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IPv4- und IPv6-Koexistenz: Dual-Stack oder MPLS-Tunnel?

Charlene

Übersetzer*in Felix
26. Dezember 2019

Heutzutage ist der Mangel an IP-Adressen angesichts der bevorstehenden Erschöpfung der verfügbaren IPv4-Adressen (Internet Protocol Version 4) zu einer dringenden globalen Angelegenheit geworden. IPv6-Adressen (Internet Protocol Version 6) mit einem viel längeren Header tauchten vor einigen Jahren auf, was sehr viel mehr IP-Adressen zulässt. Seine Anwendung und Vermarktung ist jedoch nicht einfach und hat möglicherweise noch einen langen Weg vor sich. Ist es also möglich, IPv4 und IPv6 gleichzeitig zu benutzen? Um diese Frage zu beantworten, werden wir einige IPv4- und IPv6-Koexistenzmethoden vorstellen: Dual-Stack und MPLS-Tunnel (Multi-Protocol Label Switching).

Warum ist die Koexistenz von IPv4 und IPv6 notwendig?

Der Hauptgrund für die gleichzeitige Verwendung von IPv4 und IPv6 sind im Allgemeinen Kompatibilitätsprobleme. Tatsächlich sind IPv4 und IPv6 nicht miteinander kompatibel, was bedeutet, dass Geräte nicht direkt miteinander kommunizieren können. Auch heute noch dominiert IPv4 im IP-Netz, während IPv6-Netze nur eine geringe Verbreitung und kommerzielle Nutzung haben. Daher kann ein Mangel an echter Rückwärtskompatibilität mit IPv4 ein entscheidender Nachteil für die breite Anwendung von IPv6 sein. Internet Service Provider (ISPs) müssen ihren Kunden sowohl IPv4- als auch IPv6-Dienste anbieten, was auch für die Nutzer Schwierigkeiten mit sich bringt.

Wie kann eine Koexistenz von IPv4 und IPv6 ermöglicht werden?

Die IPv4-IPv6-Koexistenz kann hauptsächlich durch drei Techniken erreicht werden. Eine davon ist das Dual-Stack-Verfahren, bei dem Ihre Netzwerkhardware IPv4 und IPv6 gleichzeitig ausführt. Die zweite Technik ist Tunnel, d.h. die Einkapselung von IPv6-Paketen in IPv4-Pakete. Und die letzte Methode wird Network Address Translation (NAT) genannt, bei der ein Gerät IPv6-Pakete in IPv4-Pakete übersetzt oder umgekehrt. Da NAT hauptsächlich von ISPs verwendet wird, werden hier die ersten beiden Techniken vorgestellt.

IPv4- und IPv6-Koexistenz über Dual Stack

Dual Stack ist die grundlegendste und direkteste Methode, um eine Koexistenz von IPv4 und IPv6 zu erreichen. Bei dieser Lösung wird jedes Netzwerkgerät, einschließlich der Verwendung von IPv4- oder IPv6-Switches, im Netzwerk eines ISPs so konfiguriert, dass es IPv4 und IPv6 gleichzeitig ausführen kann. Normalerweise wird bei der IPv4-Kommunikation der IPv4-Protokollstack und bei der IPv6-Kommunikation der IPv6-Protokollstack verwendet. Ob IPv4 oder IPv6 verwendet wird, hängt von der Resonanz auf DNS-Anfragen (Domain Name System) ab. In der Regel wird jedoch dem IPv6-Protokollstack Vorrang vor IPv4 eingeräumt. Da der Dual Stack es Hosts ermöglicht, gleichzeitig auf bestehende IPv4- und IPv6-Inhalte zuzugreifen, dient er als eine sehr flexible Koexistenzstrategie. Bedenken Sie jedoch, dass, wenn Sie alle Ihre Netzwerkgeräte dual stacken wollen, Interfaces sowohl eine IPv6- als auch eine IPv4-Adresse benötigen. Das bedeutet, dass IPv6 auf dem gesamten Weg zu Ihren Geräten verfügbar sein muss und dass ausreichend IPv4-Adressraum benötigt wird.

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Abbildung 1: IPv4- und IPv6-Koexistenz über Dual Stack

Vor- und Nachteile von Dual Stack

Dual Stack ist eine relativ kostengünstige und einfache IPv6-Übergangstechnologie. Sie vermeidet die Notwendigkeit, zwischen den beiden Protokollstacks zu übersetzen, was eine hohe Verarbeitungseffizienz erlaubt und keinen Informationsverlust verursacht. Obwohl die Übersetzung ein valider Mechanismus ist, führt sie dennoch zu operativer Komplexität und geringerer Leistung. Ein weiterer Vorteil ist, dass IPv4, sobald die Dienste auf IPv6 umgestellt sind, einfach eingestellt werden kann, was die vollständige Umstellung des IP-Netzwerks auf IPv6 in der Zukunft erleichtert. Dual Stack ist jedoch keine langfristige Lösung, da es sowohl IPv4 als auch IPv6 erfordert, wobei die verfügbare IPv4-Adresse begrenzt ist. Dies könnte die größte Schwierigkeit darstellen. Hinzu kommt, dass Dual Stack auch aufgrund der Notwendigkeit von IPv4 und IPv6 höhere Anforderungen an verbundene Geräte stellt. Daher ist die Aufrüstung und der Wiederaufbau des internen Netzwerks eine schwere Aufgabe, die viel mehr Zeit in Anspruch nimmt.

IPv4- und IPv6-Koexistenz über MPLS Tunnel

Tunneling ist ein weiterer typischer Mechanismus, der häufig beim Übergang von IPv4/IPv6 verwendet wird. Es bedeutet, dass eine Art von Protokollverkehr in einem anderen Protokollpaket zur Übertragung eingekapselt wird. Und es gibt viele verschiedene Tunneltechniken, darunter 6to4 (IPv6 über IPv4-Tunnel), ISATAP (Intra Sita Automatic Tunnel Addressing Protocol), Teredo, 6PE (IPv6 Provider Edge), 6VPE (IPv6 VPN Provider Edge) und MPLS. MPLS wird von den Service Providern in ihren IPv4-Netzwerken eingesetzt, um die Weiterleitungsgeschwindigkeit zu verbessern. Verglichen mit der traditionellen IP-Routing-Methode analysiert MPLS bei der Weiterleitung der Daten nur die IP-Paket-Header am Netzwerkrand und spart so die Verarbeitungszeit. Der MPLS-Tunnel verbindet das IPv6-Netzwerk über den Label Switching Path (LSP) im IPv4-Netzwerk. Er bietet im Vergleich zu anderen Tunnelverfahren bessere Leistungen und optimiertes Routing. Ein MPLS-Tunnel kann auf verschiedene Arten implementiert werden, wobei 6PE über MPLS eine häufig verwendete Methode ist. 6PE ermöglicht die Ausführung von IPv6 über einen IPv4-exklusiven MPLS-Kern, wobei Dual-Stack-PE-Router verwendet werden.

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Abbildung 2: IPv4- und IPv6-Koexistenz über MPLS-Tunnel

Vor- und Nachteile des MPLS-Tunnels

6PE über MPLS kann eine bequeme Tunnelmethode sein. Sein Hauptvorteil besteht darin, dass es keine Auswirkungen auf die MPLS-Kerngeräte hat, so dass das bestehende Kernnetz ohne die Notwendigkeit einer Aufrüstung oder eines Umbaus voll genutzt werden kann, was Kosten sparen kann.Die Schnittstellen auf den 6PE-Geräten, die mit den CE-Geräten (Customer Edge) verbunden sind, können so konfiguriert werden, dass sie je nach Kundenanforderungen IPv6-Verkehr, IPv4-Verkehr oder beide weiterleiten. Der MPLS-Tunnel erfordert jedoch eine Einkapselung und Entkapselung, was die Weiterleitungseffizienz verringert. Er erhöht die rechnerische Komplexität des Ein- und Ausgangs, was für groß angelegte Anwendungen nicht förderlich ist. Außerdem könnte diese Tunnelmethode aufgrund der bevorstehenden Erschöpfung der IPv4-Adressen, die auch beim Dual Stack erwähnt wird, in Zukunft auf ähnliche Schwierigkeiten stoßen.

Empfehlungen für die Koexistenz von IPv4 und IPv6

Auch wenn es viele Strategien gibt, um eine Koexistenz von IPv4 und IPv6 zu erreichen, sollten Sie immer bedenken, dass diese Art der Koexistenz nur eine Übergangsphase ist und die Einführung von IPv6 als langfristige Strategie betrachtet werden kann. Auf der anderen Seite dominiert IPv4 derzeit im IP-Netzwerk, und dies kann aufgrund der Schwierigkeiten bei der Förderung von IPv6 relativ lange andauern. Daher wäre es besser, wenn Sie eine geeignete Methode wählen würden, mit der sich Kompatibilitätsprobleme leichter lösen lassen, was dazu beitragen kann, die Konfiguration des Netzes zu vereinfachen und Kosten zu sparen.

Fazit

Dual Stack ist eine direkte Methode, die hohe Leistungen ermöglicht, aber auch hohe Kosten verursachen kann. Während MPLS-Tunnel das ursprüngliche Netzwerk voll ausnutzen können, führen sie aber auch zu einer höheren Rechenkomplexität. Wir empfehlen, die für die Koexistenz von IPv4 und IPv6 geeignete Strategie zu wählen, die den Merkmalen Ihres eigenen Netzes entspricht, je nach Faktoren wie Erweiterbarkeit, Sicherheit, Netzleistung, Kosten, technische Schwierigkeiten und Bequemlichkeit der Bereitstellung.

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