Teknolojisi ile IPv6 Teknolojisinin Performanslarının Karşılaştırılması Melek Soyhan, N. Özlem Ünverdi Yıldız Teknik Üniversitesi, Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü, İstanbul meleksoyhan@gmail.com, unverdi@yildiz.edu.tr Özet: İnternete bağlı cihazlardaki ve IP tabanlı uygulamalardaki büyük gelişim, IP adresi ihtiyacını artırmıştır. Ancak günümüzde (Internet Protocol version 4, İnternet Protokolü versiyon 4) teknolojisi bu ihtiyaca cevap verememektedir. IPv6 (Internet Protocol version 6, İnternet Protokolü versiyon 6) teknolojisi, iletişim teknolojilerindeki yeni gelişmelere ve uygulamalara cevap verebilecek yeni nesil İnternet protokolüdür. Bu çalışmanın amacı, ve IPv6 teknolojileri arasındaki performans farklılıklarının gözlenmesidir. Bu çalışmada, ve IPv6 protokollerinin yönlendirici (router) ve bilgisayarlar üzerinde uygulamalı olarak karşılaştırılması yapılmıştır. Anahtar Sözcükler: İnternet Protokolü,, IPv6, Yeni Nesil Protokol. Comparison of Performances of and IPv6 Technologies Abstract: The big progress in devices connected to the Internet and IP based applications caused an increase in need for IP addresses. However, nowadays (Internet Protocol version 4) technology cannot respond to this demand. IPv6 (Internet Protocol version 6) technology is the new generation Internet protocol which can respond to the requirements of the recent developments and applications. The purpose of this study is to observe differences between and IPv6 technologies. In this study, applications of and IPv6 technologies on routers and computers in practice are compared. Keywords: Internet Protocol,, IPv6, New Generation Protocol. 1. Giriş 1990 lı yılların başında İnternet in hızla genişlemesi ve eklenen uç sayısı ile çeşitliliğinde gözlenen artış nedeniyle İnternet Protokolü sürüm 4 () teknolojisinin İnternet e bağlanacak cihazların adreslemesi için yetersiz kalacağı ve yeni bir adresleme sistemine geçişin zorunlu olacağı açıklanmıştır. Bu kapsamdaki çalışmalar, IETF (Internet Engineering Task Force, İnternet Mühendisliği Görev Gücü) liderliğinde başlamıştır. Yeni protokolün, IPng (Internet Protocol next generation, Yeni nesil İnternet Protokolü) veya İnternet Protokolü sürüm 6 (IPv6) olarak adlandırılması kararlaştırılmış ve konuyla ilgili standartlar, 1998 yılında yayınlanan RFC 2460 belgesinde tanımlanmıştır [1]. teknolojisi, ticari kullanım için tasarlanmamış olup günümüzde beklenilen servis kalitesi işlevini, modern ticari İnternet için temel olan çoklu yayın fonksiyonlarını veya güvenlik için gerekli yapılanmayı sağlamak için gerekli yeterliliklere sahip değildir. IPv6 teknolojisi, hemen hemen sonsuz IP adres havuzu ve mobilite destek verimliliği ile ve gelişmiş ağ güvenliği desteği sağlayan özellikleri ile çok farklı sistem ve teknolojilerin kullanımına olanak sağlamıştır [2].
32 bitlik yapısı ile 2 32 =4.294.967.296 gibi bir sayıya karşılık gelen adresleri, sınıf bazlı adresleme ve ayrılmış adresler gibi kısıtlamalarla yalnızca 250 milyon civarında bir adreslemeye olanak sağlamaktadır. 128 bitlik adres yapısıyla IPv6 teknolojisi, 3,4.10 38 adet IPv6 adresine imkân tanımaktadır. Bu durum, kabaca bir hesapla, dünya üzerindeki her bir birey için 4,85.10 28 adet adres anlamına gelmekte ve ileride bir adres sıkıntısı yaşatmayacak kadar fazla bir adres uzayını ifade etmektedir [3-5]. Yeni İnternet protokolü ile birlikte teknolojisinin bazı yapısal sorunlarına da çözüm getirilmiştir. İlk olarak IPv6 teknolojisinde başarımı yükseltmek için teknolojisinin başlık bilgisinin hantal yapısı düzenlenmiştir. teknolojisindeki başlık yapısı, Şekil 1 de görülmektedir. teknolojisi başlık yapısında kullanılması gerekli olmayan ya da görevleri daha üst protokollere devredebilen kısımlar çıkarılmıştır. Günümüz modern bilgisayar ağlarına ve gereksinimlerine uyum sağlayacak şekilde bazı kısımlar genişletilmiştir. IPv6 teknolojisinin başlık yapısı, Şekil 2 de yer almaktadır [3]. Şekil 1. teknolojisindeki başlık yapısı Şekil 2. IPv6 teknolojisindeki başlık yapısı
2. Teknolojisi ile IPv6 Teknolojisi Arasındaki Temel Farklar teknolojisi ile IPv6 teknolojisi teknik olarak karşılaştırıldığında öncelikle başlık yapısı açısından birbirinden ayrılırlar [3]. IPv6 teknolojisinde, bazı teknolojisi başlık alanları kaldırılmış veya opsiyonel hale getirilmiştir. IP başlık seçeneklerinde yapılan değişiklikler daha verimli iletim sağlarken, seçenek alanının uzunluğu daha az kısıtlayıcıdır. Ayrıca IPv6 teknolojisi ile birlikte yeni seçenek alanlarının tanımlanabilmesi için daha çok esneklik sağlanmıştır. IPv6 teknolojisi de akış (flow) etiketi özelliği ile gönderici tarafından belirli bir trafik için özel bir taşıma istendiğinde paketin etiketlenmesi özelliği eklenmiştir. Ayrıca ek başlıklar sayesinde kimlik doğrulama, veri bütünlüğü ve opsiyonel olarak da veri gizliliği tanımlanmıştır [6]. Güvenlik, bir protokol için önemli ölçütler arasında yer alır. IPv6 teknolojisi, teknolojisine göre daha güvenli bir ağ ortamı sunmaktadır. Kimlik kanıtlama ve tünel oluşturma gibi uygulamalar, IPv6 teknolojisi kullanılarak daha güvenli bir şekilde oluşturulmaktadır [3]. Otomatik adres yapılandırılması, IPv6 teknolojisinin getirmiş olduğu önemli yeniliklerdendir. IPv6 teknolojisi, ağ üzerinde adres atama sunucusu olmadan ağa bağlı arabirimlerin adres edinmelerine olanak tanır. Bu özelliğin temelinde, ağdaki yönlendiricilerin gerekli adres önekini anons etmeleri ve istemcilerin de bu bloğa 64 bitlik bir değer ekleyerek kendi adreslerini oluşturmaları yer alır. Düğümler, başkaları tarafından kullanılmadığına kanaat getirdikleri adresi kullanıma alabilir [1]. Her geçen gün yaygınlaşan IPv6 teknolojisinde, aynı bağlantı üzerindeki komşu düğümlerin etkileşimini yönetmek için yeni bir protokol olan ve RF 4861 belgesi ile tanımlanan Komşu Keşfi Protokolü (Neighbor Discovery Protocol, NDP) kullanılır. Bu protokol, Control Message Protocol for IPv6 (IPv6 için Kontrol Mesaj Protokolü, ICMPv6) mesajlarından yararlanır. Komşu Keşfi Protokolü, teknolojisindeki Address Resolution Protocol (Adres Çözümleme Protokolu, ARP), Internet Control Message Protocol Router Discovery (ICMP Yönlendirici Keşfi) ve yeniden yönlendirme bileşenleri tarafından gerçekleştirilen görevleri yerine getirir [1, 7]. 3. Uygulamalar Uygulamada kullanılan donanımların özellikleri Tablo 1 de ve kullanılan topoloji Şekil 3 te yer almaktadır [8]. Kullanılan Donanım Kullanılan Donanımın Sayısı Bilgisayar (Windows 7 Professional 32 bit, RAM 1.75 GB, Intel Pentium 4 CPU 3 GHz) 2 Cisco 2801 Router Version 12.4 2 Cat 5-100 Mbps Kablo 2 Tablo 1. Uygulamada kullanılan donanımlar Şekil 3. Uygulamada kullanılan topoloji
Uygulama ortamında, Cisco 2801 yönlendiricileri arasında çapraz kablo kullanılmıştır. 100 Mbps Cat 5 (Kategori 5) ethernet kabloları ise bilgisayarlar ve yönlendiricilere bağlanarak bir ağ topolojisi oluşturulmuştur. Böylece bilgisayarlar arasında bulunan yönlendiriciler ile yönlendirme işlemi, fiziksel aşamada yapılmıştır. İlk karşılaştırma uygulaması olarak ve IPv6 teknolojileri ile PC 1 den PC 2 ye ping atma işlemi gerçekleştirilmiştir. Bu ping testinde, CEF (Cisco Express Forwarding, Cisco Hızlı İletim) modunun aktif ve pasif olduğu durumlarda, ve IPv6 teknolojileri için ping süreleri ölçülmüştür. CEF, OSI (Open System Interconnection, Açık Sistemler Bağlantısı) ağ katmanında IP anahtarlama teknolojisidir ve başlangıç aşamasında, yönlendiricide teknolojisi için aktif, IPv6 teknolojisi için ise pasif olarak kabul edilir. Ölçümde daha hassas süre bilgisinin alınabilmesi için PsPing programından yararlanılmıştır. CEF modunun aktif ve pasif olduğu durumda, teknolojisi ve IPv6 teknolojisi için ortalama ping süreleri, Tablo 2 de görülmektedir. Ping Paket Boyutu CEF Modu Aktif Ping Süresi (Ortalama) IPv6 Ping Süresi (Ortalama) Ping Paket Boyutu CEF Modu Pasif Ping Süresi (Ortalama) Tablo 2. CEF modunun aktif ve pasif olduğu durumda ping süreleri IPv6 Ping Süresi (Ortalama) 20 byte 1.07 ms 1.10 ms 20 byte 2.57 ms 2.13 ms 32 byte 1.08 ms 1.10 ms 32 byte 2.62 ms 2.13 ms 100 byte 1.13 ms 1.14 ms 100 byte 2.67 ms 2.24 ms 500 byte 1.25 ms 1.32 ms 500 byte 2.86 ms 2.35 ms 1000 byte 1.51 ms 1.60 ms 1000 byte 3.16 ms 2.68 ms 10000 byte 3.26 ms 3.32 ms 10000 byte 7.81 ms 6.27 ms Bu sonuçlara göre, teknolojisinin, CEF modu aktif iken IPv6 teknolojisine göre çok az da olsa daha iyi bir performans gösterdiği izlenirken, CEF modunun pasif olduğu durumda, IPv6 teknolojisinin, teknolojisine göre büyük ölçüde üstün olduğu görülmüştür. Çalışmada yapılan diğer bir uygulama ise veri analizi (throughput) testidir. Burada, hem teknolojisi, hem de IPv6 teknolojisinde CEF modu aktif iken ve CEF modu pasif iken ağ için 2 dakika boyunca veri analizi yapılmıştır. Bu ölçüm için Throughput Test programından yararlanılmıştır. Ayrıca PC 2 ye sanal FTP sunucusu yüklenerek PC 2 nin sanal bir FTP sunucu olarak kullanılması sağlanmıştır. Burada bulunan değerler, Tablo 3 te verilmiştir. Ortalama TCP / UDP Değerleri CEF Modu Aktif Teknolojisi IPv6 Teknolojisi Ortalama TCP / UDP Değerleri CEF Modu Pasif Teknolojisi Teknolojisi TCP Yukarı 94.77 Mbps 93.68 Mbps TCP Yukarı 26.29 Mbps 41.72 Mbps TCP Aşağı 94.79 Mbps 93.81 Mbps TCP Aşağı 24.30 Mbps 38.01 Mbps UDP Yukarı 94.84 Mbps 87.56 Mbps UDP Yukarı 22.54 Mbps 15.68 Mbps UDP Aşağı 95.40 Mbps 93.19 Mbps UDP Aşağı 23.58 Mbps 24.15 Mbps Tablo 3. CEF modunun aktif ve pasif olması durumunda ortalama TCP / UDP upstream (yukarı doğru) ve downstream (aşağı doğru) değerleri
Bu uygulamaların çıktı grafikleri, sırasıyla Şekil 4, Şekil 5, Şekil 6 ve Şekil 7 de verilmiştir. Şekil 4 ve Şekil 5 de, CEF modu aktifken teknolojisi ve IPv6 teknolojisi için program çıktı grafikleri, Şekil 6 ve Şekil 7 de ise CEF modu pasifken teknolojisi ve IPv6 teknolojisi için program çıktı grafikleri görülmektedir. Şekil 4. CEF modunun aktif olması durumunda teknolojisinin throughput grafiği Şekil 5. CEF modunun aktif olması durumunda IPv6 teknolojisinin throughput grafiği
Şekil 6. CEF modunun pasif olması durumunda teknolojisinin throughput grafiği Şekil 7. CEF modunun pasif olması durumunda IPv6 teknolojisinin throughput grafiği
Veri analizi uygulamasında, CEF modunun aktif olması halinde, teknolojisindeki TCP (Transmission Control Protocol, İletim Kontrol Protokolü) ve UDP (User Datagram Protocol, Kullanıcı Veri Bloğu İletişim Kuralları) değerlerinin, IPv6 teknolojisindeki TCP ve UDP değerlerine göre az bir farkla daha iyi olduğu görülmüştür. CEF modunun pasif olduğu durumda ise, IPv6 teknolojisindeki TCP değerlerinin, teknolojisindeki TCP değerlerine göre çok daha iyi olduğu gözlenmiştir. UDP değerleri incelendiğinde, IPv6 teknolojisindeki UDP upstream (yukarı doğru) değerinin, teknolojisindeki UDP upstream değerine göre düşük, IPv6 teknolojisindeki UDP downstream (aşağı doğru) değerinin ise teknolojisindeki UDP downstream değerine göre az da olsa yüksek olduğu izlenmiştir [8]. 4. Sonuç ve Öneriler Bu çalışmada, teknolojisi ve IPv6 teknolojisi için karşılaştırma uygulamaları ile performans analizi yapılmıştır. Karşılaştırma yaparken ayrıca Cisco yönlendiricilerin, CEF modunun aktif olduğu durumda ve bu modun pasif olması halinde birbirlerine göre üstünlükleri incelenmiştir. CEF modunun aktif olduğu durumda, ilk olarak ping uygulamasındaki sonuçlar değerlendirildiğinde, teknolojisi, IPv6 teknolojisine oranla performans üstünlüğü sağlamıştır. Fakat burada teknolojisinin üstünlüğü göz ardı edilebilecek düzeyde kalmıştır. Diğer yandan CEF modunun pasif olduğu durumda, genel olarak IPv6 teknolojisinin, teknolojisine göre büyük bir performans üstünlüğü olduğu görülmüştür. Bu koşullarda, ve IPv6 teknolojileri arasında göz ardı edilemeyecek bir performans farkı vardır. Diğer bir uygulama olan veri analizi sonuçları değerlendirildiğinde ise ilk uygulama ile paralel sonuçlar elde edildiği belirlenmiştir. CEF modunun aktif olduğu durum için teknolojisi, IPv6 teknolojisine göre daha iyi bir performans sağlarken CEF modunun pasif olduğu durum için IPv6 teknolojisinin performans üstünlüğü vardır. Ancak ping uygulamasında olduğu gibi CEF modunun aktif olduğu durum için bulunan değerler birbirine çok yakın olduğundan performans açısından gözle görünür bir fark izlenmemiştir. Sonuç olarak CEF modunun aktif olduğu durumda her iki uygulama için de teknolojisinin, IPv6 teknolojisine oranla az da olsa daha iyi bir performans sağladığı görülmüştür. Fakat aralarındaki performans farkının birbirine çok yakın olması, IPv6 teknolojisinin, gelecekte teknolojisinin yerini almasında performans açısından bir sakınca olmadığını göstermektedir. CEF modunun pasif olduğu durumda ise IPv6 teknolojisinin, teknolojisine göre büyük oranda bir performans üstünlüğü vardır. İki uygulama için de birbirine paralel olan sonuçlar bu durumu göstermektedir. Ayrıca elde edilen bir diğer sonuç ise her iki uygulamada da hem teknolojisi, hem de IPv6 teknolojisi için CEF modunun aktif olduğu durumun, CEF modunun pasif olduğu duruma göre çok yüksek bir performans üstünlüğü sağlamasıdır. Bu çalışmada, basit bir ağ topolojisi üzerinden ve IPv6 teknolojilerinin performans karşılaştırması yapılmıştır. İleride daha karmaşık topolojiler kullanılarak bu karşılaştırmanın yapılması ile konuyla ilgili daha kesin sonuçların bulunmasına ışık tutulması beklenmektedir. 5. Kaynaklar [1] Çalışkan, B. K., Yüce, E., Eryol, G., Gürcan, İ., Soysal, M., Kaptan, K. N., Bektaş, O., IPv6 El Kitabı, Tübitak Ulakbim, 2012. [2] Bolat, A., Tozer, A. IPv6 ve Türkiye, 6. Akademik Bilişim Konferansı, 323-331, Şanlıurfa, 11-13 Şubat 2009
[3] Dicle, Z., Mocan, B., Kutay, M., IPv6 ve için Karşılaştırmalı Bilgisayar Benzetimi, Elektrik-Elektronik Bilgisayar Mühendisliği 11. Ulusal Kongresi ve Fuarı, İstanbul, 2005. [4] Marcus, J., S., Designing Wide Area Networks and Internetworks, Addison- Wesley Professional, 1999. [5] Cisco Systems, Inc., Internetworking Technologies Handbook, Pearson Education, Third Edition, 2000. [6] Çalışkan, B., IPv6 Geçiş Yöntemlerinin Güvenlik ve Performans Analizi Gazi Üniversitesi, Bilişim Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Ankara, 2010. [7] Davies, J., Understanding IPv6, Microsoft Corporation, Third Edition, 2012. [8] Soyhan, M., Teknolojisi ile Teknolojisinin Analizi ve Performanslarının Karşılaştırması Yıldız Teknik Üniversitesi, Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü, Bitirme Tezi, İstanbul, 2014.