Zeroconf: Automatische Netzwerkkonfiguration für jeden Einsatzzweck

Zero Configuration Networking (kurz Zeroconf) ermöglicht es Geräten, sich in Netzwerken selbstständig mit Netzwerkadressen zu konfigurieren und Dienste zu entdecken – ganz ohne manuelle Einrichtung oder zentrale Server. Gerade in Heim- und kleinen Firmennetzen erspart Zeroconf aufwendige Eingriffe und sorgt für Plug-and-Play-Komfort.

Was ist Zeroconf?

Zeroconf bezeichnet eine Sammlung von Verfahren, die drei zentrale Aufgaben automatisieren:

• IP-Adressenvergabe (Hauptfunktion)
• Namensauflösung
• Diensterkennung

Dadurch finden sich Drucker, Medienserver oder IoT-Geräte selbstständig, sobald sie mit dem Netzwerk verbunden werden.

Vereinfachtes Prinzip von Zeroconf in einem kleinen Netzwerk. Quelle: Technik-Kiste.de

Hauptfunktionen

• Automatische IP-Adressvergabe
  Geräte wählen aus dem Reserved-Bereich (169.254.0.0/16 bei IPv4 oder fe80::/10 bei IPv6) eine freie Adresse, ohne DHCP-Server, selbstständig aus.
• Namensauflösung mit Multicast DNS (mDNS)
  Anstelle eines zentralen DNS-Servers lösen Geräte Namen wie „drucker.local“ über Multicast-Anfragen auf.
• Dienst-Erkennung via DNS Service Discovery (DNS-SD)
  Geräte kündigen ihre angebotenen Dienste (z. B. Drucker, File-Sharing, Streaming) im Netzwerk automatisch an.

Bekannte Implementierungen

Vor- und Nachteile

Zeroconf eignet sich perfekt für unkomplizierte Netzwerke in Heim- und Kleinbetriebsumgebungen. In größeren oder hochsicheren Infrastrukturen sollte man jedoch den Mehrverkehr und fehlende zentrale Steuerung berücksichtigen.

Adressbildung

Zeroconf generiert automatisch eine eigene IP-Adresse, ohne auf einen DHCP-Server zurückzugreifen. Zeroconf nutzt dabei unterschiedliche Verfahren für IPv4 und IPv6. Bei einigen Verfahren spielt die MAC-Adresse eine zentrale Rolle, bei anderen gar keine.

IPv4: APIPA (Automatic Private IP Addressing)

1. Wahl des Adressbereichs
   Geräte suchen sich eine Adresse aus dem reservierten Bereich 169.254.1.0–169.254.254.255.
2. Zufällige Adressauswahl
   Eine Adresse wird per Zufallsgenerator gewählt, um Kollisionen zu minimieren.
3. Duplicate Address Detection (DAD) via ARP
   • Gerät sendet bis zu drei ARP-Probes an die ausgewählte Adresse.
   • Erreicht innerhalb kurzer Frist keine ARP-Antwort, wird die Adresse übernommen.
   • Antwortet jemand, wählt das Gerät eine neue Zufallsadresse und wiederholt den Test.
4. Adressnutzung und erneute Prüfung
   Nach erfolgreicher Probe wird die Adresse aktiv genutzt. Gelegentlich führt das Gerät erneut DAD durch, um spätere Konflikte zu erkennen.

IPv6: Link-Local Adressen

IPv6-Link-Local-Adressen sind essenziell für die Kommunikation im lokalen Netzwerksegment. Sie entstehen automatisch, sobald ein Interface aktiviert ist – ganz ohne DHCPv6 oder manuelle Konfiguration.

Präfix und Gültigkeitsbereich:

• Präfix: fe80::/10
  Alle Link-Local-Adressen beginnen mit den Bits 1111 1110 10, was den Adressraum von fe80:: bis febf:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff definiert.
• Gültigkeitsbereich: Link-Local
  Die Adresse ist nur auf dem unmittelbar angeschlossenen Netzwerk („Link“) gültig und wird in Routern nicht weitergeleitet.

1. Interface-Identifier per EUI-64-Verfahren im Beispiel

1. Ausgangs-MAC
   MAC-Adresse im Format 00:11:22:33:44:55 (48 Bit).
2. Aufspaltung und Einfügen
   • Die MAC wird in zwei Hälften geteilt: 00:11:22 und 33:44:55.
   • Zwischen den Hälften wird ff:fe eingefügt, ergibt: 00:11:22:ff:fe:33:44:55 (64 Bit).
3. U/L-Bit anpassen
   • Das siebte Bit (U/L-Bit) im ersten Byte steuert, ob die Adresse global (0) oder lokal (1) verwaltet wird.
   • Ist es ursprünglich 0 (global), wird es invertiert zu 1 (lokal).
4. Vollständige Adresse
   fe80::0211:22ff:fe33:4455

2. Interface-Identifier mit Privacy Extensions

• Zweck: Schutz der Privatsphäre durch Verbergen der Hardware-MAC.
• Verfahren:
  1. Zufällige 64-Bit-Zahl generieren.
  2. In regelmäßigen Abständen (z. B. täglich) neuen Wert erzeugen.
• Beispieladresse
  fe80::a3f5:9c4d:bb21:8e7f

Duplicate Address Detection (DAD)

• Protokoll: ICMPv6 Neighbor Solicitation
• Ablauf:
  1. Gerät sendet eine Neighbor Solicitation über ICMPv6 mit der gewünschten Adresse an seine eigene Adresse.
  2. Bleibt eine Neighbor Advertisement aus, gilt die Adresse als frei.
  3. Erhält das Gerät eine Antwort, generiert es einen neuen Interface-Identifier und wiederholt die DAD.

Adressbeispiele

Diese automatischen Verfahren garantieren, dass neue Geräte miteinander kommunizieren können – ganz ohne manuelle Netzwerkeinrichtung. Beachte das der Vorgang mit steigender Anzahl an Endgeräten im Netzwerk länger dauert (bis zu mehreren Minuten).