2 Internet Protocol Version 4

2.1 Historie

Die im Moment benutzte Version des Internet Protocols, Version 4, ist schon über 20 Jahre alt. Es wurde von der Advanced Research Projects Agency (ARPA) bereits um 1973 entwickelt. Ziel war die Entwicklung eines Protokolls, welches die verschiedenen vorhandenen (physikalischen) Netzwerke verbinden konnte. Andere Ziele bei der Entwicklung waren (in absteigender Wichtigkeit) [Clark88]:

1. Die Kommunikation darf nicht durch den Verlust von einzelnen Bausteinen des Netzes nachhaltig gestört werden.
   Hier zeigt sich die militärische Herkunft; das Netz sollte auch bei Zerstörung von einzelnen Systemen weiter funktionieren; eine globale Zentrale/Kontrolle sowie starke Hirarchien verbieten sich hierdurch.
2. Es müssen verschiedene Kommunikations-Servicetypen unterstützt werden.
   Hier ist verbindunsorientiert und verbindungslos gemeint, diese werden auf der Basis von IP durch das Transmission Control Protocol (TCP), und das User Datagram Protocol (UDP) erreicht.
3. Verschiedene Netzwerktypen müssen unterstützt werden.
   Das Internet Protocol unterstützt alle gängigen Übertragungsmedien wie Ethernet, serielle Leitungen, Funknetze etc.
4. Die Netzressourcen müssen ein verteiltes Management unterstützen.
5. Alles sollte so kostengünstig wie möglich sein.
6. Neue Systeme sollten ohne größere Probleme in ein bestehendes Netz integriert werden können.
7. Die Ressourcen sollten erfaßbar sein.

Das Ergebnis dieser Entwicklung war das Internet Protocol Version 4.
Damals galt es ein Netz zu schaffen, um einige lokale Netzwerke zu verbinden. Die Anwendungen waren wissenschaftlicher sowie militärischer Natur.

Die Internet-Protokollfamilie mit dem zentralen Internet Protocol hat sich als äußerst erfolgreich erwiesen. Seine Einfachheit, die frühe Verfügbarkeit von freien Implementierungen sowie die Offenlegung von allen technischen Details haben die Internet-Protokollfamilie zu der Protokollfamilie für Netzwerke werden lassen. Trotz oder gerade wegen dieses Erfolges blieb das Internet Protocol bisher im wesentlichen unverändert.

2.2 Probleme

Das Internet Protocol ist in gewisser Weise Opfer des eigenen Erfolges geworden: niemand konnte den Erfolg und die Verbreitung der Internet-Protokollfamilie und des darauf basierenden Internets vorhersehen. Mit der massiven Benutzung von IP durch die Popularität des Internets werden die Adressen allmählich knapp. Dies mag erstaunen, gibt es doch theoretisch mehr als zwei Milliarden benutzbare Adressen. Die in der Praxis verwendete Aufteilung des Adreßraumes in Klassen (Class A-D) ist jedoch sehr verschwenderisch.

Besonders die Nachfrage nach von der Größe her günstigen Class B Netzen stellte für den IPv4-Adreßraum ein Problem dar. Als statt der Vergabe eines Class B Netzes mehrere aufeinanderfolgende Class C Netze ausgegeben wurden, wurden die extrem anwachsenden Routingtabellen zu einem Problem für die Router im Internet (es gibt theoretisch 16384 Class B Netze, aber viele Millionen Class C Netze).

Dieses Problem konnte durch die Einführung des Classless Inter-Domain Routing (CIDR) zumindest gemildert werden. Bei dem CIDR spielen, wie der Name schon sagt, die bekannten Klassen A bis D keine Rolle mehr. Beim CIDR werden zur Kennzeichnung eines zusammengehörigen Adreßbereiches die Anfangsadresse abgespeichert, sowie eine 32 Bit große Maske, welche indirekt die Größe des zusammengehörigen Bereiches angibt.
Beispiel: Die Adresse 194.24.8.0, binär

11000010 00011000 00010000 00000000

mit der Maske 255.255.240.0, binär

11111111 11111111 11110000 00000000

gibt einen Block von 4096 Adressen an.

Network Service Provider erhalten einen größeren Adreßbereich zugeordnet. Dieser wird von den Network Service Providern selbst verwaltet. Auf verschiedenen Ebenen ist so eine Zusammenfassung von Adressen möglich.

Angenommen, der Provider in obigem Beispiel verwaltet die Adressen von 194.0.0.0 bis 194.127.255.255. Alle Kunden des Providers seinen nur durch den Provider erreichbar. Dann reicht ein einziger Eintrag in den Routingtabellen aller Router außerhalb des Providers, der aussagt, daß alle IP-Pakete mit Adressen zwischen 194.0.0.0 und 194.127.255.255 zu dem Router des Providers geschickt werden sollen:

<194.127.0.0/255.128.0.0> routen zu <IP-Adresse des Provider-Routers>

Dies führt zu einer wesentlichen Reduktion von Informationen, die für das Routing vorgehalten und ausgetauscht werden müssen.

Die Einführung des CIDR hat wesentliche Auswirkungen auf verwendete Routing-Algorithmen. Die Zieladresse an sich wird nicht mehr interpretiert. Hier ist nun ein ,,longest match``-Algorithmus anzuwenden, der Pakete an die nächste Routingadresse schickt, die am weitesten mit der Zieladresse übereinstimmt.

Genauere Informationen zu CIDR und IPv4 geben die RFCs 1517-1520.

Trotz aller oben genannten Maßnahmen werden voraussichtlich um das Jahr 2005 bis 2011, gegenwärtige Geschwindigkeit der Adreßvergabe vorausgetzt, alle IPv4-Adressen ausgegeben sein [RFC 1752].

Andere aktuelle Probleme der aktuellen Version 4 des Internet Protocols sind:

• Sicherheit: Authentifizierung, Überprüfen der Integrität und Geheimhaltung werden nicht unterstützt.
• Konfiguration: Plug-and-Play ist nicht möglich, eine manuelle Konfiguration ist normalerweise nötig.
• Multimedia-Anwendungen: eine besondere Behandlung der Daten von isochronen Diensten wie Echtzeit-Audio und -Video werden nicht unterstützt.
• Skalierbarkeit: Routing, Multicast, und andere Bereiche sind nur ungenügend skalierbar.