мифы о IPv6

Все написанное в этой статье является мнением автора и не претендует на истину в последней инстанции. Этот материал является всего лишь дружеской насмешкой над тем, как иногда мы переоцениваем себя и возможности наших технологий.
Январь 1983 года стал для сети ARPANET знаменательным, так как именно тогда она отказалась от использования протокола NCP (Network Control Protocol, протокол управления сетью) и перешла на использование протокола TCP/IP. Теперь же, спустя годы, многие хотят повторить примерно тоже, только в гораздо больших масштабах: перевести Интернет с IPv4 на IPv6. Однако это больше похоже на сценарий для какого-то фантастического фильма, чем на реальность. Интернет уже давно вырос из того состояния, когда для него можно было назначить эдакий «сандень» и скоординировано внести в его работу какие-либо изменения. Внедрение IPv6 в глобальных масштабах займет минимум годы, так что многие до сих пор сомневаются, произойдет ли это вообще когда-нибудь.
Давайте для начала внимательно рассмотрим происхождение IPv6 и затем, рассмотрев протокол более детально, решим, когда же возникнет необходимость перехода на него.

IPv6


Координационный совет сети Интернет в январе 1991 отметил две основные проблемы: резко увеличившееся потребление адресного пространства и необузданный рост интердоменных таблиц маршрутизации. Исходя из этого, появилось мнение, что если Интернет продолжит развиваться так же быстро, потребуется дополнительное адресное пространство.
Эти проблемы были учтены IETF (проблемная группа проектирования Интернет) год спустя во время исследования ROAD (Routing and Adressing). Оно было направлено на изучение особенностей масштабирования IP-маршрутизации и адресации с учетом потребления адресов и скорости роста интердоменной таблицы маршрутизации. Его главной целью являлся поиск решений, способных смягчить эффект от дальнейшего развития вышеописанных проблем. Из-за растущего по экспоненте потребления IPv4-адресов класса B, время их исчезновения было уже не за горами. Результатом исследования ROAD была рекомендация отменить фиксированное деление на сеть/хост, ассоциированное с адресными блоками класса А, В и С. Вместо этого IETF предложила систему адресации и маршрутизации, в которой граница сеть/хост точно конфигурировалась бы для каждой сети и могла бы меняться таким образом, чтобы, например, два или более блоков адресов могли бы агрегироваться в один общий блок.
Этот подход был назван бесклассовой интердоменной маршрутизацией CIDR (Classless Interdomain Routing). Он не предназначался для долговременного решения проблемы масштабирования сети, но в качестве временной меры он оказался крайне эффективным. Пережив больше десяти лет (в том числе времена Интернет-бума), CIDR до сих пор в строю и не собирается сдавать позиции.
Примечание:хотя введение CIDR и было очень важным, но не только оно помогло IPv4 оттянуть свою смерть. Большую роль в этом сыграла технология трансляции адресов или NAT (Network Adress Translation), позволяющая транслировать адреса из локального пула в публичные адреса и поддерживающая транзакции как наружу, так и внутрь. С помощью нее небольшой пул внешних адресов, или даже один адрес, используется для обслуживания во много раз большей сети. Очень сложно определить количество устройств, работающих через NAT, но по грубым подсчетам, Интернет как минимум в три раза больше, чем его открытая часть с реальными адресами.
IAB, со своей стороны, рассматривая развитие Интернета в долгосрочном плане, предложила использовать в качестве отправной точки разработки новой версии IP — CLNP (Connectionless Network Layer Protocol, протокол сетевого уровня без установления соединений). Этот протокол был элементом семейства протоколов OSI и определялся стандартом ISO 8473. В нем применялся принцип переменной длины адреса, в котором сетевой адрес мог иметь длину до 160 бит. В RFC1374 содержалось описание того, как CLNP мог использоваться в рамках существующей архитектуры IPv4 и совместно с уже созданными для нее приложениями. Для IAB это было серьезным шагом, особенно учитывая то, что IETF считала набор протоколов OSI низшим по сравнению со своими собственными наработками в области IP. Поэтому неудивительно, что месяцем позже, в июле 1992 года, на собрании IETF предложение IAB было отклонено.
Тем не менее, это повлекло резкое увеличение технической деятельности IETF, которая решила взять в свои руки фундаментальную ревизию IP, решив создать версию, которая бы обладала большими возможностями масштабирования, как в адресации, так и в маршрутизации.
Эти работы стали частью процесса осознания необходимых атрибутов протокола следующего поколения.
IETF сформировала директорат протокола Интернет нового поколения в 1994 и предложила представителям многочисленным секторов промышленности определить границы требований подобного протокола. Из предложенных вариантов эта группа выбрала IPv6, основываясь в большей степени на том, что протокол должен быть эволюционным развитием версии 4, а не революционным отказом от нее в пользу иного архитектурного подхода.
Последним штрихом явилось заявление IANA о том, что название «протокол номер 6» было свободным и, таким образом, окончательная спецификация была названа «Version 6 of the Internet Protocol» (версия 6 протокола Интернет).
Примечание:IPv6 имел множество имен — оригинальные документы IAB ссылаются на IP версии 7, так как номера протоколов 5 и 6 были задействованы в исследовательских сетях. Также одно время он был переименован в IPng, от слов «next generation».
Основным козырем IPv6 являются адресные поля с фиксированной длиной в 128 бит. Другие изменения, внесенные в заголовки пакетов, включают в себя: отказ от полей контроля фрагментации в заголовке, отказ от контрольной суммы и длины заголовка, изменение структуры опций пакета и добавление метки потока. Но, конечно, самым существенным изменением в IPv6 является 128-битная длина поля адреса. Она дает адресуемый диапазон 2 в 128-й степени, что является очень большим числом. С другой стороны, мы говорим о мире, где производится один миллиард чипов в год. Предположим, что скорость использования адресов будет даже одной к ста тысячам. В результате мы получим, что адресуемый диапазон не является уж слишком избыточным. Но без сомнения, такой протокол сможет объединить между собой в сети миллиарды устройств.
Собственно, для нас имеет значение не сама длина адресных полей, а возможность IPv6 предложить решение проблемы недостатка адресов IPv4. Благодаря этому больше нет необходимости использовать NAT.
NAT имеет множество особенностей использования сети и приложений. Он искажает связь между IP-адресом и уникальностью и позволяет только некоторым типам приложений взаимодействовать через свои границы. Так как привязка внутреннего адреса к внешнему является динамической, то NAT могут пересекать только те приложения, инициализация связи в которых происходит с внутренней стороны. Снаружи невозможно инициировать транзакцию к устройству внутри хотя бы потому, что неизвестен адрес устройства за границей NAT. IPv6 позволяет всем устройствам иметь уникальные адреса из одного адресного пула, т.е., поддерживает сквозную доставку пакетов через сеть. Эта возможность необходима для создания инструментов безопасности для аутентификации и шифрования и также позволяет устанавливать настоящие peer-to-peer соединения между приложениями.
Сама по себе, архитектура IPv6 не является полным отказом от архитектуры IPv4. В ней по-прежнему используется датаграммный способ передачи с минимальным принятем на себя обязанностей нижних уровней, и такие же принципы маршрутизации. Использование адресных полей заголовка IP никоим образом не пострадало. Большинство изменений, внесенных в IPv6, могут показаться консервативными.
Вообще говоря, IPv6 кажется попыткой вернуть преимущества IP сети для «сквозной» работы приложений через сеть.
Часто можно наблюдать, что сложные архитектуры с большим трудом поддаются масштабированию. Однако к IPv6 это не имеет ни малейшего отношения.

мифы о IPv6

Несмотря на всю привлекательность IPv6, его преимуществ недостаточно, чтобы они стали причиной его массового внедрения. Поэтому на волне энтузиазма стали появляться различные догадки и предположения, направленные на доказательство необходимости перехода на новый протокол, среди которых довольно много вымыслов. Так как мы внимательно рассматриваем IPv6, то было бы не лишним найти и разоблачить мифы, которыми он постепенно оброс. Итак, приступим:

«IPv6 более безопасен»

Почему-то стало общепризнанным, что IPv6 является более защищенным, чем IPv4. К сожалению, следует отметить, что IPv6 ни более, ни менее безопасен чем IPv4. Оба протокола могут передавать по сети безопасные транзакции. Да, конечно, в спецификации IPv6 указана обязательность поддержки заголовков-расширений аутентификации и инкапсуляции, но с другой стороны, никто не заставляет использовать сами расширения в обязательном порядке. Здесь ситуация аналогична IPv4 и IPSec. Вся ответственность за использование последнего ложится на плечи разработчиков приложений и их пользователей. Таким образом, все высказывания о том, что IPv6 является более безопасным, чем IPv4 являются просто плодами фантазии энтузиастов.

«IPv6 требуется для мобильности»

Многие также утверждают, что для обеспечения мобильности необходим IPv6. Эти утверждения основаны на том, что для этого необходимо обеспечить мобильность на сетевом уровне, а для этого нужно разделить функции обеспечения уникальности каждого подключенного устройства и идентификации местонахождения устройства по сети.
Так как устройство путешествует по сети, его идентификация остается неизменной, в то время как его расположение изменяется. IPv4 содержал в адресе как идентификатор, так и местоположение, и IPv6 не стал изменять эту архитектуру. Таким образом, IPv4 и IPv6 имеют одинаковые возможности для обеспечения мобильности.

«IPv6 лучше подходит для беспроводных сетей»

Мобильность часто ассоциируется с беспроводностью и, опять же появляются заблуждения, что по каким-то причинам IPv6 лучше подходит для беспроводных сетей, чем IPv4.
Беспроводные среды сильно отличаются от проводных. Одним из основных отличий является то, что беспроводные сети могут подвергаться значительным битовым ошибкам, что может приводить к потерям пакетов в сети. Транспортная сессия TCP склонна считать причиной возникновения таких ошибок переполнение на сетевом уровне. В результате TCP не только пошлет просьбу повторно передать пакет, но и снизит скорость, что в данном случае является излишним и, более того, вредным. А так как и у IPv6 и у IPv4 одинаковы механизмы сигнализации о потере пакетов, то оба протокола будут вести себя одинаково.

«Только IPv6 поддерживает автоконфигурацию»

Еще одним известным заблуждением является утверждение о том, что только IPv6 поддерживает «plug-and-play»-конфигурацию. Трудно сказать, откуда взялось это не в меру «радужное» предположение... И та, и другая версии IP предоставляют определенный уровень автоконфигурации, но в общем и целом эти возможности приблизительно одинаковы как для IPv6, так и для IPv4.

«IPv6 решает проблемы с масштабированием маршрутизации»
Было бы неплохо, если бы IPv6 имел какой-либо новый подход к проблеме маршрутизации или хотя бы улучшенный старый. Однако как это ни печально, в обеих версиях используются одинаковые механизмы маршрутизации.
Кстати, проблема масштабирования маршрутизации в первую очередь решается за счет изменения сетевой топологии, политик, протоколов маршрутизации, и имеет мало отношения к собственно маршрутизируемому протоколу, коим IP (любой версии) и является.
Да и больший размер адресного пространства навряд-ли позволит намного лучше структурировать его.

«У IPv4 кончаются свободные адреса»

Опять же, это утверждение также можно отнести больше к мифам, чем к реальности. Из всего адресного пространства зарезервировано 6% и еще 6% отведено под мультикасты. 41% адресов уже используется и оставшиеся 37% адресов еще свободны. К 1994 году уже были заняты 36% адресов. С тех пор (включая время Интернет-бума) было занято всего лишь 15% адресов. Таким образом, проанализировав динамику потребления адресного пространства, можно сделать вывод, что текущего адресного пространства хватит еще на многие годы.

и все же, почему необходим IPv6?

Общий осмотр показывает, что IPv6 не является «наворотом» IPv4 — в нем нет ничего такого, чему бы не нашлось альтернативы в IPv4. Также нет никакой угрозы, что в ближайшие месяц-два закончатся свободные адреса.
Скорее всего, реальные движущие силы эволюции сети прячутся в мире устройств. Сегодня мы можем наблюдать развитие многочисленных беспроводных технологий, начиная от Bluetooth для персональных коммуникаций и заканчивая IEEE 802.11 и различными сетями 3-го поколения. Повсюду внедряется огромное количество систем управления, идентификационных систем, потребительских устройств и т.д., которые будут активно использовать сеть для своей работы. Кремниевая индустрия производит устройства в огромных количествах. Глядя на все это, можно с уверенностью сказать, что рано или поздно потребуется сеть, способная объединить десятки, или даже сотни миллиардов подобных устройств. Вот тут-то и понадобиться IPv6 со всеми его возможностями. Именно рост численности вышеописанных устройств скорее всего станет основной движущей силой массового внедрения IPv6 в сетях.

Джефф Хьюстон, перевод Дмитрия Герусса.


Сетевые решения. Статья была опубликована в номере 11 за 2003 год в рубрике технологии

©1999-2024 Сетевые решения