Tietoliikenteen asiantuntija
16.07.2010 - 31.07.2010

Час «Ч» для Интернета неизбежно близок

Этот фразеологизм обязан своим происхождением
военным терминам «день Д» и «час Ч», обозначающим
условное время начала какой-либо операции, реальный
срок которой может по разным причинам неоднократно
сдвигаться. Существуют подобные выражения и в
других языках: в английском это «Day D» и «Hour H»,
во французском - «le jour J» и «l'heure H».
(Словарь «Крылатые слова»)

Одни из самых интригующих вопросов, касающихся развития Интернета, заключается в прогнозировании «судного дня Интернета», т.е. дня, когда закончатся свободные адреса. Адресное пространство в Интернете стремительно иссякает. В ближайшие пару лет в Интернете просто не останется свободных IP-адресов для размещения новых серверов. Как и любой ограниченный ресурс, в один день пространство адресов IPv4 будет исчерпано. Этот момент неизбежен. Еще в 1996 году Американская служба регистрации номеров Интернета (ARIN) сообщила, что ею были выделены все IP-адреса класса А, 62% адресов класса В и 37% адресов класса С. В апреле 2009 года ARIN официально объявила, что свободный ресурс IPv4 будет исчерпан в течение ближайших 2 лет. В марте 2010 года осталось около 8% свободных адресов.
Существует несколько сайтов, на которых в режиме реального времени отслеживается уменьшение адресов. Например, на сайте http://inetcore.com/project/ipv4ec/en-us/index.html помещен счетчик адресов в режиме реального времени в обратном отсчете. На рисунке приведен скриншот счетчика на 11 августа 2010 года.

На следующем рисунке, размещенном на сайте www.wikipedia.com, показано уменьшение адресов IPv4 с 1995 года по 2010. Ось абсцисс представляет количество свободных блоков, состоящих из 16 млн. адресов (/8).

Эксперты считают, что запаса в чуть более 200 млн. IP-адресов, оставшегося сейчас, хватит на год-два. Это может привести к тому, что многие популярные сервисы, включая Google Mail, Google Maps, iTunes, Интернет-телефонию, онлайн-игры перестанут работать. Остается нерешенной главная проблема – когда это произойдет? Когда региональные Интернет-реестры (RIR) станут неспособными обслуживать все запросы?

Для того, чтобы обсуждать данную проблему дальше, необходимо сразу уточнить некоторые понятия, которые будут использоваться ниже.

IP (англ. Internet Protocol). Интернет-протокол является одним из определяющих элементов Интернета. Интернет-протокол определяет, каким образом происходит связь между одним и другим устройством с помощью системы адресации. В настоящее время, в основном, используется четвертая версия Интернет-протокола, IPv4. Стандарт IPv6 является прямым преемником четвертой версии Internet-протокола, доминирующей с 1983 г. Разрыв в последовательности номеров объясняется тем, что согласно рекомендациям RFC 1819 версия Ipv5 была зарезервирована для экспериментального потокового протокола.

IP-адрес (англ. Internet Protocol Address) — сетевой адрес узла в компьютерной сети, построенной по протоколу IP. При связи через сеть Интернет требуется глобальная уникальность адреса. В случае работы в локальной сети требуется уникальность адреса в пределах сети. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла.
Есть три стадии распределения адресов. Пулом адресов IP управляет Internet Assigned Numbers Authority (IANA). Если сеть должна работать как составная часть Интернета, то адрес сети выдаётся провайдером либо региональным Интернет-регистратором (Regional Internet Registry, RIR). Они, в свою очередь, выделяют мелкие блоки местным Интернет-регистраторам (Local Internet Registries, LIRs) или Интернет-провайдерам.



Согласно данным на сайте IANA существует пять RIR: ARIN, обслуживающий Северную Америку; APNIC, обслуживающий страны Юго-Восточной Азии; AfriNIC, обслуживающий страны Африки; LACNIC, обслуживающий страны Южной Америки и бассейна Карибского моря; и RIPE NCC, обслуживающий Европу, Центральную Азию, Ближний Восток.

Впервые проблему истощения IP-адресов подняли еще в 80-х годах прошлого века, когда начался резкий рост Интернета. Прошло уже почти 30 лет с тех пор, как существующий Интернет-протокол версии 4 - IPv4 - был реализован в виде основного протокола для Интернета. Он выполнял свою задачу блестяще все эти годы. Но с постоянно расширяющейся базой пользователей и все большим числом IP-устройств, его недостатки становятся все более заметны. Это ограниченный набор функций, надежность, и самый важный фактор – масштабируемость. Проблема была смягчена в течение некоторого времени в результате изменений в распределение адресов и инфраструктуры маршрутизации в Интернете. Но эти меры были временными и просто немного оттянули кризис. Интернет-протокол шестой версии - IPv6 - в настоящее время разрабатывается в качестве более совершенной технологии и предназначен для решения проблем четвертой версии протокола. Ожидается, что он не только обеспечит более качественные услуги, поддержку существующих технологий и приложений. И, следовательно, сможет удовлетворить растущий потребительский спрос на новые услуги - разнообразные IP-сервисы, онлайн-игры, передача голоса по Интернет-протоколу (VoIP), мобильные платежи, видео, мобильный Интернет и т.д.

Когда же насупит час «Ч»? Много литературы различного уровня написано по этому вопросу, но реальные прогнозы не так просто сделать.
Оценки того, когда пул доступных адресов IPv4 будет исчерпан, сильно варьируются. В 2003 году Пол Уилсон (директор APNIC) заявил, что, судя по нынешним темпах развертывания, доступное пространство будет использоваться до 2023 года. В сентябре 2005 года в докладе Cisco Systems сообщалось, что пул доступных адресов будет исчерпан в течение 4-5 лет. По состоянию на ноябрь 2007 года, согласно ежедневно обновляемому докладу IANA, нераспределенный резерв адресов должен был закончится в мае 2010 года, по оценкам различных региональных Интернет-реестров - в апреле 2011 года.

На сайте организации «IPv4 Forum» отмечены два основных прогноза, которые сделаны при помощи математического анализа и основаны на различных подходах к экстраполяции исторических данных об использовании IPv4-адресов. Это прогнозы Тони Хейна (http://www.cisco.com) и Джеффа Хьюстона (http://www.potaroo.net). Оба прогноза предсказывают, что проблемы начнутся в 2010-2012 годах. Ниже приведены рисунки (http://ipv4.potaroo.net), подтверждающие эти выводы. По оси абсцисс отмечены даты получения прогноза, а по оси ординат – оставшееся время до часа «Ч». Пргнозы постоянно обновляются в режиме реального времени. Можно отметить, что по мере приближения даты прогноза к вычисленной дате конца адресного резерва, эта дата сдвигается все ближе к настоящему времени. Стоит отметить, что тот же Д.Хьюстон в 2003 году предсказывал совсем другую дату – 2021 год. Вывод: времени может остаться еще меньше, чем предполагается сейчас.

Предполагая сохранение нынешнего темпа распределения в среднем около 520 000 адресов в день, и учитывая небольшое ускорение, поучается, что IANA будет распределять свои последние IPv4 блоки адресов в июне 2011 года, а первый RIR исчерпает весь резерв нераспределенных адресов в феврале 2012 года. Это, пожалуй, самый консервативный прогноз даты исчерпания адресов. Существует еще масса неучтенных факторов, например исскуственный рост спроса, или очередной финансовый кризис…Вполне возможно, что этот день может наступить раньше, чем предсказывает модель.

Чтобы понять, какой путь решения возникшей проблемы будет правильным, нужно сначала понять основные причины кризиса в Интернете. Они очевидны.
e. Во-первых, существует естественный прирост населения. Сейчас на Земле живет 6 861 655 062 человек (по данным http://www.internetworldstats.com/stats.htm), из них 1 966 514 816 – пользователи Интернета (28,7% населения Земли). Значит проникновение Интернета уже превысило 22% - порог, при котором технология считается массово принятой. В 2030 году население Земли, как ожидается, будет более 8 млрд. человек, для которых Интернет будет неотъемлемой частью жизни.
f. Развитие новых технологий. Когда IPv4 все чаще стал стандартом де-факто для сетевых цифровых коммуникаций, мобильные телефоны стали обычным способом доступа к Интернету. Передача данных занимает все большее место в передаче трафика. Упрощение и удешевление мобильного Интернета привело к резкому росту количества его пользователей. Все это требует новых скоростей и более современных технологий строительства сетей связи. Массовый переход операторов к работе в сетях четвертого поколения ожидается в ближайшие годы. Новые спецификации устройств требуют адресации IPv6.
g. Уже к 2007 году проникновение широкополосного доступа в Интернет достигло 50% на многих рынках. Широкополосные подключения, как правило, всегда активны, а шлюзы (маршрутизаторы, широкополосные модемы) редко выключены. Пользователи стали выходить в сеть с помощью нескольких устройств, каждому из которых присваивается свой IP-адрес. Быстро растёт бытовой Интернет — коммунальные службы, электросети, всевозможные датчики и проч. Экспоненциальный рост домашних сетей создала повышенный спрос на IPv6. Домашняя сеть не ограничивается подключения нескольких компьютеров в доме. Она расширяется на все устройства в доме, которые требуют IP-адреса. Это сотовые телефоны, телевизоры, видеоаппаратура, холодильники, камеры видеонаблюдения и т.д. Рынок современных бытовых приборов стабильно растет и не показывает никаких признаков замедления.
h. Неэффективное использование IP-адресов. Организации, которые получили IP-адреса в 1980-х годов часто получили гораздо больше адресов, чем им на самом деле требовалось. Это связано с первоначальным методом распределения. Адреса выдавались блоками. Например, крупные компании и университеты получили блоки с более чем 16 миллионов адресов IPv4 каждый, потому что блок следующего класса был слишком мал для их предполагаемого развертывания. Кроме того, существует явный перекос в географии выдачи адресов. Напомним, что изначально глобальная сеть создавалась в 60-х годах прошлого века по заказу Министерства обороны США. Потом она расширялась, в первую очередь, для удовлетворения потребностей американских научно-исследовательских организаций. Наверное поэтому, при администрировании Интернета значительная часть IP-адресов была выделена американским университетам и организациям. Всего США сейчас принадлежит около 74% адресного пространства. Хуже всего со свободными адресами обстоит дело в Азии. Индии, к примеру, было выделено около 2 млн. адресов в то время, как только Стэндфордский и Массачусетский университеты получили по 17 млн.

Возникает вопрос. Если ситуация тяжелая, почему люди не сильно озабочены? Вопрос истощения запаса адресов беспокоит правительства стран и управляющие организации, но совершенно не волнует обычных пользователей Интернета. Это, вероятно, является результатом действия трех факторов. Во-первых, стоимость IP адрес не является рыночной. Люди не могут рассчитать стоимость выгоды перехода на IPv6. Во-вторых, эта проблема уже поднималась и временно была успешно решена. В-третьих, потому что Интернет, как вода, электричество и коммунальные услуги, управляется сторонними организациями. Следовательно, пользователи не испытывают потребность в стратегическом планировании.

Методы борьбы с кризисом в Интернете вытекают из недостатков существующего механизма работы всемирной сети. На данном этапе они включают в себя освоение неиспользуемого адресного пространства, реорганизацию хостов и маршрутизаторов, что позволяет использовать те области адресного пространства IPv4, которые в настоящее время непригодны по техническим причинам, а также создание рынка IPv4 адресов. В связи с острым дефицитом региональные регистраторы (RIR) вводят ограничения на выдачу блоков для покупателей. Но это все временные меры.

Решение проблемы было найдено еще несколько лет назад. Интернет должен перейти с устаревшего протокола IPv4 на новый -- IPv6, который позволит каждому пользователю на планете рассчитывать на свой адрес.

Теперь следует опять дать два определения.

IPv4 - четвертая версия Интернет-протокола, которая использует 32-битные (четырёхбайтные) адреса, ограничивающие адресное пространство 4 294 967 296 (232) возможными уникальными адресами. Удобной формой записи IPv4 является запись в виде четырёх десятичных чисел (от 0 до 255), разделённых точками, например, 128.10.2.30. Общие недостатки протокола IPv4 следующие. Самый очевидный - это дефицит адресного пространства. Количество различных устройств, подключаемых к сети Internet, растет экспоненциально и размер адресного пространства 232 быстро истощается. Данная версия протокола плохо расширяется. Недостаточный размер заголовка IPv4 не позволяет разместить в нем требуемое количество дополнительных параметров. Также существует проблема безопасности коммуникаций. Не предусмотрено каких-либо средств для разграничения доступа к информации, размещенной в сети. Отсутствует поддержка качества обслуживания, например, не поддерживается размещение информации о задержках или пропускной способности, требуемой для нормальной работы некоторых сетевых приложений. Существуют проблемы, связанные с механизмом фрагментации, не определяется размер максимального блока передачи данных по каждому конкретному пути. Нет механизма автоматической конфигурации адресов. Существует проблема перенумерации машин.

IPv6 (или IPng) - шестая версия Интернет-протокола. Она известна также как IPng (Internet Protocol Next Generation). IPv6 разрабатывается с 1992 года. В ней IP адрес имеет 128-битовое представление, которое должно решить проблему с нехваткой IP-адресов. Адреса разделяются двоеточиями (напр. fe80:0:0:0:200:f8ff:fe21:67cf). Благодаря этому, количество доступных IP-адресов возрастает до числа 340282366920938463463374607431768211456. Решено, что адресное пространство IPv6 будет распределяться IANA (Internet Assigned Numbers Authority), которая будет иметь региональных представителей. IPv6 позволяет сделать подключение и работу в сети для пользователя столь же простой как подключение и управление телевизором. В частности, благодаря механизму автоконфигурации пользовательских устройств. Кроме того, появляется возможность с приемлемыми затратами обеспечить через сеть все услуги реального времени, такие, например, как телевизионное вещание, видеоконференции, телефония. Появляется возможность практически любому пользователю выделить адресное пространство почти в 300 триллионов раз больше всего нынешнего Интернета, причем устройства из этой «домашней» сети могут перемещаться по всему миру, оставаясь доступными по своему «домашнему» адресу. Для пользователя все изменения, связанные с перемещениями точки подключения к сети, останутся совершенно незаметными, поскольку всю «черную» работу будут выполнять соответствующие части протокола IPv6. Упрощается смена провайдера. Отпадает необходимость вручную менять адреса всех устройств в сети пользователя. Это тоже делает соответствующий механизм, предусмотренный в протоколе IPv6. На сайте организации «Ipv6 Forum» достоинства нового протокола приведены в порядке убывания их значимости. Плюсы нового протокола следующие: встроенная поддержка механизмов автоконфигурации подключаемых к сети устройств, улучшенный механизм поддержки мобильности, обязательная поддержка протокола IPsec (безопасность передачи данных), упрощенная структура пакета (следовательно, меньше ресурсов требуется от промежуточных узлов для анализа пакета), расширенные возможности для реализации классов обслуживания.
Внесенные в IPv6 изменения показывают, что он не просто решит основную проблему нехватка адресного пространства, а перестроит всю структуру Интернета так, что она станет более логичной и продуманной.

Для того, чтобы избежать проблем в будущем, необходимо уже сегодня как можно быстрее внедрять поддержку протокола IPv6. По прогнозам экспертов, после того, как адресное пространство в IPv4 закончится, два стека протоколов — IPv6 и IPv4 будут использоваться параллельно (англ. dual stack), с постепенным увеличением доли трафика IPv6 по сравнению с IPv4. Несколько властных и коммерческих структур в Европе, США и особенно в Азии уже перешли на новый протокол, но от повсеместного признания он ещё очень далёк.
Переход на IPv6 неизбежен в любом случае. Но идёт он медленно по причине того, что польза от нововведений не столь очевидна на данный момент для большинства пользователей. В основном первыми переходят те страны или районы, где недостаток адресов ощущается наиболее остро.

Другой важной причиной, сдерживающей распространение IPv6, является то обстоятельство, что стимулировать операторов коммерческих сетей вложить деньги во внедрение любых новых технологий можно только рыночными методами. До недавнего прошлого рынок Интернет-услуг рос главным образом вширь, и особых стимулов внедрять новые технологии не было. Поэтому внедрялся IPv6 и у нас, и за рубежом, главным образом в некоммерческих сетях: государственных, военных, научных и образовательных. Финансировалось это внедрение из бюджета. В России основными источниками финансирования этого процесса были гранты Российского фонда фундаментальных исследований, Федеральные целевые программы Миннауки и Минобразования.

Помимо нежелания провайдеров инвестировать существует еще одно препятствие для перехода на IPv6. Все устройства, которые сейчас работают на IPv4, должны быть переведены на новый протокол -- системы не совместимы. Производителям придется перепрограммировать огромное количество разнообразной техники, а пользователям -- менять не только программное обеспечение, но и «железо», необходимое для доступа в сеть.

Фактическое подключение пользователей к IPv6 очень мало. По результатам годичного эксперимента Google, только 0,25% пользователей были подключены к Интернету по протоколу IPv6. Тем не менее, процесс идет. В докладе аналитической компании ОЭСР (http://www.oecd.org) говорится, что в январе 2010 года более 90% всех установленных операционных систем, таких как Windows, Linux или Mac OS X, поддерживают IPv6-протокол по умолчанию. Многие организации в настоящее время проводит тестирование IPv6. Все основные производители в компьютерной индустрии начали включать поддержку протокола IPv6 в свои продукты. Поддержка шестой версии различными путями реализована в Интернет-поисковиках Explorer, Firefox, Chrome, Safari, Opera, Mozilla. Поиск Google также доступен по протоколу IPv6 на ipv6.google.com. Нижеприведенный рисунок по данным с сайта www.oecd.org показывает, что переход к шестой версии протокола стал стабильным.

Как дела обстоят в России? В России наиболее подготовленным к переходу на IPv6 сегментом является образование. Пока что поддержку шестой версии внедрили научные сети – некоммерческая FREEnet, Российская Опорная Сеть Rbnet (Russian Backbone Network), федеральная университетская сеть России RUNnet. Кроме Москвы и Санкт-Петербурга, IPv6-сервисы доступны в некоторых регионах (Казань, Ярославль, Курган, Рязань), в основном, в рамках тех же научно-образовательных проектов. Ввели также поддержку IPv6 ELTEL и NLine. Для интеграции российских IPv6-сетей в глобальную IPv6-инфраструктуру в 2000 году в Москве была создана система IPv6 eXchange, позволяющая обмениваться IPv6-трафиком любым телекоммуникационным операторам. Впервые связь с зарубежными сетями была реализована в апреле 2001 года. В настоящее время пиринговые соглашения заключены с сетями GEANT, Abilene и ASNET (через Starlight - Чикаго), а также соглашение о сотрудничестве с NORDUNet, что обеспечивает взаимодействие российских и международных научно-образовательных сетей с использованием протокола IPv6. В настоящее время по заявлению представителей компаний к данному моменту полностью поддерживают стандарт IPv6 в режиме совместимости со старым протоколом магистральные сети провайдера «Комстар-Директ» и Интернет-провайдера «Корбина-Телеком».

Проблема истощения Интернет-адресов, впервые затронутая тридцать лет назад, опять стала актуальной. И теперь это задача, которую нужно решать «здесь и сейчас», а не «в туманном будущем». Каждый пользователь Интернета, опираясь на существующую информацию, модели и допущения, должен решить для себя, верить ли прогнозам или беспечно их игнорировать. Как говорят предсказания, в какой-то период времени до конца 2011 года, все запросы в местные RIR будут отклонены просто потому, что резерв свободных адресов IPv4 будет исчерпан. Сроки, когда это произойдет, могут немного изменяться, но результат неизбежен в любом случае. Работа Интернета по протоколу IPv4 будет прекращена.