В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
В основе работы современного Интернета лежит протокол сетевого уровня IPv4. Данный протокол был разработан более 30 лет назад, и его спецификация описана в RFC791, в далеком 1981 г. Стек протоколов TCP/IP пришел на смену еще более старому протоколу NCP (Network Control Program), описанному в RFC33. Все соединения и способы связи маршрутизаторов тогда еще сети ARPANET – IMP (Interface Message Processor) описывались индивидуально. О том, что из себя представляла сеть ARPANET в 1975 г., можно подробно почитать в BNN Report 1822 [1]. Переход сети ARPANET с протокола NCP на стек протоколов TCP/IP произошел 1 января 1983 г. Именно тогда термин "Интернет" закрепился за сетью ARPANET [2].
Реализация IPv4 оказалась довольно успешной. Сеть ARPANET стала расти еще быстрее. В 1984 г., наряду с сетью ARPANET, появилась университетская сеть NFSNet, которая по темпам роста обогнала ARPANET и полностью вытеснила последнюю в 1990 г. [3]. Версия 4 на самом деле была первой рабочей версией протокола IP (Internet Protocol) [4]. Во время разработки протокола IPv4 среди прочих стоял вопрос о выборе размерности адресации. В IP-адресе заложена информация как о номере сети, так и о номере конечного хоста. Сеть ARPANET была научно-исследовательской. Для целей научного эксперимента размер IPv4 адреса был выбран равным 32 бит. При полной утилизации всего адресного пространства IPv4 количество уникальных адресов составляет 232, или 4 294 967 296. Для нужд эксперимента этого было вполне достаточно, чтобы адресовать каждый хост, подключенный к сети с большим, но обозримым резервом. Номера IP-сетей новым участникам выделялись крупными блоками с маской /8 (класс А). Несложно посчитать, что таких сетей может быть не более 256, а с учетом зарезервированного адресного пространства и мультикастовых адресов получается 216. Более мелким организациям выдавались сети с маской /16 (класс B). Затем в связи с нехваткой адресов в 1993 г. институтом Internet Engineering Task Force (IETF) была придумана бесклассовая адресация CIDR (Classless Inter-Domain Routing), описанная в RFC1518. Размер выдаваемой сети соответствующим координационным центром с течением времени только уменьшался, а требования к запросу на получение нового блока IP-адресов ужесточались.
Интернет продолжал бурно расти и развиваться в геометрической прогрессии. И через какое-то время стал коммерческим. Бурному развитию сети способствовало появление протокола HTTP в 1989 г. [2]. В это время начинают образовываться различные организации с административными, координационными и управляющими функциями во главе с агентством Internet Assigned Numbers Authority (IANA) https://www.iana.org/. К Интернету стали подключаться не только университеты, крупные компании, но и обычные юридические, а впоследствии и физические лица. Процедура подключения к сети упрощалась, а стоимость – уменьшалась. Через какое-то время стало понятно, что IPv4 адресов не хватит на каждое подключенное устройство. Чтобы Интернет продолжал расти, помимо бесклассовой адресации CIDR, в мае 1994 г. придумали технологию NAT (Network Address Translation), описанную в RFC1631. Данная технология позволяет конечным пользователям в своих локальных сетях не использовать публичные IP-адреса, а использовать так называемые частные IP из специально выделенных блоков согласно RFC1918. Данные блоки отсутствуют в Интернете. Устройства в локальных сетях с частными IP-адресами, в случае выхода в Интернет, преобразовываются в один или несколько публичных на специальном NAT-шлюзе. Каждый поток в Интернете идентифицируется 4 параметрами: IP-адресом, портом источника, IP-адресом, портом получателя. Для обеспечения обратной трансляции NAT-шлюз должен транслировать и запоминать информацию не только сетевого уровня, но и транспортного. С учетом того, что размерность адресации транспортного уровня также величина конечная и для самых распространенных протоколов TCP UDP составляет 16 бит, количество одновременных NAT-трансляций на один публичный IP-адрес не может превышать 216, или 65535, что также следует учитывать при проектировании NAT-решений. Использование технологии NAT не позволяет полноценно работать в Интернете, теряется принцип прозрачности. Несмотря на то, что технология NAT существенно продлила жизнь IPv4, с ней не все так гладко. Отдельные протоколы вышестоящих уровней либо совсем не умеют работать, либо для их работы требуется серьезная доработка. Пример: IPsec (RFC2401 – RFC2412), SIP (RFC3261). Также невозможно напрямую, без вспомогательного сервера с публичным I P, общаться друг с другом конечным хостам, располагающимся за разными NAT-шлюзами. Однако большинство клиентских приложений продолжали работать нормально без дополнительных доработок, что замедлило внедрение нового протокола IP.
3 февраля 2011 г. агентство IANA распределило последние 5 блоков /8 региональным интернет-регистраторам. На территории, в том числе в России, координацией адресного пространства управляет организация RIPE NCC со штаб-квартирой в Амстердаме (Нидерланды). 14 сентября 2012 г. организация RIPE NCC распространила информационное сообщение своим клиентам-LIR’ам (в т.ч. интернет-провайдерам) о начале распределения последнего блока /8. С этого момента каждому LIR’у можно запросить последний блок /22 (1024 адреса), при этом нужно еще представить доказательства, что данный блок действительно необходим. В апреле 2012 г. вышел рекомендательный стандарт RFC6598, в котором IANA выделяет блок IP-адресов 100.64.0.0/10 для использования в качестве частной адресации за NAT-шлюзами интернет-провайдеров. Отдельная частная сеть потребовалась для предотвращения возможного пересечения с клиентским адресным пространством из RFC1918. Знайте, если интернет-провайдер выделил вам IP из сети 100.64.0.0/10, то вы находитесь за NAT-шлюзом. Некоторые провайдеры, в основном сотовые операторы, выделяют частные IP из RFC1918. Технология NAT на уровне интернет-провайдера в последние годы применяется все чаще и чаще. Если раньше технологию NAT применяли только сотовые операторы, то в настоящее время происходит активное внедрение этой технологии у провайдеров, предоставляющих доступ в Интернет по кабелю. Интернет-провайдеры стали инвестировать в свою инфраструктуру NAT-решения. В Интернете стали появляться т.н. IP-брокеры – организации, которые за деньги могут продать или предоставить в аренду IPv4-блоки. Но размер таких блоков невелик, а цена крайне высока. Например, из-за нехватки IPv4-адресов практически невозможно появление новых интернет-провайдеров. Также затруднен запуск новых контент-провайдеров, новых дата-центров.
Выход из сложившейся ситуации может быть только один. Это всеобщий переход Интернета на новый протокол сетевого уровня – IPv6 (RFC2460, RFC4291). Помимо IPv6, после IPv4 были придуманы и другие протоколы сетевого уровня, в т.ч. IPv5 [4]. Остальные протоколы проиграли конкуренцию IPv6 практически сразу. Сейчас понятно, что будущим фундаментальным протоколом Интернета будет IPv6. Поэтому его повсеместное внедрение необходимо для дальнейшего развития Интернета. А внедрение интернет-провайдерами для конкурентного преимущества – возможности дальнейшего роста и экономии инвестиций на решениях NAT.
Компания "Яндекс" по состоянию на октябрь 2014 г. испытывала нехватку не только публичных IPv4-адресов, которых у них на тот момент было 222 208 шт., но и частных. IPv4-адреса из RFC1918 в Яндексе израсходованы наполовину. На текущий момент в Яндексе спроектирован IPv6-only дата-центр [7]. Что говорить о более крупных компаниях, таких как Google. Компания Google уже несколько лет предоставляет доступ до своих сервисов как по IPv4, так и по IPv6, обеспечивая плавный переход со старого протокола на новый. Google является одной из главных компаний, если не самой главной, по популяризации протокола IPv6 в Интернете.
Итак, протокол IPv6 был разработан относительно давно, RFC2460 был выпущен в декабре 1998 г. Но сообщество не стало его использовать далее чем в тестовых испытаниях. Этому можно найти объяснение. Во-первых, выручали технологии CIDR и NAT. Региональные интернет-регистратуры в основе своей работы выдавали IP-адресов ровно столько, сколько это было необходимо. Во-вторых, у агентства IANA еще было в запасе какое-то количество блоков по /8, которые впоследствии были розданы RIR’ам. Помимо описания самого протокола IPv6, необходимо было придумать вспомогательные протоколы для его работы (ICMPv6, DHCPv6, Auto-Configuration и др.). Работа над этими протоколами велась, и в феврале 2006 г. был выпущен RFC4291 под названием IP Version 6 Addressing Architecture. В нем описывается адресная модель, типы адресов, общие рекомендации по конфигурированию.
Главным преимуществом IPv6 перед IPv4 является размер поля адреса, которое увеличилось в 4 раза! 128 бит вместо 32. Это означает, что общее теоретическое количество IP-адресов составляет 2128, или 340*1036 адресов. Поистине гигантское количество, которое трудно себе вообразить.
Новая версия внедряется очень медленно, и это действительно одна из важнейших проблем дальнейшего развития Интернета. Нет ярко выраженного драйвера роста, кроме ограниченности IPv4. Внедрение интернет-провайдерами решений NAT44 нарушает основной принцип архитектуры Интернета – прозрачную связность End-to-End конечных устройств. Через несколько лет, если IPv6 не будет внедрен, пользователи будут удивляться, почему Интернет стал работать хуже и доступно меньше страниц, а доступные работают медленнее. Этот процесс как раз будет связан с эрозией существующей архитектуры Интернета. Очевидно, что внедрение IPv6 является первоочередной задачей для Интернета в данный момент. Нужно понять следующее – объединить свои усилия должны все игроки рынка: это интернет-провайдеры, контент-провайдеры, производители сетевого оборудования. Если с поддержкой нового протокола IPv6 на уровне оборудования Интернет- и хостинг-провайдеров все более-менее хорошо, то с поддержкой IPv6 на домашних маршрутизаторах картина менее радужная. Протокол IPv6 поддерживают единичные экземпляры домашних маршрутизаторов, что на текущий момент является одной из главных проблем внедрения IPv6 на уровне интернет-провайдеров. Клиентские устройства: ноутбуки, планшеты, смартфоны, домашние ПК – также поддерживают необходимый функционал для работы в Интернете по новому протоколу.
Заметный рост префиксов IPv6 в глобальной таблице маршрутизации Интернета начался в 2008 г. (см. рис. 1) [5]. Почему это произошло именно в 2008 г., сказать сложно. Можно предположить, что этому способствовало появление поддержки корневыми DNS протокола IPv6 в начале 2008 г. [8]. Если по состоянию на январь 2008 г. в России было 4 AS, которые анонсировали префиксы IPv6, то в январе 2009 г. их уже было 26, а в январе 2011 г. – 105, и к 01.09.2015 г. их число достигло 591, что составляет 13% от общего количества российских AS, присутствующих в глобальной таблице маршрутизации Интернета. Но это отнюдь не означает, что 13% интернет-провайдеров готовы предоставлять своим конечным клиентам подключение по IPv6. Это означает, что у 13% сервис-провайдеров в России часть их инфраструктуры поддерживает IPv6.
Самый высокий уровень внедрения в Японии – 42,7% по состоянию на 1 сентября 2015 г.
Для оценки практического применения протокола IPv6 в масштабах Интернета можно воспользоваться графиком количества пользователей служб Google, которые имеют соединение по IPv6 (см. рис. 2) [6].
Видно, что график растет в геометрической прогрессии. И по состоянию на 04.10.2015 г. количество пользователей, использующих протокол IPv6, составляет 8,9% от общего. Все это говорит о том, что настала пора всем сервис-провайдерам активно внедрять новый протокол сетевого уровня – IPv6 – в своей инфраструктуре.
Литература
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #5, 2015
Посещений: 4521
Автор
| |||
В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
