtokerros (OSI 2) olemassa olevalla IPv4-verkolla. Tunnelointi on yleisin tapa loppukäyttäjälle saada käyttöönsä IPv6-verkko ilman palveluntarjoajan tukea. Yleensä tunneloinnissa käytetään IPv4-paketin protokollaa 41. Maailmalla on useita tunneleita tarjoavia tahoja (ns. tunnel broker), tunnetuimpana näistä SixXS ( SixXS:llä on useita tunnelointipisteitä eri maissa, joiden välityksellä käyttäjän IPv6-liikenne voidaan välittää IPv6-verkkoon to4 6to4 tarkoittaa IPv6-liikenteen automaattista tunnelointia 6to4- välityspalvelun avulla. Käytännössä kaikki 6to4-välityspalvelua tarjoavat tahot käyttävät samaa tunnettua IPv4-osoitetta ( ), jota mainostetaan BGP:n avulla. 6to4-palvelun käyttäjän kone lähettää tunneloidun liikenteen tähän osoitteeseen ja se ohjautuu automaattisesti lähimpään välityspalveluun, joka välittää liikenteen eteenpäin. Suomessa Funet ylläpitää 6to4-välityspalvelinta ( 7. LAITTEISTOTUKI Useimmista käyttöjärjestelmissä IPv6-tuki on löytynyt jo vuosia. Linuxissa kernel-versiot 2.2:sta eteenpäin ovat sisältäneet IPv6-tuen. Ensimmäinen Windows johon IPv6-tuen sai, oli Windows 2000, se oli kuitenkin vielä erikseen asennettava lisäosa. Windows XP:ssä tuki on 11

12 valmiina ja Vistassa IPv6 on oletuksena käytössä. OS X:ssä IPv6-tuki on ollut mukana ensimmäisistä versioista lähtien. Myös nykyaikaisissa matkapuhelimissa on IPv6-tuki, Symbiankäyttöjärjestelmässä tuki on ollut vuonna 2003 julkaistusta 7.0s versiosta eteenpäin. Nokian puhelinten tärkeimmissä sovelluksissa, kuten Webselaimessa, on myös IPv6-tuki. Lähes kaikista kotikäyttäjille suunnatuista verkkolaitteista, kuten ADSLmodeemeista, palomuureista ja WLAN-tukiasemista tuki kuitenkin vielä puuttuu. Kaapelimodeemeissa tilanne on parempi, koska vuonna 2006 julkaistu DOCSIS-standardin versio 3.0 vaatii laitteilta IPv6-tuen. Käytännössä IPv6-tuen puute esimerkiksi ADSL-laitteissa ilmenee vain jos käytetään niiden palomuuri- ja NAT-ominaisuuksia, pelkästään siltaavaksi konfiguroidulta laitteelta ei vaadita minkäänlaista erillistä tukea IPv6:lle. Tuki näissä laitteissa on kuitenkin yksi edellytys IPv6:n laajalle käytölle kotiyhteyksissä. Japanin markkinoilta IPv6-tuellisia laitteita löytyy jo jonkin verran, joten tässäkin kysyntä määrittelee tarjonnan. Suurien valmistajien runkoverkko käyttöön suunnitelluissa laitteissa IPv6- tuki löytyy jo käytännössä kaikista, mutta osa ominaisuuksista saattaa vielä puuttua IPv6-puolelta. Esimerkiksi osassa Ciscon laitteista IPv6- reititys on vielä toteutettu ohjelmistopohjaisesti, kun taas IPv4-reititys on toteutettu tehokkaammin laitteistopohjaisesti. Myös laitteistopalomuureista suurimmassa osassa on jo IPv6-tuki, esimerkiksi Juniper NetScreen, Cisco PIX/ASA, Checkpoint FW-1 ja Stonesoftin StoneGaten uusimmat versiot. 12

13 8. TILANNE MAAILMALLA Länsimaista löytyy 27 palveluntarjoajaa jotka tarjoavat IPv6:sta yksityisille asiakkaille. Näistä kolme toimivat Yhdysvalloissa. Saksasta taas löytyy seitsemän. Yleisesti ottaen Euroopassa ollaan jonkun verran pidemmällä kuin Amerikassa. (FAQ : Connectivity (Tunnels and Subnets) : Where can I get native IPv6 / Which ISP's provide IPv6?, 2008) Aasiassa tilanne on huomattavasti parempi, johtuen suhteellisesti ahtaammista osoiteavaruuksista. Pelkästään Japanista löytyy noin 30 palveluntarjoajaa jotka tarjoavat IPv6-palveluita loppukäyttäjille.( IPv6 Services in Japan, 2008) Kiinan hallituksella on viisivuotissuunnitelma siirtyä IPv6:seen (Chinese Next Generation Internet). Alkuperäinen tavoite oli täydellinen valmius vuoden 2008 Olympialaisiin mennessä. Kiinassa on jo nyt enemmän laajakaistakäyttäjiä kuin IPv4-osoitteita, ja käyttäjien määrä ei tule ainakaan vähenemään tulevaisuudessa. (Kaushik Das, 2008) Etelä-Korean hallituksella on tavoitteena täysi IPv6-valmius julkisella sektorilla sekä 10 miljoonaa käyttäjää vuoteen 2010 mennessä. Afrikka: IPv4-osoitteita on käytössä todella vähän. Esimerkiksi Nigerialla on 0,003 osoitetta henkeä kohti. Toisaalta suuressa osassa Afrikkaa kiinnostus on todella vähäistä. Etelä-Afrikalle on varattu 17 /32-verkkoa, mikä on 35 % koko Afrikalle tällä hetkellä varatuista osoitteista. 13

14 Kuva 4 IPv6-verkkojen alueelliset allokaatiot. (Total number of allocated IPv6 prefixes per RIR on 09/04/2008) RIR AFRINIC 42 Määrä APNIC 543 ARIN 432 LACNIC 96 RIPE NCC 1082 Yht: 2195 Taulukko 1 IPv6-verkkojen alueellinen jakautuminen (Total number of allocated IPv6 prefixes per RIR on 09/04/2008) RIPEn alueella on noin puolet varatuista verkoista. (LISÄÄ TEKSTIÄ) Todellisista liikennemääristä on vaikea saada eksaktia tietoa, koska kukaan julkisia tilastoja ei ole saatavilla. Maailman suurimman yhdysliikennepisteen AMS-IX:n kokonaisliikennemäärästä (noin 500 Gb/s) keskimäärin 0,03 % on IPv6-liikennettä (noin 164 Mbps). (AMS-IX sflow Statistics ja AMS-IX Traffic Statistics, 2008) 8.1. DNS 4. Helmikuuta 2008 kuusi nimipalvelinta kolmestatoista sai IPv6- osoitteen. Näistä kolme sijaitsee Yhdysvalloissa ja kolme on hajautettu. 14

15 Päivä IPv6-osoitteiden lisäyksen jälkeen K-palvelimilla IPv6:den yli suoritettujen kyselyiden määrä oli noin 4 % kokonaismäärästä. (IANA Introduces AAAA Record For K-root, 2008) 9. TILANNE SUOMESSA ISP AS-numero IPv6 24 Online Oy AS33935 Academica Oy AS29154 AinaCom Oy AS20569 X AT&T Global Network Services AS2686 BT Global Services AS5400 X dna AS16086 X Elisa Oyj AS719 X Euroopan Runkoverkot Oy Fujitsu Services Oy AS12659 AS1342 Funet / CSC-Tieteellinen laskenta Oy AS1741 X JNT / Multi.fi AS24751 Nebula Oy AS29422 X Netsonic AS16023 Nokia Oyj AS21856 (X) RETN Saunalahti Group Oyj SW Television Oy / Welho AS25462 AS6667 AS20542 TDC Oy AS3292 X Telekarelia Oy Telenor Oy AS34188 AS8434 TeliaSonera Finland Oyj AS1759 (X) TNNet Oy AS30798 X UUNET FINLAND Oy AS702 X WLANnet Finland Taulukko 1. Ficixin jäsenten IPv6 tilanne AS34384 Taulukossa 1. Näkyy Ficixin jäsenet jotka mainostavat IPv6-verkkoa kyseisellä AS-numerolla. Joillakin näistä voi olla IPv6-verkko, mutta sitä mainostetaan eri AS-numerolla (Nokia, TeliaSonera). 15

16 Useimmilla suurilla suomalaisilla runkoverkko-operaattoreilla on vähintään rekisteröity ja mainostettu IPv6-verkko, mutta sen varsinaisesta käyttöasteesta on vaikea saada tietoa. Kotikäyttäjille ADSL-yhteyden yhteydessä IPv6-verkkoa tarjoaa Suomessa ainoastaan Nebula. Yritysasiakkaille verkkoa tarjoaa ainakin TDC Oy, Elisa/Saunalahti, TeliaSonera ja Nebula, käytännössä verkko tarjotaan halukkaille tällä hetkellä useimmiten ilmaisena lisäpalveluna, ilman minkäänlaisia palvelutasosopimusta (SLA). Funet tarjoaa IPv6-yhteyksiä kaikille jäsenorganisaatioilleen ja myös opiskelija-asuntolaverkoille, ainakin Tampereella ja Espoon Otaniemessä. Monet Funetin tarjoamista palveluista ovat käytettävissä IPv6-yhteyden välityksellä myös Funetin ulkopuolelta, esimerkiksi ftp.funet.fi ja ntp1.funet.fi. Ficoran IPv6-tilanneraportissa (IPv6-tilanne suomessa 2005, 4) kysyttiin operaattoreilta heidän IPv6-tarjonnan tilannetta, tilanne ei kyselyn jälkeen vaikuta juuri muuttuneen, vaan yhteyksiä tarjotaan edelleen kokeiluluonteisesti. Raportissa mainitaan myös yhden operaattorin IPv6- liikenteen määräksi noin 1 % kaikesta IP-liikenteestä. Nimipalvelimet ovat kriittinen osa Internetin infrastruktuuria, joten IPv6- yhteydet juurinimipalvelimille ovat tärkeä osa siirtymistä IPv6:n käyttöön. Tällä hetkellä viidestä.fi-juurinimipalvelimesta kahdella on IPv6-osoite, näistä a.fi on Funetin verkossa ja d.fi ruotsissa Netnodin verkossa. Ficoran järjestelmä ei vielä tue fi-verkkotunnuksille AAAA-liimatietueita, vaikka tilanneraportissa tuki on luvattu vuoden 2006 loppupuolella (IPv6- tilanne suomessa 2005, 5). 16

17 10. LÄHTEET Viestintäviraston IPv6-standardointiryhmä IPv6-tilanne suomessa. ntfile/traportti pdf (Luettu ) Huston, Geoff IPv4 Address Report (Luettu ) IANA Introduces AAAA Record For K-root (Luettu ) FAQ : Connectivity (Tunnels and Subnets) : Where can I get native IPv6 / Which ISP's provide IPv6? (Luettu ) IPv6 Services in Japan (Luettu ) Das, Kaushik IPv6 Deployment Around The World (Luettu ) Total number of allocated IPv6 prefixes per RIR on 09/04/ (Luettu ) AMS-IX Traffic Statistics (Luettu ) AMS-IX sflow Statistics (Luettu ) 17