BMWi IPv6 Workshop Arbeitsgruppe 1 „IPv6 – Wie entwickeln ... · Telekom Innovation Laboratories 5 Der Straight-Forward Ansatz zur IPv6 Einführung – Dual-Stack. Dual-Stack

Telekom Innovation Laboratories

BMWi IPv6 Workshop – Arbeitsgruppe 1 „IPv6 – Wie entwickeln sich die Netze weiter?“

Impulsreferat Olaf Bonneß – Telekom Innovation Laboratories Berlin, 26. Januar 2012

Telekom Innovation Laboratories 2

Diskussion der Auswirkungen von IPv6 auf die Weiterentwicklung der Internetarchitektur

Identifikation der mit einer IPv6 Einführung einhergehenden Veränderungen und Möglichkeiten

Einfluss von IPv6 auf angrenzende Themenbereiche wie z.B. Internet der Dinge und neue Internet Dienste

Erwartete Ergebnisse des Workshops

Allgemeines Verständnis der mit einer IPv6 Einführung verbundenen Chancen und Herausforderungen, sowie der Treiber bzw. Hindernisse

Beantwortung der BMWi Fragestellungen

Kurze Folienpräsentation zu den Ergebnissen

Impulsreferat zum Aufzeigen einiger Dimensionen einer IPv6 Einführungen (ca. 20 min)

Das „Henne – Ei Problem“

Straight-forward Methode zur IPv6 Einführung – Dual-Stack

Komplexität der IPv6 Einführung

Aufzeigen einiger Möglichkeiten für neue, IPv6-basierte Internet Dienste

Allgemeine Diskussion und interaktives Bearbeiten der BMWi Fragestellungen (ca. 80-85 min)

Zusammenfassen der Ergebnisse (oder auch offenen Punkte) in einer Kurzpräsentation (ca. 15-20 min)

Zielstellung des Workshops Geplante Vorgehensweise des Workshops

Zielstellung der Arbeitsgruppe 1 und Vorgehensweise. Moderation: Impulsreferat: Olaf Bonneß – Telekom Innovation Laboratories .

Dieses Impulsreferat wird als Einstieg in die Diskussion nur einige Facetten im sehr umfangreichen Themenfeld „IPv6 Einführung“ aufzeigen und keine vollständige Beschreibung der Thematik bieten. Darüber hinaus reflektiert diese Präsentation ausschließlich die Überlegungen der T-Labs und des Referenten und ist demzufolge nicht als offizielle Position der Deutschen Telekom aufzufassen.


Impulsreferat „IPv6 – Wie entwickeln sich die Netze weiter?“


Das „Henne – Ei Problem“ der IPv6 Einführung. Warum ist IPv6 noch nicht eingeführt? Wer sollte zuerst agieren?

4

Hauptaugenmerk vorerst auf die Phase der Einführung von IPv6

Da man von einem gesamten Migrationszeitraum von 10+X Jahren ausgehen kann, wird sich während dieses Zeitraumes hauptsächlich der Anteil von IPv4 bzw. IPv6 am Gesamt-IP-Verkehr ändern.

Das wird natürlich auch Auswirkungen auf die in den Netzen eingesetzten Technologien, sowie auf Dienste und Applikationen haben.

Neue Dienste werden aber auch schon mit IPv6 Einführung möglich und Einflüsse / Auswirkungen von IPv6 werden auch schon während der Einführungsperiode deutlich.

IPv6 - Wie entwickeln sich die Netze weiter?

Endkunde

Inhalteanbieter

Telco / ISP HW Lieferant


Der Straight-Forward Ansatz zur IPv6 Einführung – Dual-Stack. Dual-Stack bedeutet, dass alle Netzelemente sowohl IPv4 wie auch IPv6 unterstützen.

Applikation muss entscheiden, welches Protokoll verwendet wird => Möglichkeiten für Kommunikationsfehler

Einfache NAT-freie Ende-zu-Ende Kommunikation möglich

Einfaches Plug&Play per SLAAC für beliebige Endgeräte

U.v.m.

IPv4 wie auch mehrere IPv6 Adressen auf IPv6-fähigen Geräten / Netzelementen

Weiterhin existieren aber auch noch viele IPv4-only Systeme, die in die Kommunikation einbezogen werden müssen.

Kein NAT für IPv6 auf dem HG. => IPv6 FW erforderlich *)

IPv6 (im Rahmen von Dual-Stack) im Heimnetzwerk bedeutet u.a.:

*) Siehe auch Abkürzungsverzeichnis auf Seite 25.


Neue / erweiterte Firewall Regeln und Security Challenges

Beliebig viele Adressen für durchgängige NAT-freie Adressierung über viele Standorte hinweg

U.U vereinfachte Konfiguration von Netzelementen und Betrieb bestimmter (mobiler) Dienste

Erarbeiten einer Migrationsstrategie erforderlich

Schulung der IT und ggf. Bereitstellen zusätzlicher Mittel

IPv6 auf vielen Netzelementen. = Höherer OPEX / Aufwand

Nicht alle Anwendungen und System werden auf IPv6 umstellbar sein. IPv4-only in bestimmten Diensten / Anw.

IPv6 (im Rahmen von Dual-Stack) im Enterprise Netzwerk bedeutet u.a.:



Aufwändige Tests zur Betriebseinführung

„Alte „IPv4“ Legacy Dienste müssen auch weiterhin in gleicher Qualität unterstützt und angeboten werden

Vereinfachung / Möglichkeiten für zukünftige Dienste

Vorlaufinvestitionen (IPv6 als Zukunftssicherung)

Detaillierte Strategie, sowie Migrations- und Kostenkonzept (Core -> Services -> Access [fest, mobil] -> Kunde)

IPv6-Fähigkeit aller Customer-facing Systeme

Nahezu doppelter Netzbetriebsaufwand (Provisionierung …)

Einführung neuer Dienste aber auch IPv6-fähiger Geräte

IPv6 (im Rahmen von Dual-Stack) im Telco / Service Provider Netzwerk bedeutet u.a.:



Nicht notwendigerweise symmetrische Wegeführung für IPv4 und IPv6 (manche Domains sind IPv4-only und manche schon IPv6-only)

Wachsende Zunahme der IPv6 Vermaschung

Long-tail bzgl. des IPv4 Phase-Out

Zweite Adressfamilie im Internet und auf den entspre-chenden Netzsystemen. Neue Dienste werden möglich.

Nahezu beliebig viele Endpunkte / Netze

Moderates Anwachsen der Internet Routingtabellen (IPv6 Adressaggregation.) => Zukunftssicherheit

IPv6 im Internet bedeutet u.a.:



Direkte Ende-zu-Ende Erreichbarkeit durch IPv6 vereinfacht u.U. die Geschäftsideen der OTTs => Neue Dienste und Anwendungen

U.v.m.

Customer-facing Systeme müssen IPv6 und IPv4 unterstützen

Aufrüsten der Sicherheits- und Netzwerksystem (FW, Load Balancer, Proxies, etc.)

Content kann vorerst partiell auf IPv4 verbleiben. (Proxies)

IPv6 (im Rahmen von Dual-Stack) im Cloud / DC / Content Provider / OTT Netzwerk bedeutet u.a.:



Zunehmende Komplexität durch eine IPv6 Einführung – Die Herausforderung.

Die Unterstützung einer 2. IP Adressfamilie erzeugt neben zusätzlichen Kosten auch zusätzliche Komplexität in den Netzen. (Sicherheit, Betrieb, Wartung, Training/Schulung, Zusatzequipment etc.)

Die Einführung von IPv6 durch Dual-Stack spart noch keine einzige IPv4 Adresse, solange nicht alle Dienste und Inhalte auch via IPv6 erreichbar sind!

=> Weitere Komplexität durch zusätzliche Mechanismen zur Vermeidung der IPv4 Adressraumerschöpfung!

Erst mit dem Betrieb von IPv6-only Netzen ist mit einer Reduzierung der Kosten und Komplexität zu rechnen.

IPv6 im Netzwerk


Weiterentwicklung des Internet

IPv6 als Konvergenzschicht

Maschine-zu-Maschine Kommunikation (Bsp. Intelligente Transport Systeme)

Smart Grids und Smart Metering

Internet der Dinge und Smart Objects

Augmented Reality

Vielfältige operative Vorteile und OPEX Einsparung

… und vieles mehr.

Neue Internet Dienste basierend auf IPv6 – Die Chancen.


Neue IPv6 Dienste ... „Überleben“ des Internets

Welches ist die „IPv6 Killer Applikation“?

Häufig gestellte Frage, jedoch – Falsche Frage

Es darf nicht heißen „Was kann IPv6 besser als IPv4“ sondern: „Kann das Internet, wie wir es kennen, auf der Basis von IPv4 weiter existieren und wachsen?“

Nutzer und Dienste benötigen die originale Ende-zu-Ende Kommunikation!

Voice / Video Chat, Bittorrent, Smart Metering, ...

Alle Teilnehmer müssen über eine öffentliche (globale) IP Adresse erreicht werden.

=> Die Killer Applikation für IPv6 ist das Fortbestehen und die Weiterentwicklung des Internets an sich!

Gibt es eine “IPv6 Killer Applikation”?

Fringe Internet Billion Nodes

Core Internet Million Nodes

Internet of Things Trillion Nodes

Smart Metering

Industrial automation

Logistics

Transport

Personal Sensors

Phones

Building Automation


IPv6 als „Konvergenzschicht“ des Internet

Source: Cisco, P. Grossetette @ IPv6 World Congress 2011

IPv6 als Konvergenzschicht - “Klebestelle der zukünftigen vernetzten Welt und Basis neuer IP Dienste“

IPv6 ist nicht nur ein OSI Layer-3 Protokoll zur E2E Kommunikation.

IPv6 ist unabhängig vom Übertragungsmedium.

IPv6 bietet „Auto-configuration“ und Identifikation. (IID).

Inhärente Sicherheit und Erweiterbarkeit

Mobilitätsunterstützung

IPv6 kann sowohl zwischen unterschiedlichen Technologien, als auch zwischen verschiedenen Organisationen als „Konvergenzschicht“ agieren.

Bsp.: Homeland Security, (Bundesbehördennetz)

IPv6 Overlay-Netzwerk zwischen abgeschlossenen VPNs

=> IPv6 entwickelt sich vom Verbindungs- und Netzwerkprotokoll zu einem Interface-Modell und zu einer Konvergenzschicht.

Smart Grid Communication Suite

Source: Vidder @ IPv6 World Congress 2011


Mobile Netze und Car-2-Car Kommunikation. Beispiel: Intelligente Transport Systeme (ITS).

Suchbild: Wo ist der Unterschied?

Wie kann IPv6 helfen, die heutigen Einschränkungen des Straßenverkehrs zu entschärfen?


Source: Inria @ IPv6 World Congress 2011

Die Zahl der zugelassenen Autos weltweit wächst unaufhörlich.

1997: 600 Millionen => 2030: 1200 Millionen

Ein Auto benötigt heute mehrere IP Adressen.

„On-board Units“ für den Internet Zugang (3G, 802.11p ..)

Spezialsysteme für ITS Applikationen (Verkehrssteuerung)

Hand-held Geräte mit Multimedia Applikationen

Gateway zwischen IP und Car Area Netz (CAN), …

Aktuelle ITS Standards berücksichtigen ausschließlich IPv6.

(„ITS Station Reference Architecture“ (ETSI–ISO), IEEE P1609)

Car-2-Car Sicherheitskommunikation ist nicht IP-basiert.

Single hop: Car-2-Car

Multi hop: “GeoNetworking”

Die gesamte andere Kommunikation ist IPv6-basiert.

Verkehrsfluss-Kontrolle, Infotainment, Sicherheit

IPv6 und die zugehörigen Mobilitätserweiterungen umfassen

Statusfreie Auto-configuration

Unterstützung von Netzwerkmobilität (NEMO)

Mobile Netze und Car-2-Car Kommunikation. Beispiel: Intelligente Transport Systeme (ITS).


“20 Mrd. (und mehr) verbundene Systeme / Geräte”

RFID Tags, Sensoren, Aktoren, Mobile Phones - Nur als Bsp.!

Unterschiede bzgl. L2 Netzwerken, Protokollen, Frequenzen

Hauptsächlich „low cost devices“

Adressierbarkeit, Auto-configuration

Cellular (GSM, HSPA, LTE(A), WiMax, ...)

Short range ( WiFi, Zigbee, Bluetooth, …)

Conventional cellular bands

“Digital Dividend” spectrum

“Shared” bands

Emerging techniques (e.g. “White Space”)

Other systems ( e.g. Tetra & derivatives)

Old world M2M - > Kurzfristig umsetzbare Technologien

IoT -> Mittel- bis Langzeit Lösungen (Smart Objects ~ IoT)

“Internet of Things” bedeutet: Ein globales Netzwerk von verbundenen (elektronischen, elektrischen und nicht elektrischen) Objekten/Geräten, die eindeutig adressierbar sind und nahtlos miteinander kommunizieren, basierend auf standardisierten Protokollen.

Was verstehen wir unter dem “Internet der Dinge” (Internet of Things - IOT)?

Über welche “Things” sprechen wir überhaupt?

Wodurch wird IOT überhaupt ermöglicht?

Drahtlose Kommunikationstechnologien

Verbesserungen in den Basis Technologien (Energie-verbrauch, Miniaturisierung, Speicher, Funktionalitäten, ...)

Neue Kommunikationsprotokolle (6lowpan) und Adressierungsmöglichkeiten (IPv6)

IPv6 als Enabler des “Internet der Dinge” (IoT) und der “Smart Objects”.


IPv6 als Enabler des “Internet der Dinge” und der “Smart Objects”.

http://www.sics.se/contiki/

Communication requirements of „Smart Objects“

Unzählige, global eindeutige Adressen zur Adressierung

Systeme müssen sich „nach Hause“ verbinden können

„Leichte“, standardisierte Protokolle

Zustandsfreie Auto-configuration und Kommunikation

Keine zusätzlichen Gateways und/oder Übersetzer

Sichere Interoperation (Internet und Devices)

The benefits of „IPv6“

2^128 mögliche Adressen

Keine NATs definiert / erforderlich

Akzeptiertes Layer 3 IETF Protokoll

6lowpan unterstützt SLAAC + ND

Inhärente IPSec Unterstützung

Kommunikationsanforderungen von „Smart Objects“ Inhärente Vorteile von IPv6

IPv6 und 6lowpan zusammen mit RPL bilden die technischen Bausteine zum Ermöglichen der Kommunikation mit bzw. zwischen „Dingen“ und/oder „Smart Objects”.

http://www.sics.se/contiki/


Fragestellungen der Workshop Arbeitsgruppe 1.


Einige Fragestellungen des BMWi, die im Rahmen des Workshops zur Diskussion stehen.

1. Wie sieht eine mögliche Vorgehensweise zur Einführung von IPv6 aus?

… in Produkten, die über IP-basierte Netze kommunizieren?

… in Firmennetzwerken?

2. Welche Beispiele gibt es für die Einführung von IPv6?

3. Welche Faktoren treiben oder hemmen den Übergang zu IPv6?

4. Wie ist der Status der Einführung von IPv6 in Deutschland und im Vergleich dazu in Europa?

1. Welche Motivationen gibt es für den Umstieg auf IPv6?

2. Welcher Nutzen entsteht durch die rechtzeitige Einführung von IPv6?

3. Was geschieht, wenn nicht oder später auf IPv6 umgestellt wird?

Generelle Fragen zur IPv6 Einführung

Netzwerk und Technik-bezogene Fragestellungen im IPv6 Kontext


Zusätzliche Fragestellungen mit Bezug zur IPv6 Einführung.

1. Wer sollte der aktivste Part bei der IPv6 Migration sein? (Service Provider, Content Anbieter, Hard- und Software Hersteller, …)

2. Hat sich Ihrer Erfahrung nach das „Henne – Ei“ Problem der IPv6 Einführung aufgelöst?

3. Ist der richtige Zeitpunkt zur IPv6 Einführung bereits gekommen / verstrichen?

4. Was ist / könnte der Trigger für Ihre IPv6 Migration (sein)?

5. Sind die technischen Randbedingungen einer IPv6 Migration in Ihre Netzwerke bereits gegeben? (Ja / Nein/ Was fehlt?)

6. Wo erwarten Sie die größten Probleme / größten Vorteile bei einer Einführung von IPv6 in Ihre Netzwerke? (SW, HW, Prozesse, Sicherheit, …)

7. Sehen Sie Möglichkeiten die IPv6 Einführung für (einige der) Stakeholder zu stimulieren? (Z.B. aus Richtung Politik oder über RfP/RfI Prozesse etc.)

8. Wer trägt die Hauptkosten einer IPv6 Einführung? (Netz, Dienst, Applikation, Kunde?)

Weitere Fragen zur Diskussion


Kontakt.

Olaf Bonneß Telekom Innovation Laboratories

Winterfeldtstraße 21-27, 10781 Berlin Phone: +49 30 8353 58826

E-Mail: [email protected]


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!


Backup.


Besides that IPv6 provides a broad range of operative advantages that reduce the OPEX costs of network operation.

Enough Addresses. Clear Address Hierarchy.

Several address scopes. (Global, Link and site scope).

No need to NAT anymore. => No need for STUN, TURN and ICE.

Customer end systems are direct address- and manageable.

Easier failure tracking and simpler implementation of new E2E services.

New Mechanism for additional QoS support. (Flow Label)

ECMP load balancing without DPI up to Layer 4 port level.

Signaling of application flows to the network.

End systems / “small” objects can auto-configure w/o operator support.

SLAAC does not need special devices (like DHCPv6 servers).

Easy to change point of attachment to the net.

Simpler network structure for public networks (e.g. WLAN access).

IPv6 Addresses

Auto-configuration

Flow Label

Mobility Optimizations

IPv6 mobility enhancements:

Safe network resources.

Optimize transport of delay sensitive data.

Do not need additional devices in the visited network.


Oft verwendete Abkürzungen.

3G - 3rd Generation (of wireless communication) 6PE – IPv6 Provider Edge 6lowpan – IPv6 on Low power Wireless Personal Area Networks API – Application Programming Interface APP – Application AU – Application Unit BNG – Broadband Network Gateway CAN – Car Area Network DAD – Duplicate Address Detection DHCP – Dynamic Host Configuration Protocol DPI – Deep Packet Inspection DSL – Digital Subscriber Line E2E – End-to-End ECMP – Equal Cost Multi-Path ETSI - European Telecommunications Standards Institute EUI – Extended Unique Identifier FAN – Field Area Network FW - Firewall GUA – Global Unique Address GPRS – Generalized Packet Radio System HG – Home Gateway HSPA – High Speed Packet Access HTTP – Hypertext Transfer Protocol IANA – Internet Assigned Number Authority ICE - Interactive Connectivity Establishment IETF – Internet Engineering Task Force IID – Interface Identifier IoT – Internet of Things IP – Internet Protocol IPv4 – Internet Protocol Version 4 IPv6 – Internet Protocol Version 6

IPSec - Internet Protocol Security Protocol ITS – Intelligent Transport System LAN –Local Area Network LTE – Long Term Evolution M2M – Machine-to-Machine MAC – Media Access Control MARQOS – Mobility Management, Authentication,

QoS and Security Mext – Mobility Extensions MUCC – Multi Utility Communication Controller NAN – Neighborship Area Network NAT – Network Address Translation ND – Neighbor Discovery Nemo – Network Mobility (Protocol) NIC – Network Interface Card (Identifier) OBU – On-board Unit OPEX – Operational Expenses OS/2 – Operating System 2 OTT – “Over the top” provider PKI – Public Key Infrastructure PLC – Power line Communication PPP – Point-to-Point Protocol QoS – Quality of Service QoE – Quality of Experience RA – Router Advertisement REST - Representational State Transfer RF(ID) – Radio Frequency (Identification) RPL -- Routing Protocol for Low power and Lossy

Networks RS – Route Solicitation

RSU – Road Station Unit SEND – Secure Neighbor Discovery SIB – Seamless Integration of Broadcast SLAAC – Stateless Address Auto-Configuration SPI – Security Parameters Index ST2 – Stream Protocol 2 STUN - Session Traversal Utilities for NAT TCP – Transport Control Protocol TURN - Traversal Using Relay NAT UDP – User Datagram Protocol ULA – Unique Local Address UPnP – Universal Plug & Play USP – Ubiquity and Seamless Pervasiveness V2V – Vehicle-to-Vehicle VID – Virtual Identity VoIP – Voice over IP VPN – Virtual Private Network WLAN – Wireless Access Network


Allgemeine Quellenangaben.

1.) S. Rhaza et al., SICS Technical Report, “Securing Internet of Things with Lightweight IPsec”, February 2011, ISSN 1100-3154 2.) D. Yazar et al., SICS Demo Abstract, “Demo Abstract: Augmenting Reality with IP-based Sensor Networks”, April 2010, ACM 978-1-60558-955-8/10/04 3.) T. Ernst, INRIA, “Automotive Industry: Why the ITS Businesses Need to Care about IPv6 ?”, February 2011, IPv6 World Congress Paris 2011 4.) K. el Maki, Ericsson, “Creating Enhanced IPv6 Services”, March 2005, Gulf IPv6 Summit 5.) ETSI TR 102 691, “Machine-to-Machine communications (M2M); Smart Metering Use Cases”, May 2010 6.) L. Tautain, Telecom Bretagne, “ETSI M2M architecture”, February 2011, IPv6 World Congress Paris 2011 7.) A. Liakopoulos, Greek Research and Technology Network, “A Future Internet Architecture: Challenges & Solutions”, February 2011, IPv6 World Congress Paris 2011 8.) B. Aboussouan et al., IPSO Alliance, “Introduction to IP in Commercial Buildings”, September 2010 9.) G. Mulligan, IPSO Alliance, “Using Embedded IP to Connect to the Smart Grid”, ESC 2 010 – Chicago 10.) A. Cárdenas, Fujitsu, “The IPSO Alliance: IP for Smart Objects”, Internet of Things 2010 Conference, November 2010, Japan 11.) K. Stammberger et al., IPSO Alliance White Paper, “Introduction to Security for Smart Object Networks”, February 2010 12.) A. Dunkels et al., IPSO Alliance White Paper, “IP for Smart Objects”, July 2010 13.) B. Tourancheau, INRIA, “IPv6 for Sensors and Actuators in Buildings”, February 2011, IPv6 World Congress Paris 2011 14.) ITU Internet Report, “The Internet of Things”, 2005 15.) C. Sellers, “IPv6 Embedded Systems and 6LoWPAN Sensor Networks”, May 2010, Rocky Mountain IPv6 Task Force Conference 2010 16.) P. L. Russel, InterDigital, “Addressing Unique M2M Challenges with Converged Gateways”, October 2010, ETSI TC M2M Workshop 2010 , Sophia Antipolis 17.) Y. Rich, Qinetiq, “Why the Smart Grid needs IPv6?”, May 2010, Rocky Mountain IPv6 Task Force Conference 2010 18.) M. Ersue et al., NSN Position Paper, “Interconnecting Smart Objects with the Internet”, February 2010, IETF Workshop on IoT 19.) P. Grossetete, Cisco, “IPv6 and the Smart Grid”, February 2011, IPv6 World Congress Paris 2011 20.) J. Islam, Vidder, “Software based IPv6”, May 2010 21.) D. Egan et al., Zigbee Alliance, “Extending the Internet into The Smart Energy Home Area Network”, September 2010, Reed Messe Wien 2010

Documents

BMWi IPv6 Workshop Arbeitsgruppe 1 „IPv6 – Wie entwickeln ... · Telekom Innovation Laboratories 5 Der Straight-Forward Ansatz zur IPv6 Einführung – Dual-Stack. Dual-Stack