Opbrug af IPv4-adresser - udtømning af reserven af ikke-allokerede adresser i IPv4 -protokollen . Det verdensomspændende adresseområde administreres globalt af den amerikanske non-profit organisation IANA samt fem regionale internetregistratorer, der er ansvarlige for at tildele IP-adresser til slutbrugere i visse territorier, og lokale internetregistratorer såsom internetudbydere .
IPv4 tillader brugen af omkring 4,22 milliarder adresser, og nogle af dem er blevet tildelt af IANA til regionale internetregistratorer i blokke på cirka 16,8 millioner adresser (under hensyntagen til brugen af CIDR ). I februar 2011 tildelte IANA de sidste fem resterende /8 blokke fra sit [1] [2] [3] [4] adresseområde til RIR'er . Udtømningen af adresserne på de resterende regionale internetregistratorer [K 1] forventedes inden for fem år [5] , fra udgangen af 2017 meddelte alle regionale registratorer udtømningen af det samlede udbud af gratis IPv4-adresser og begrænsninger for udstedelsen af nye adresser.
APNIC er den første regionale internetregistrator, hvis tildelte IP-adresser sluttede med [K 2] . Dette skete den 15. april 2011 [6] [7] [8] . ARIN var den første af de regionale internetregistratorer, der annoncerede fuldstændig udtømning af IPv4-adresser [9] .
At løbe tør for IPv4-adresseplads er blevet betragtet som et problem siden slutningen af 1980'erne , hvor internettet begyndte at opleve dramatisk vækst. I november 1991 oprettede IETF ROAD ( Routing and Addressing Group ) for at løse problemet med skalerbarhed forårsaget af den klasselige adresseringsmetode , der var i brug på det tidspunkt [10] [11] . Den forventede adresseudtømning var årsagen til, at en række nye teknologier blev skabt og taget i brug, herunder klasseløs adressering (CIDR) i 1993, NAT og den nye version af Internet Protocol , IPv6, i 1998 [11] .
Overgangen af internettet til Internet Protocol version 6 er den eneste permanente løsning på problemet med IPv4-adresseudtømning, der findes [12] . Selvom den forudsagte udmattelse af IPv4-adresserum gik ind i sin sidste fase i 2008, var de fleste internetudbydere og softwareudviklere lige begyndt at implementere IPv6 [13] på dette tidspunkt .
Hver node på et IPv4-netværk, såsom en computer , router eller internetprinter , tildeles en IPv4-adresse , som bruges til at identificere den node, når der kommunikeres med andre noder på det samme netværk. Grundlæggende kan enhver computer med en offentlig IPv4-adresse sende data til enhver anden computer med en IPv4-adresse. IPv6 er dog ikke bagudkompatibel med IPv4, så det er kun muligt at sende data fra en computer med kun en IPv4-adresse til en computer med kun en IPv6-adresse ved brug af specielle teknologier. Standardløsningen er tunnelering [14] . En IPv4-adresse er 4 bytes (32 bit) lang, og derfor tillader Internet Protocol Version 4 232 (ca. 4,3 milliarder) adresser. Nogle store blokke af IPv4-adresser er dog reserveret til særlige behov og er ikke tilgængelige til offentlig brug, såsom loopback -adressen 127 /8 [K 3] , grå netværk 10 /8 , 172.16 /12 , 192.168 /16 (disse er særligt reserverede adresser ).
IPv4-adressestrukturen tillader brugen af offentligt tilgængelige adresser i tilstrækkeligt antal til at give en adresse for hver internetforbundet enhed eller tjeneste. Dette problem blev delvist løst i et stykke tid ved ændringer i adressetildelingssystemet. Overgangen fra klasseløs til klasseløs adressering har væsentligt forsinket udtømningen af IPv4-adresserummet.
NAT-teknologien (Network Address Translation) giver også internetudbydere mulighed for at maskere deres egne private netværk bag en enkelt offentligt tilgængelig router IPv4-adresse i stedet for at tildele offentlige adresser til hver enhed på netværket.
Det skal bemærkes, at der i forbindelse med udmattelsesproblemet er to hovedtyper af IPv4-adresser - globale og private [15] .
Globale adresser er adresser, der dirigeres globalt over hele planeten. Globale adresser skal være unikke, ellers er der en uklarhed i leveringsadressen. Rummet af globalt routbare adresser er faktisk begrænset af antallet af værdier, som et 32-bit heltal, en IPv4 -adresse, kan tage . Dette tal er 2^32 = 4,2 milliarder værdier.
Private adresser er adresser, der kun rutes inden for et specifikt privat netværk, såsom 192.168.0.0/16 eller 10.0.0.0/8. Private adresser skal kun være unikke inden for det respektive private netværk. Antallet af private netværk på planeten er ikke begrænset. Hver hjemmerouter danner normalt et privat netværk.
Problemet med at løbe tør for IPv4 -adresserum gælder kun globale adresser, da der ikke er nogen grænse for antallet af private adresser på planeten.
Ved design af IPv4 -netværket er globale adresser til globale servere og globale routere. Alle klienter på et IPv4 -netværk kan få adgang til det ved hjælp af en privat adresse og NAT . Du kan også oprette forbindelse til et IPv4 -netværk ved hjælp af en global adresse, men dette er uønsket, fordi antallet af globale adresser er begrænset. Brug af en global adresse til at oprette forbindelse til et IPv4 -netværk unødigt bør betragtes som spild og ineffektiv.
Selvom hovedårsagen til udtømningen af IPv4-adresserummet er internetinfrastrukturens utilstrækkelige designkapacitet, som ikke tog højde for en så hurtig vækst [16] , forværrer en række yderligere faktorer dette problem. Hver af dem er relateret til efterspørgslen efter IP-adresser, som ikke var forudset af forfatterne af den originale netværksinfrastruktur.
Mobile enheder IPv4 er blevet de facto-standarden inden for digital kommunikation, og omkostningerne ved at investere yderligere computerkraft i bærbare enheder er faldet. Derfor er mobiltelefoner blevet fuldgyldige internetværter. Nye 4G -enhedsspecifikationer kræver brug af IPv6-adressering. Vedvarende forbindelser I løbet af 1990'erne var den dominerende metode til internetforbindelse opkaldsfjernadgang ved hjælp af et opkaldsmodem . Den hurtige vækst af opkaldsnetværk har øget antallet af adresser i brug, og puljen af tildelte IP-adresser er blevet fordelt på et stort antal brugere. I 2007 begyndte procentdelen af bredbåndsinternetadgang at overstige 50 % på mange markeder [17] . I modsætning til opkaldsadgang er bredbåndsforbindelser oftest konstant aktive, og netværksenheder (routere, bredbåndsmodemmer) slukker sjældent. Dette får antallet af involverede IP-adresser til at stige. Internetudvidelse Der er hundreder af millioner af husstande i den udviklede verden. I 1990 havde kun et lille antal husstande internetforbindelse. Blot 15 år senere har næsten halvdelen af dem en fast bredbåndsforbindelse [18] . Et stort antal nye internetbrugere bor i det tætbefolkede Kina og Indien , hvilket yderligere accelererer udmattelsen af adressepladser. Ineffektiv brug af adresser Organisationer, der modtog IP-adresser i 1980'erne, har ofte flere IP-adresser, end de egentlig har brug for, fordi den klasselige adresseringsmetode , der blev brugt i begyndelsen , resulterer i underudnyttet adresserum [19] . For eksempel blev store virksomheder eller universiteter tildelt klasse A-adresseblokke indeholdende mere end 16 millioner IPv4-adresser, fordi den tidligere største enhed, en klasse B-blok med 65.536 adresser, var for lille til det tilsigtede antal adresser i brug. For lokale internetregistratorer (LIR'er) foreslog RFC 3194 brugen af HD-ratio-parameteren, som angiver, hvor effektivt den allokerede IP-plads bruges. Dens implementering blev forsinket, og nu er brugen af denne parameter næsten ubrugelig. Virtualisering Med udvidelsen af tekniske muligheder, kraften fra serverprocessorer og forbedring af udstyr blev det muligt at bruge flere operativsystemer på én computer samtidigt. Hvert af disse systemer kræver en offentlig IP-adresse.En række teknologier reducerer behovet for IP-adresser [20] :
NAT , fuldmagter og intranetadressering NAT - teknologi ( Netværksadresseoversættelse ) gør det muligt for flere computere at have én ekstern IP-adresse. Computere bag NAT kan oprette forbindelse til hinanden ved hjælp af intranet IP-adresser , men udefra er det umuligt at oprette forbindelse til sådanne computere uden særlig konfiguration . Delt webstedshosting med adgang via domænenavn Flere websteder har en fælles IP-adresse, serveren adskiller den ene fra den anden ved domænenavnet ( Host HTTP /1.1 felt). Omhyggelig kontrol af regionale internetregistratorer over tildelingen af IP-adresser til lokale internetregistratorer. Omfordeling af adresseplads De tidlige år af internettet brugte et ineffektivt klassificeret adresseringssystem . Store blokke af IP-adresser distribueret på det tidspunkt bliver genbrugt.Den 31. januar 2011 blev de sidste to blokke af adresser, der ikke var reserveret af IANA , tildelt APNIC i overensstemmelse med standardprocedurerne for tildeling af adresser til regionale internetregistratorer. Der er fem reserverede og derfor ikke-allokerede blokke /8 [6] [21] [22] . I overensstemmelse med ICANN-reglerne fortsatte IANA med at allokere hver af disse blokke til hver af de regionale internetregistratorer efter en pressekonference den 3. februar 2011, hvilket resulterede i afslutningen af IANA-adressepuljen [23] [24] .
Forskellige selvstændige adresseblokke, der historisk er brugt adskilt fra RIR'er, blev distribueret til RIR'er i februar 2011 [25] .
Teknologier til at bremse udmattelsen af IPv4-adresser omfatter deling af IPv4-adresser for at få adgang til IPv4-indhold, parallelintroduktion af IPv6 ved hjælp af IPv4, protokoloversættelse for at få adgang til indhold, der er beregnet til både IPv4 og IPv6, og tunneling til at arbejde med routere, der kun understøtter én protokol. Behovet for tidlig vedtagelse af IPv6, når IANA-adresserummet er opbrugt, er klart [26] .
Som en konsekvens af udmattelse af adressepuljen vil de punkt-til-punkt-forbindelser, der kræves af mange applikationer, ikke altid være tilgængelige på IPv4-internettet, før IPv6 er fuldt implementeret. IPv6-værter kan ikke oprette direkte forbindelse til IPv4-værter og skal bruge specielle tjenester til at kommunikere. Det betyder, at de fleste computere stadig skal have IPv4-adgang, såsom gennem foruden nye IPv6-adresser, hvilket kræver mere indsats end blot at understøtte IPv4 Efterspørgslen efter IPv6-adresser forventedes at dukke op om tre eller fem år [27] .
I begyndelsen af 2011 havde kun 5% af computerne en IPv6-forbindelse [28] , hvor de fleste af dem brugte overgangsmekanismer som NAT64 og Teredo-tunneling 29I december 2009 var omkring 0,15 % af de to millioner mest populære websteder tilgængelige over IPv6 [30] . Problemet komplicerer, at mellem 0,027 % og 0,12 % af de besøgende ikke kan bruge websteder, der bruger både IPv4 og IPv6 [31] [32] , men en betydelig del (0,27 %) kan ikke interagere med websteder, der kun bruger IPv4 [33] . Ifølge en undersøgelse fra Arbor Networks var andelen af IPv6-trafik i sommeren 2010 mindre end en tiendedel af en procent [34] .
På tidspunktet for IANA-adresseudtømningen (februar 2011) var det forventet, at udbuddet af gratis adresseblokke hos de regionale internetregistratorer ville løbe ud inden for en periode på seks måneder ( APNIC ) til fem år ( AfriNIC ) [35] . Fra september 2015 har alle regionale registratorer undtagen AfriNIC annonceret, at de har opbrugt deres samlede pulje af gratis IPv4-adresser og begrænser udstedelsen af nye adresser; ARIN annoncerede den fuldstændige udtømning af gratis IPv4-adresser, og for resten af registratorerne forudsiges dette øjeblik fra 2017 [36] .
Forskellige regionale registratorer har forskellige adressetildelingsstrategier [37] . Internetudbydere har normalt en reserve af IP-adresser til brug for deres kunder i en periode på 6 måneder til 2 år, hvorefter nye kunder, der ønsker at oprette forbindelse til internettet, ikke vil kunne få IP-adresser og skal bruge NAT eller modtage kun IPv6-adresser [38] .
APNIC og RIPE NCCAPNIC er en regional internetregistrator og tildeler IP-adresser til områder, hvor internettet udvikler sig ekstremt hurtigt, såsom Kina og Indien ; derfor forventedes det, at det ville være den første regionale internetregistrator, der stoppede frit at tildele IPv4-adresser. Dette skete den 15. april 2011, hvor udbuddet af adresser faldt til et kritisk niveau - 1 blok / 8. Fra den dato flyttede APNIC til en "trin 3" distributionsmekanisme; og en periode er begyndt, hvor ikke alle lokale internetregistratorer (LIR) allerede kan modtage IPv4-adresser i det beløb, han har brug for; denne fase forventedes at vare i fem år [7] . Tildelingen af IP-adresser var begrænset til 1024 pr. medlem [39] [40] [6] [41] [42] [43] .
Udtømningen af den samlede beholdning af IPv4-adresser hos RIPE NCC , den regionale internetregistrator for Europa , fulgte efter APNIC. Dette skete den 14. september 2012.
Ved udgangen af 2015 havde APNIC omkring 11 millioner gratis adresser, og RIPE NCC - omkring 16 millioner [36] .
/8 sidste blokregel i APNIC og RIPE NCCFra den 15. april 2011, datoen APNIC har sin sidste /8 blok , eller fra den 14. september 2012 kan hvert nuværende eller fremtidige medlem (dvs. APNIC-kontoindehaver eller RIPE NCC-kunde) kun modtage én blok af IP-adresser i størrelsen 1024 adresser (blok /22 ) [44] [45] . Ifølge Evolution of the IP-puljen for hver RIR i 2011 undersøgelse af IPv4-adressebeholdningsdynamik, ville den sidste APNIC /8 -blok være afsluttet inden for en måned, hvis denne grænse ikke var blevet indført. I blok /8 16.384 blokke /22 ; i henhold til APNIC- og RIPE NCC-reglerne modtager hvert nuværende eller kommende medlem en /22 blok fra den sidste /8 blok , desuden kun hvis en række kriterier er opfyldt [46] . APNIC har i øjeblikket omkring 3.000 medlemmer og tilføjer omkring 300 nye medlemmer hvert år. Den sidste blok /22 skulle således ende om mere end 5 år [45] . RIPE NCC har over 8.000 medlemmer, og deres sidste /8 blok har en meget kortere tidsramme.
De 1024 adresser i 22 blokken kan bruges til at understøtte NAT44 eller NAT64 netværk For nye store internetudbydere er grænsen på 1024 adresser muligvis ikke nok til at give kommunikation med IPv4 på grund af det begrænsede antal porte, der er tilgængelige for én IPv4-adresse [47] .
I november 2019 gav RIPE NCC den sidste blok /22 væk.
LACNIC Address Pool ExhaustionDen 10. juni 2014 annoncerede det latinamerikanske og caribiske internetadresseregister den virtuelle udtømning af reserven af gratis IPv4-adresser i regionen, den eneste /10-blok af adresser forblev til rådighed for registratoren [48] . Ifølge prognosen for begyndelsen af 2015 skulle den fuldstændige udtømning af alle adresser i denne zone ske medio 2017 [49] .
ARIN Address Pool ExhaustionEfter udtømningen af IANA-adresserummet i 2011 indførte ARIN yderligere begrænsninger for anmodninger om IPv4-adresserum [50] .
Den 24. juli 2013 offentliggjorde APNIC Chief Scientist Geoff Houston en grafillustreret undersøgelse på sin blog, hvori han forudsagde udtømningen af ARIN IPv4-adressepuljen "engang i tredje kvartal af 2014" [51] . Den 1. august 2013 rapporterede ARIN to resterende /8-blokke for IPv4-adresser [52] .
Den 24. september 2015 var ARIN den første af internetregistratorerne til at annoncere den fuldstændige udtømning af sin pulje af gratis IPv4-adresser, alle nye adresseanmodninger sendes til ventekøen [9] .
AfrinicAfriNIC er det seneste regionale internetregister , der når slutningen af sin IPv4-adressepulje. Den 31. marts 2017 trådte restriktioner pålagt af fase 1 lokale adressepuljeudtømningsregler i kraft. Der indføres skærpet kontrol af formålet med brug af adresser, begrænsninger på minimum og maksimum antal udstedte adresser og tidspunktet for bortskaffelse af udstedte adresser.
I begyndelsen af 2000'erne blev der givet forskellige skøn over, hvor lang tid det tog for IPv4-adresser at løbe helt tør. I 2003 udtalte Paul Wilson (direktør for APNIC ), baseret på den nuværende brug af adresserummet, at adresserummet ville løbe tør inden for et årti eller to [53] . I september 2005 foreslog en Cisco Systems -rapport, at udbuddet af tilgængelige adresser ville være opbrugt inden for 4 til 5 år [54] . I de senere år er tildelingen af IPv4-adresser accelereret, før beholdningen var opbrugt, hvilket der ikke blev taget højde for i fremskrivningerne.
I 2008 blev der udviklet procedurer for og efter adresseudtømningsperioden [60] .
Adskillige forslag er blevet drøftet for at afbøde problemet med IPv4-adresseudtømning.
Før og i perioden med brug af den klasselige adresseringsmodel, blev der udstedt enorme rækker af IP-adresser til nogle organisationer. Internet Assigned Numbers Authority (IANA) kunne potentielt få disse områder tilbage og derefter distribuere dem i mindre blokke. ARIN, RIPE NCC og APNIC har adresseoverførselsregler, hvorved sådanne adresser kan returneres til overførsel til en bestemt modtager [61] [62] [63] . Dette kan dog være dyrt og tidskrævende at ændre adresser på et stort netværk, så berørte organisationer vil være mere tilbøjelige til at protestere, hvilket kan føre til retssager. Men selv hvis alle sådanne adresser blev returneret, ville dette kun skubbe adresseudtømningsdatoen en smule tilbage.
På samme måde udstedes adresseblokke til organisationer, der ikke længere eksisterer eller aldrig har brugt dem. Der blev ikke ført en streng registrering af IP-adresser, og det kan være ekstremt svært at identificere disse oplysninger.
Nogle adresser, der tidligere var reserveret af IANA, er blevet gjort tilgængelige. Der har været forslag om at bruge klasse E-adresser [64] [65] , men mange operativsystemer og firmware brugt i computere og routere tillader ikke brugen af sådanne adresser [54] [66] [67] [68] . Til dette formål blev den offentlige brug af klasse E-netværksadresser ikke foreslået, men i stedet for at tillade privat brug for netværk, der kræver flere adresser, end der i øjeblikket er tilgængelige under RFC 1918 .
Adskillige organisationer returnerede store blokke af IP-adresser, især Stanford University , som returnerede klasse A-netværksadresser i 2000, hvilket gav 16 millioner IP-adresser (processen med at omkonfigurere 56.000 stykker udstyr tog to år [69] ), USA's forsvarsministerium BBN Technologies [70] og Interop [71 ] .
Internetudbydere kan bruge tunnelteknologier. Når de bruger NAT44- og NAT64 -adresseoversættelse på deres netværk kan de tildele private IPv4- eller IPv6-adresser til brugere og bruge færre globale IPv4-adresser [ 72
Denne tilgang er med succes implementeret i nogle lande, såsom Rusland, hvor mange bredbåndsudbydere bruger centraliseret NAT (Carrier-Grade NAT) og tilbyder offentligt tilgængelige IPv4-adresser mod et ekstra gebyr. På samme måde sender Research In Motion (RIM), producenten af BlackBerry , data til centrale servere med henblik på kryptering og dekryptering; konsekvensen er en reduktion i antallet af nødvendige IPv4-adresser.
NAT på ISP-niveau skaleres dog ikke. Derudover er adresseoversættelse ikke anvendelig for alle opgaver, og det kræver stadig tilgængelighed af IPv4-adresser.
Disse teknologier vil være nødvendige for at forbinde IPv6-systemer til "legacy" IPv4-systemer.
Mange NAT-traversal-teknologier såsom DMZ , STUN , UPnP , ALG , der er tilgængelige, når brugeren ejer NAT-routeren, er ikke anvendelige på ISP-niveau.
Oprettelsen af en markedsplads for IPv4-adresser, hvor de kunne købes og sælges, er gentagne gange blevet foreslået som en effektiv metode til at tildele adresser. Den største fordel ved et sådant marked ville være, at IPv4-adresser forbliver tilgængelige. Disse ordninger har alvorlige mangler, som førte til, at de ikke blev implementeret [73] :
| Hoved | |
|---|---|
| Implementering |
|
| Migration fra IPv4 til IPv6 |
|
| Relaterede protokoller |
|
