Laut Angaben des RIPE NCC\footnote{RIPE Network Coordination Centre} vom Juni 2018 sind noch ungefähr 8,63 Millionen IPv4-Adressen verfügbar\footnote{\url{https://www.ripe.net/publications/ipv6-info-centre/about-ipv6/ipv4-exhaustion/ipv4-available-pool-graph}, abgerufen am 03.06.2018}.
Das entspricht etwa der Hälfte der nutzbaren Host-Adressen eines \texttt{/8}-Blocks.
Betrachtet man die Vergabegeschwindigkeit von IPv4-Adressen aus den letzten 3 Jahren, so könnte man den Zeitpunkt der Erschöpfung von IPv4-Adressen zwischen 2019 und 2021 vermuten\footnote{\url{https://ipv4.potaroo.net/}, abgerufen am 03.06.2018}.
Vor diesem Hintergrund findet die Verwendung von IPv6 eine zunehmende Verbreitung als Nachfolger von IPv4:
Immer mehr Internetdienste können über IPv6 erreicht werden, und auch die Internetanbieter stellen ihren Kunden IPv6-fähige Internetanschlüsse zur Verfügung.
Der Anteil von Suchanfragen, die über IPv6 an Google gestellt wurden, hat von 5,84\% am 1. Januar 2015 auf 21,11\% am 1. Juni 2018 zugenommen\footnote{\url{https://www.google.com/intl/en/ipv6/statistics.html}, abgerufen am 03.06.2018}.
Am AMS-IX\footnote{Amsterdam Internet Exchange}, dem Internet-Austauschpunkt in Amsterdam, hat sich der Durchfluss von IPv6-Verkehr in den letzten 12 Monaten im Durchschnitt von etwa 55 Gbit/s im August 2017 auf etwa 85 Gbit/s im Mai 2018 gesteigert\footnote{\url{https://ams-ix.net/technical/statistics/sflow-stats/ipv6-traffic},\\abgerufen am 03.06.2018}.
Auch das Netz der Abteilung Informatik an der Hochschule Hannover ist Vorreiter in der Erprobung von IPv6: Seit Anfang 2015 ist das Netz schon über IPv6 an das Internet angebunden.
Mitarbeitern und Studenten der Abteilung Informatik steht ein VPN-Dienst zur Ver\-fü\-gung, um Zugang in das Netz der Abteilung aus dem Internet heraus zu erhalten.
Im Rahmen dieser Masterarbeit soll ein neuer, IPv6-fähiger VPN-Dienst konzipiert werden, der die Idee des bisherigen IPv4-VPN-Dienst aufgreift.
Dafür wird zunächst die Netzarchitektur der Abteilung Informatik inklusive dem Firewallkonzept vorgestellt.
Anschließend werden alle Rahmenbedingungen und Anforderungen erfasst, die bei der Konzeption des neuen VPN-Dienst berücksichtigt werden sollen.
In der darauf folgenden Konzeptphase werden zunächst grundlegende, lösungsunabhängige Entscheidungen getroffen, auf Basis derer dann eine technischen Lösung ausgewählt wird.
\todo{Danach geht es weiter mit der Planung der konkreten Lösung, der Installation und der Dokumentation.}
An der Firewall sind zwei lokale Netze angeschlossen: Die Demilitarisierte Zone (DMZ) und das interne Abteilungsnetz, welches durch einen zentralen Switch in mehrere virtuelle Netze (VLANs) unterteilt wird.
Von der Abteilung Informatik betriebenen Server stellen in diesem Netz Dienste zur Verfügung, die sowohl innerhalb der Abteilung als auch über das Internet erreichbar sind.
In diesem Abschnitt werden alle Anforderungen und Rahmenbedingungen vorgestellt, die bei der Konzeption des neuen VPN-Dienst berücksichtigt werden müssen.
\item\label{req:dualstack}\textbf{Dual-Stack-Betrieb:} Der VPN-Dienst soll aus dem Internet über IPv4 und IPv6 erreichbar sein und auch innerhalb des VPN diese beiden Protokolle anbieten.
\item\label{req:routing}\textbf{VPN-interner Datenverkehr:} Nur die internen Netzbereiche der Abteilung Informatik sollen für Benutzer über das VPN erreichbar sein.
\item\label{req:traffic}\textbf{VPN-externer Datenverkehr:} Die Kommunikation zwischen VPN-Client und VPN-Server soll authentisiert und vertraulich stattfinden.
\item\label{req:users}\textbf{Benutzer:} Der VPN-Dienst soll von autorisierten Mitarbeitern und Studenten aus der Abteilung Informatik benutzt werden können.
\item\label{req:serveros}\textbf{Betrieb des VPN-Servers:} Die Serverkomponente des VPN-Dienst soll auf einer aktuellen Version von Debian (9 oder höher) betrieben werden.
\item\label{req:clientos}\textbf{Betrieb der VPN-Clients:} Die VPN-Clientsoftware soll für aktuelle Versionen gängiger Betriebsysteme zur Verfügung stehen.
\item\label{req:logging}\textbf{Betriebsprotokoll:} Während des Betrieb des VPN-Dienst sollen keine Daten protokolliert werden, die Rückschlüsse auf das Benutzerverhalten zulassen. Im Rahmen einer laufenden Fehlersuche soll es möglich sein, mehr Daten zu protokollieren.
\item\label{req:finance}\textbf{Finanzieller Rahmen:} Es stehen keine finanziellen Mittel für den Erwerb einer VPN-Lösung zur Verfügung.
Anhand der Anforderungen~\ref{req:dualstack} bis \ref{req:finance} werden vorhandene Programme ermittelt, die sich als Kandidat zur Umsetzung des VPN-Dienstes eignen.
Aufgrund des finanziellen Rahmens (\ref{req:finance}) kommt nur kostenfreie Software in Frage, deren Serverkomponente mit aktuellem Debian (\ref{req:serveros}) kompatibel ist.
Die Vorgabe von vertraulicher und authentisierter Kommunikation zwischen VPN-Client und VPN-Server (\ref{req:traffic}) impliziert, dass die gesuchte Software Algorithmen zum Verschlüsseln und Signieren von Daten verwendet.
Weiterhin soll die gesuchte Software IPv4 und IPv6 unterstützen (\ref{req:dualstack}), die Routingtabellen der VPN-Clients (\ref{req:routing}) anpassen können und in Bezug auf Protokollierung (\ref{req:logging}) konfigurierbar sein.
Ausgangspunkt für die Suche nach passender VPN-Software ist die Wahl der Serverkomponente: Sie soll quelloffen sein und auf einem Server mit aktuellem Debian eingesetzt werden können.
Arbeitsschritte wie das Patchen und Kompilieren des Quellcodes, sowie Tests und das Paketieren der Software werden von den Verwaltern der Debian-Pakete ausgeführt.
Die Authentizität der Pakete wird anhand von GPG-Signaturen durch den Paketmanager vor der Installation überprüft\cite{book:debian}[Siehe Kapitel 6.5].
Um den Wartungsaufwand des VPN-Servers zu reduzieren, kann die Installation von Updates durch den Debian-Paketmanager automatisiert werden\cite{book:debian}[Siehe Kapitel 6.7 und 6.8].
Somit muss der Systemadministrator lediglich Upgrades zur nächsthöheren Debian-Version durchführen, da dabei Anpassungen an der Systemkonfiguration notwendig werden.
Strongswan\footnote{\url{https://wiki.strongswan.org/projects/strongswan/wiki/IntroductionTostrongSwan},\\zuletzt abgerufen am 18.07.2018} ist eine modular aufgebaute Software, die unter den in \ref{req:serveros} und \ref{req:clientos} genannten Betriebsystemen lauffähig ist.
Sie kann über IKEv2\footnote{Internet Key Exchange Protokoll Version 2, definiert in \cite{RFC7296}} authentisiert und verschlüsselt mit einer Gegenstelle kommunizieren.
Dabei werden mit der Gegenstelle Schlüssel und Konfigurationsparameter ausgehandelt beziehungsweise ausgetauscht, anhand derer im Betriebsystem-Kernel IPsec-Verbindungen konfiguriert werden.
Die Verarbeitung des IPsec-Da\-ten\-ver\-kehrs über die Protokolle AH oder ESP wird über den IPsec-Stack im Kernel abgewickelt.
Das Protokoll \enquote{IP Authentication Header} (AH) wird in \cite{RFC4302} definiert und ermöglicht den Versand von authentisierbaren Paketen an eine Gegenstelle.
Bestimmte Felder ... werden dabei signiert und können so nach Empfang authentisiert werden.
