IPv-4 та IPv-6 - сутність, розвиток, тенденції

Задля вирішення цієї проблеми ще з 1990-их розвивався протокол IPv6, запущений з 2006 року.

Збільшення кількості користувачів мережі Internet, а також розвиток та впровадження комп'ютерних технологій у всьому світі призвело до вичерпання адресного простору протоколу IPv4. На початку 2011 року був виявлений перший етап вичерпання адресного простору Ipv4 – організація з призначення адрес (IANA) виділила групу останніх блоків IPv4-адрес для регіональних реєстрів Інтернет. Після цього очікується, що повне вичерпання адресного простору IPv4 з припиненням делегування діапазонів настане протягом найближчих 1-2 років. На заміну IPv4 фахівці розробили протокол нового покоління IPv6, який за рахунок значного розширення адресного простору та інших спеціальних властивостей дозволяє уникнути усталеної практики надання доступу до Інтернет в корпоративних та місцевих мережах, таких як використання проксі-серверів, NAT, VPN-тунелювання, динамічної автоконфігурації адрес тощо.

IPv 4 (англ. Internet Protocol version 4) — четверта версія мережевого протоколу IP. Перша версія протоколу, яка набула широко розповсюдження. Протокол IPv4, описаний у RFC 791 (вересень 1981 року), прийшов на заміну описаному у RFC 760 (січень 1980 року). Використовує 4 байтну форму запису адрес пристроїв в комп’ютерній мережі. Pv4 використовує 32-бітні (4 байтні) адреси, які обмежують адресний простір 4 294 967 296 (себто 28×4) можливими унікальними адресами.

Формою запису IP-адреси (IPv4) зазвичай є запис у вигляді 4 десяткових чисел від 0 до 255 (28), розділених крапками, наприклад: 127.0.0.1 (посилання пристрою на самого себе), або 91.198.174.225 (адреса ресурсу http://uk.wikipedia.org)

Деякі адреси IPv4 зарезервовані для спеціальних цілей та не можуть бути глобально маршрутизованими (доступними з будь-якого пристрою, що підключений до мережі інтернет). Так для приватних ІР-адрес ("сірих IP") в локальних мережах зарезервовано близько 18 млн адрес. Ще близько 270 млн адрес зарезервовано для групових передач (англ. multicast).

Обмежене число унікальних адрес у ~4.3 млрд у зв’язку з бурхливим розвиток Інтернету та резервуванням діапазону ~290 млн було вичерпане. 3 лютого 2011 року організація IANA видала останні 5 блоків IP-адрес організації Регіональних Інтернет Регістрів (RIR). Вичерпання IPv4 адрес. Оцінки повного вичерпання IPv4 адрес різнились у 2000-их, були різні прогнози. Так у 2003 році директор APNIC Пол Уілсон (англ. Paul Wilson) заявляв, що, виходячи з темпів розростання мережі Інтернет, вільного адресного простору вистачить на одне—два десятиліття. У вересні 2005 року компанія Cisco Systems зазначила, що пулу доступних адрес вистачить на 4—5 років. У вересні 2010, виходячи з даних IANA, весь пул адрес IPv4 буде виділений реєстратурам (RIR) до середини 2011 року ([8]), в листопаді ця дата була перенесена на березень 2011. 3 лютого 2011 року IANA виділила останні п’ять блоків IP-адрес /8 (IPv4).

IPv6 (англ. Internet Protocol version 6) — нова версія IP-протоколу — IP версії 6. Розробка протоколу IPv6 почалася 1992 року, а з 2003 р. його підтримку забезпечують виробники більшості телекомунікаційного устаткування (корпоративного рівня). IPv6 — новий крок у розвитку Інтернету. Цей протокол розроблено з урахуванням вимог до Глобальної мережі, що постійно зростають. 3 лютого 2011 року IANA виділила останні п’ять блоків IP-адрес /8 (IPv4).Найбільш суттєва різниця між IPv4 та IPv6 полягає в тому, що раніше на інтернет-адресу виділяли 4 байти (32 біта), що відповідає стандартній на сьогодні чотирьохблоковій адресі IP, а протокол IPv6 виділяє на адресу 16 байтів (128 біт). Це відповідає 340 трильйонам трильйонів трильйонів адрес (3,4x1038) або по 5x1028 адрес на кожну людину.Вночі 5 лютого 2008 року організація ICANN, яка наглядає за використанням інтернет-протоколів, почала додавати в DNS-сервери записи, що містять адреси у форматі протоколу IPv6[1]. Це поклало початок переходу з нинішнього протоколу IPv4 на сучасніший IPv6.У квітні 2009 у мережі UA-IX запущено процес перевірки протоколу IPv6. У числі перших компаній, що ухвалили рішення про участь в тестуванні — «ТопНЕТ» і «Датагруп». Вони встановили IPv6 BGP-з'єднання з маршрутизатором UA-IX, і здійснили обмін маршрутною інформацією між ними. У квітні 2011 розпочалось масове впровадження IPv6 серед домашніх користувачів інтернет. Першою мережею з підтримкою IPv6 для всіх користувачів стала Alfa-inetВпровадження IPv6 ускладнюється труднощами технічного (використання застарілого мережного обладнання), адміністративного (необхідність узгодження розробки нової інфраструктури корпоративних мереж) та психологічного характеру. З цієї причини загальна кількість користувачів мережі Інтернет, які мають доступ до Ipv6 – як безпосередній, так і за допомогою тунельних брокерів, на сьогоднішній день досягає близько 1%.

Історія виникнення. Наприкінці 1980-х стала очевидною нестача адресного простору Інтернет. На початку 1990-х, навіть після введення безкласової адресації, виявилось, що однієї економії та використання NAT'у буде замало для попередження вичерпання адресного простору, і необхідна зміна адресації. Крім того, накопичилась певна кількість пропозицій щодо усунення недоліків наявної моделі Інтернет. Наприкінці 1992 року IETF оголосила конкурс на створення протоколу Інтернет наступного покоління (англ. IP Next Generation — IPng). 25 липня 1994 року IETF ствердила модель IPng з утворенням кількох робочих груп IPng. У 1996 булу створено серію RFC, що визначали новий протокол Інтернет. Оскільки версія 5 вже була раніше призначена експериментальному протоколу передачі мультимедійних потоків, новий протокол отримав версію 6.

Вичерпання IPv4 адрес

Оцінки повного вичерпання IPv4 адрес розрізнялись в 2000-х, але потім всі оцінки збігалися до 2011 року. У 2003 році директор APNIC Пол Уілсон (англ. Paul Wilson) заявив, що, виходячи з темпів поширення мережі Інтернет того часу, вільного адресного простору вистачить на одне-два десятиріччя. У вересні 2005 року Cisco Systems відзначила, що пула доступних адрес вистачить на 4—5 років. У вересні 2010, виходячи з даних IANA, весь пул адрес IPv4 буде розподілено реєстратурам

Порівняння з IPv4 Розширення адресного простору скасовує необхідність використання NAT, оскільки на кожну людину припадає близько 3*108 унікальних адрес. Принцип призначення хосту IPv6 адреси є ієрархічним. Мінімальний розмір підмережі — /64 (264). Молодша частина адреси (64 біти) використовується як унікальний ідентифікатор користувача, наступна частина визначає підмережу всередині оператора зв'язку, далі йде ідентифікатор самого оператора. Такий підхід значно спрощує маршрутизацію.З IPv6 вилучено кілька функцій, що ускладнюють роботу маршрутизаторів:

Маршрутизатори більше не розбивають (фрагментують) пакет на частини (розбиття пакета можливо тільки на боці передавача). Відповідно, оптимальний MTU має визначатися за допомогою Path MTU discovery. Для покращення роботи протоколів, що потребують низького рівня втрати пакетів, мінімальний MTU збільшено до 1280 байт. Інформацію про фрагментацію пакетів перенесено з основного заголовку в розширені;

Зникла контрольна сума. Оскільки канальні (Ethernet) та транспортні (TCP) протоколи також перевіряють коректність пакета, контрольна сума на рівні IP вважається зайвою. Крім того, кожен маршрутизатор зменшує hop limit на одиницю, що призводить до потреби у перерахуванні суми в IPv4.Незважаючи на суттєве збільшення розміру адреси IPv6, завдяки цим покращенням основний заголовок пакета збільшився лише у 2 рази: з 20 до 40 байт.

Покращення IPv6 у порівнянні з IPv4:

В надшвидкісних мережах можлива підтримка надвеликих пакетів (джамбограм) — до 4 гігабайт;

Time to Live перейменовано в Hop limit;

З'явились відмітки потоків та класи трафіку;

З'явилась багатоадресна передача;

Протокол IPsec з рекомендованого перетворився на обов'язковий.

Автоконфігурація

У момент ініціалізації мережевого інтерфейсу йому призначується локальна IPv6-адреса, з префіксом fe80::/10, у молодшій частині адреси розміщується ідентифікатор інтерфейсу. У якості ідентифікатора інтерфейсу часто використовується 64-бітний розширений унікальний ідентифікатор EUI-64, що найчастіше формується з MAC-адреси. Локальна адреса дійсна тільки в межах мережевого сегменту канального рівня, і використовується, в основному, для обміну інформаційними ICMPv6 пакетами.

Для отримання інших адрес адрес вузол може запросити інформацію про налаштування мережі у маршрутизаторів за допомогою ICMPv6 повідомлення «Router Solicitation». Цей запит відсилається на групову (multicast) адресу маршрутизаторів. У відповідь маршрутизатори відсилають ICMPv6 повідомлення «Router Advertisement», що може містити інформацію про префікс мережі, адресу шлюзу, адреси рекурсивних серверів DNS [3], MTU та багато інших параметрів. Поєднуючи мережевий префікс та ідентифікатор інтерфейсу, вузол отримує нову адресу. Для захисту персональних даних ідентифікатор інтерфейсу може бути замінений на псевдовипадкове число.

Для більшого адміністративного контролю може бути використаний DHCPv6, що дозволяє адміністратору маршрутизатора призначати вузлам конкретні адреси.

Відмітки потоків. Введення поля «Відмітка потоку» в протоколі IPv6 дозволяє значно спростити процедуру маршрутизації однорідного потоку пакетів. Потік — це послідовність пакетів, що надсилаються відправником певному адресату. При цьому припускається, що всі пакети даного потоку мають бути оброблені певним чином. Характер даної обробки задається додатковими заголовками.Припускається існування декількох потоків між відправником та отримувачем. Відмітка потоку призначається вузлом-відправником шляхом генерації псевдовипадкового 20-бітного числа. Всі пакети одного потоку мають містити однакові заголовки, що оброблюються маршрутизатором.При отриманні першого пакету з відміткою потоку маршрутизатор аналізує додаткові заголовки, виконує певні операції відповідно до цих заголовків та запам'ятовує результати обробки (адресу наступного вузла, опції заголовку переходів, переміщення адрес у заголовку маршрутизації тощо) в локальному кеші. Ключем для такого запису є комбінація адреси відправника та відмітки потоку. Наступні пакети з тією самою комбінацією адреси відправника та відмітки потоку обробляються з урахуванням інформації кеша без детального аналізу усіх полів заголовка.Час життя запису у кеші становить не більше 6 секунд, навіть якщо пакети цього потоку продовжують надходити. Після видалення запису з кеша при отриманні наступного пакета потоку, пакет обробляється у звичайному режимі і для нього відбувається формування нового запису в кеші. Слід зауважити, що вказаний час життя потоку може бути явно заданий вузлом відправником за допомогою протоколу керування або опцій заголовку переходів, і може перевищувати 6 секунд.

• Може існувати 4,3 млрд. IPv4 адрес (населення світу вже перевищило позначку в 7 млрд. чол);

• В Азіатсько-Тихоокеанському регіоні IPv4 адреси закінчилися в квітні 2011 р., в Європі - в серпні 2012 р., в Північній Америці закінчаться в 2013 р., а в Латинській Америці та Африці в 2014 р;

• Кількість Інтернет-адрес на основ протоколу IPv6 складає 340 тріліонів тріліонів тріліонів (3,4*);

• Станом на 06.06.12 - 3000 провідних сайтів, 65 Інтернет-провайдери та 5 виробників роутерів запровадили підтримку сайтів на протоколі IPv6