Адресация IPv6

Длина адреса IPv6

— Скажите, Шура, честно, сколько вам нужно денег для счастья? — спросил Остап. — Только подсчитайте все.

— Сто рублей, — ответил Балаганов, с сожалением отрываясь от хлеба с колбасой.

— Да нет, вы меня не поняли. Не на сегодняшний день, а вообще. Для счастья. Ясно? Чтобы вам было хорошо на свете.

Балаганов долго думал, несмело улыбаясь, и, наконец, объявил, что для полного счастья ему нужно шесть тысяч четыреста рублей и что с этой суммой ему будет на свете очень хорошо.

— Ладно, — сказал Остап, — получите пятьдесят тысяч.

(И. Ильф, Е. Петров. "Золотой теленок")

Наша задача номер один — расширить адресное пространство. Поэтому начнем мы нашу "революцию в IP", конечно же, с сетевого адреса. А самый первый вопрос касательно нового адреса звучит предельно просто: сколько адресных битов будет достаточно, чтобы избежать в обозримом будущем новых "революций"? Вариантов ответа на этот вопрос есть немало, однако почти все их можно отнести к одной из трех больших групп:

1. "не надо гадать на кофейной гуще": оставим попытки предсказать длину нового адреса IP и сделаем ее переменной;
2. "к природе за советом": давайте посмотрим, сколько всего песчинок в пустыне Сахара, молекул воды в мировом океане или протонов в наблюдаемой вселенной, и решим, что большего числа адресов IP человечеству никогда не понадобится;
3. "возможности во главе угла": длина адреса IP должна стать такой, чтобы это открыло новые возможности на уровне работы протокола.

Первый подход, безусловно, очень хорош в теории, так как он позволил бы просто увеличивать длину адреса по мере расходования адресного пространства. Более того, он не нов и применяется в протоколе ISO CLNP. С другой стороны, адреса переменной длины значительно труднее обрабатывать аппаратно. Вдобавок, длина сетевого заголовка тоже становится переменной, а это еще сильнее затрудняет быструю аппаратную обработку пакетов. Так как IP уже давно применяют в областях, где требования к скорости обработки пакетов очень высоки (телефонные магистрали, системы управления реального времени), нам придется отказаться от этого подхода, несмотря на его привлекательность.

Второй подход привлекателен тем, что сразу же дает нам численные оценки, но насколько безупречна логическая связь между числом каких-то частиц и размером нового адресного пространства? Конечно, интуитивно понятно: возможностям человека по назначению адресов IP есть передел, и он вряд ли превышает знакомые нам "астрономические" величины. Однако кажущаяся простота этого подхода может оказаться ширмой, которая заслонит от нас технически обоснованные критерии выбора из области TCP/IP, а не космологии.

А что же заслоняет от нас хромая логика второго подхода? Она неявно примиряет нас с той мыслью, что все адреса IPv6 тоже когда-то будут розданы и все, на что мы способны, это отодвинуть роковой день как можно дальше в будущее. Иначе говоря, этот подход рассматривает адресное пространство как аморфную кучу песчинок, из которой их черпают, неважно, по одной, ведрами или ковшом экскаватора. В действительности же у адресного пространства всегда возникает определенная структура, и нам пора ее сознательно формировать, потому что именно от нее будет напрямую зависеть срок службы адресного пространства IPv6. Взамен мы будем вознаграждены вполне обоснованной оценкой его требуемого размера.

Прежде всего, обратим внимание, что интересующий нас адрес в любом случае будет двоичный (цепочка битов), а распределять двоичные адреса удобнее всего не по одному или произвольными диапазонами, а в виде префиксов. Мы уже знакомы с этой процедурой в контексте IPv4. Субъект распределительной иерархии получает сверху определенный двоичный префикс, дополняет его несколькими битами и спускает удлиненный префикс уровнем ниже. Для простоты допустим, что он дополняет префикс постоянным числом битов n. Тогда данный субъект сможет превратить полученный сверху префикс в не более чем префиксов для субъектов нижележащего уровня. Скажем, получив "сверху" (например, от LIR) префикс IPv4 198.51.100.128/25 и полагая n = 2, можно произвести четыре префикса /27 для раздачи нижестоящим субъектам (например, рядовым пользователям) : 198.51.100.128/27, 198.51.100.160/27, 198.51.100.192/27, и 198.51.100.224/27.

Что делать нашему субъекту, когда он исчерпает выданный ему префикс? Видимо, запросить сверху еще один. Затем он тоже исчерпывается, и опять требуется новый префикс, чтобы поддержать рост сети. Через некоторое время каждый субъект обладает набором разрозненных префиксов, которые не агрегируются, потому что получены из разных префиксов вышестоящего уровня. К примеру, 198.51.100.128/25 не агрегируется с 203.0.113.0/25, хотя он мог бы агрегироваться с 198.51.100.0/25, дав один префикс 198.51.100.0/24, — но, увы, к этому моменту 198.51.100.0/25 уже выдан в совсем другие руки. Именно так произошло дробление адресного пространства в IPv4.

Но что плохого в дроблении адресного пространства? Во-первых, это увеличивает административные расходы, так как каждому субъекту приходится учитывать множество полученных и выданных префиксов, хотя в идеале он мог бы получить сверху ровно один префикс и выдать по одному префиксу каждому подчиненному субъекту. Во-вторых, числу неагрегируемых префиксов пропорционально число маршрутов, которые возникнут в сети. К примеру, в "зоне без умолчания" (default free zone), составляющей ядро Internet, число субъектов (автономных систем) на январь 2010 года составило примерно 30 000, а число неагрегируемых маршрутов IPv4 — 150 000^{9 P. Smith. BGP Routing Table Analysis. APNIC. http://thyme.apnic.net/} , и это различие в пять раз вызвано, в основном, дроблением адресного пространства IPv4.

Чтобы эта проблема не возникла вновь, адресное пространство IPv6 должно быть практически неисчерпаемым на всех уровнях распределительной иерархии: каждому субъекту иерархии должно хватить одного префикса. Обратите внимание: из сказанного не следует, что мы должны запретить назначение субъекту нескольких префиксов. В некоторых случаях это полезный и технически обоснованный прием. Однако плохо, когда хроническая нехватка адресов вынуждает к постоянному и повсеместному его использованию: пользователи выпрашивают дополнительные префиксы у провайдера, тот — у региональной регистратуры и т.д.