IPv4 позволяет использовать около 4,3 млрд адресов. Однако «мощности» инфраструктуры интернета, которую заложили в 70-х годах XX века, сегодня становится недостаточно, поскольку в то время никто не предполагал такого быстрого роста потребителей. За последние 20 лет число интернет-пользователей выросло практически в 60 раз, во многом благодаря густонаселенным странам — Индии и Китаю. Также этому поспособствовало распространение мобильных устройств.
/ Flickr / Michael Pardo /CC
Управлением адресным пространством и раздачей IP-адресов занимается Администрация адресного пространства интернета IANA и региональные интернет-регистраторы (ARIN, APNIC, AfriNIC, LACNIC, RIPE NCC). В начале 2011 года IANA выделила последние пять из оставшихся блоков адресного пространства региональным операторам.
Тогда специалисты организации предсказали, что адреса будут исчерпаны в течение последующих пяти лет. И вот эти пять лет подошли к концу и о приостановке выдачи адресов заявила LACNIC. Поэтому мы решили обратиться к этой теме вновь и посмотреть, куда человечество продвинулось в решении сложившейся ситуации.
Что делать
В качестве одного из возможных решений сейчас предлагается усилить контроль за адресами. Изначально диапазоны выдавались огромными блоками, но многие организации, получившие их в свое распоряжение, сегодня перестали существовать, а реестр в то время не велся. Поэтому необходимо вернуть все адреса, разбить их на более мелкие кластеры и раздать повторно.
Другое решение — внедрение системы IPv6, которая представляет собой последнюю версию IP с практически неограниченным количеством адресов (2 в степени 128). Однако здесь возникает определенная сложность, поскольку протокол IPv6 несовместим с IPv4, что замедляет и усложняет переход.
Есть еще третий вариант. Обратиться к трансляции сетевых адресов (Network Address Translation, NAT), преобразующей множество локальных адресов организации в единый внешний. Механизм работы NAT описывается в RFC 1631, RFC 3022.
Выделяют несколько видов NAT. Первый — статический, который преобразует внутренние адреса во внешние «в масштабе» один к одному. Второй — динамический, транслирующий один внутренний адрес на внешний из предоставленного диапазона. Трансляция осуществляется так же, как и в статическом NAT, только внешний адрес выбирается случайным образом из тех, которые были свободны в момент преобразования.
И, наконец, третий вариант — это так называемый перегруженный NAT (NAPT, NAT Overload, PAT) — является формой динамического NAT, в которой несколько внутренних адресов отображаются на один внешний. Именно этот вариант способен помочь при нехватке публичных IP-адресов.
Максимальное число возможных портов составляет 65 тыс., поэтому, в теории, такое же количество локальных адресов может быть отображено на один внешний адрес. Однако NAT обладает рядом недостатков.
Поскольку все пользовательские сессии выходят в интернет с одного белого адреса, это будет вызывать проблемы с сайтами, разрешающими доступ к сервису по IP — возможность поработать с ним получит только один пользователь. Более того, если множество человек обратится к сайту с одного адреса, ресурс может решить, что на него осуществляется DDoS-атака, и закрыть доступ всем клиентам.
Что ждет NAT в будущем
А в будущем нас ждет следующий уровень развития NAT — Carrier Grade NAT (CGN/CGNAT). Решение рассчитано на интернет-провайдеров и операторов связи, но также подходит для замены NAT-устройств в корпоративных сетях. CGN позволяет назначать локальные адреса абонентам, централизовано преобразуя их во внешние.
У решения CG-NAT есть несколько достоинств. Оно обеспечивает прозрачный способ использования NAT, благодаря функциям Endpoint Independent Mapping (EIM), позволяющей для каждого сочетания частного IP-адреса и порта клиента гарантировать то же сочетание публичных IP-адресов, Endpoint Independent Filtering (EIF), отбрасывающей пакеты, не предназначенные для внутренних адресов, и Hairpinning, обеспечивающей доступ одной машины к другой внутри сети по внешнему адресу.
Еще одним важным преимуществом CGN является ограничение количества портов TCP и UDP, доступных абоненту. Это дает возможность эффективного распределения портов между пользователями, а также защищает от DDoS-атак с ботнетов.
Переход на IPv6
Многие операторы начинают постепенно переходить на IPv6, поскольку рано или поздно всем придётся его использовать. Смягчить переход от IPv4 к IPv6 способна технология Carrier-Grade NAT. Для этого применяются следующие решения: NAT64, DS-Lite, 6RD и NAT444.
Технология NAT64 позволяет пользователям услуг на IPv6 предоставлять доступ к ресурсам с адресами IPv4, транслируя адреса нового протокола в адреса старого.
Технология DS-Lite DS Lite использует IPv6-соединение между провайдером и клиентом. Пакет IPv4 от клиента, направляющийся во внешнюю сеть, инкапсулируется в IPv6 для передачи с помощью сети провайдера, а затем преобразуется обратно в IPv4 при переходе в публичный интернет. В этом случае оператор может развернуть у себя сеть IPv6, но продолжать предоставлять услуги подключения для клиентов по IPv4.
Технология 6RD реализует предоставление услуги IPv6 клиентам через существующую сеть IPv4. IPv6-адреса выделяются из подсети, которая закреплена за провайдером интернет-услуг. 6RD-узел, желающий отправить IPv6-пакет по сети, инкапсулирует его в пакет IPv4 и проводит проверку того, находится ли получатель в том же сегменте.
Если это так, то IP-адрес получателя формируется путем дополнения префикса IPv4 битами из IPv6 адресата, не входящими в 6RD-префикс. Если же получатель находится в другом сегменте, то пакет оправляется на шлюз провайдера, который извлекает пакет и затем уже передает его дальше по IPv6-сетям. Механизм описан в RFC 5969.
Технология NAT444 позволяет транслировать локальный адрес клиента в локальный адрес провайдера, который затем переводится в публичный адрес интернета. При этом не придётся изменять клиентское оборудование или сетевую структуру.
Для реализации любой из этих технологий необходимо либо использовать специальное оборудование для преобразования адресов или туннелирования (A10 Thunder, F5 BIG-IP Carrier-Grade NAT), либо модернизировать имеющиеся сетевые устройства дополнительными сервис-модулями.
Реализовать все это позволяет многофункциональное устройство, например DPI (Deep Packet Inspection) и Carrier-Grade NAT. Такие решения априори рассчитаны на работу с огромными нагрузками при анализе трафика, поэтому легко справятся с трансляцией адресов (функция NAT).
Автор: VAS Experts
