Технологии IPv6 — Интернет нового поколения в мире и России
Русаков А.И., Алексеев И.В., Захарова М.Н.

---

Переход на новую технологию Интернета – IPv6В настоящее время в мире сетевых технологий происходит событие огромной значимости: начинается внедрение новой версии Интернет-протокола – IPv6. Предыдущая реализация IP версии 4 определила развитие всемирной сети Интернет и сформировала ее современный облик. Создание единой глобальной сети Интернет первоначально имело своей целью в основном решение научных проблем. В начале своей эволюции Интернет был небольшой сетью, обслуживающей нужды правительственных и научных организаций.

С развитием новых типов сервиса, прежде всего WWW, Интернет становится массовой сетью и переживает беспрецедентный рост. Однако вместе с невероятным ростом сети и проникновением ее буквально во все области человеческой деятельности вышли на поверхность существенные ограничения ее технологической основы. Сегодня технические вопросы развития сети становятся как никогда важными. Базовый протокол IPv4 устарел и требует замены, его недостатки обусловлены тем, что он разрабатывался 20 лет назад, когда о широкомасштабном и коммерческом использовании Интернета никто и не помышлял.

Недостатки протокола IPv4 проявляются, прежде всего, в исчерпании адресного пространства, перегрузке системы маршрутизации, недостаточной поддержке безопасности и качества обслуживания. Также в IPv4 отсутствует достаточная поддержка мобильных сетей.

Сейчас основная технология Интернета, протокол IPv4, в своем развитии подошла к тому этапу, когда требуется ее качественное изменение. С помощью сдерживающих мер и ограниченных технологических решений (Classless interdomain routing) проблему с исчерпанием адресного пространства и перегрузкой системы маршрутизации Интернета удалось отсрочить, однако необходимость в переходе на новую версию IP протокола становится все более реальной.

Рост Интернета сегодня происходит не только за счет увеличения числа узлов в традиционных сетях, но и в результате появления и развития совершенно новых видов рынка. Это рынок интеллектуальных бытовых и индустриальных устройств, новые средства публикации и распространения аудио-визуальных материалов. Это и синтез традиционных сетей передачи данных с системами передачи голосового и мультимедиа трафика, становление нового типа сетей – сетей с интеграцией сервисов.

Нынешний Интернет-протокол, IPv4, с его 32-разрядной схемой адресации не может предоставить достаточное число адресов для всех возможных участников сетевого обмена. В то время как IPv6 имеет 128-разрядные адреса, что вполне достаточно для удовлетворения такой потребности, с большим запасом для будущего развития. Теоретически это позволяет адресовать 240 триллионов узлов.

Другим недостатком IPv4 считается применяемый в настоящее время способ назначения адресов. Он не позволяет определить ни географическое положение, ни топологию сети, в которой находится узел. Вследствие этого в памяти магистральных маршрутизаторов Интернета хранятся огромные объемы информации обо всех имеющихся адресах. В результате на маршрутизаторы ложится чрезмерная нагрузка, а их производительность существенно снижается. IPv6 позволяет устранить эти недостатки и создать систему адресов со строгой иерархией. Крупным провайдерам Интернета будут выделяться большие блоки адресов. Провайдеры предоставляют блоки меньшего размера своим абонентам, которые, в свою очередь, распределяют их между подразделениями или отдельными пользователями. Таким образом, схема адресации IPv6 предусматривает жесткую иерархию, как в самой структуре адреса, так и в способе выделения адресов.

Важным преимуществом IPv6 является стандартизированная поддержка механизмов обеспечения безопасности передачи информации через Интернет. Эти механизмы, являющиеся частью протокола IPv6, позволяют настраивать способы защиты данных в широких пределах, обеспечивая авторизацию, шифрование и конфиденциальность обмена в сетях общего пользования. Разумное использование механизмов безопасности IPv6 позволит избежать большинства способов атаки на Интернет-серверы, которые известны на сегодня.

Дополнительным моментом новизны IPv6 стала поддержка программных средств, улучшающих качество обслуживания, средств организации взаимодействия в режиме реального времени и инструментов, повышающих производительность маршрутизаторов. Благодаря отличной совместимости IPv6 со всеми известными механизмами обеспечения гарантированного качества обслуживания, таких как integrated service, dif-fe-ren-tiated service, MPLS, именно IPv6 является подходящим протоколом для развертывания сетей нового поколения, сетей с интегрированным сервисом, которые способны качественно обслуживать все потребности предприятий и индивидов в информационном обмене.

Пути и проблемы перехода к IPv6Полный отказ от недостатков IPv4 означает отказ от совместимости нового протокола со старым. А поскольку такая совместимость может быть организована лишь при помощи специализированных механизмов, то переход к IPv6 является достаточно сложной задачей, сравнимой по своей масштабности с построением инфраструктуры доступа в традиционный Интернет.

В реальности, это будет длительный период, и какое-то время оба протокола будут сосуществовать друг с другом. «Переход займет, как минимум, 15 лет, если началом его считать 1994 год», – предполагает Брайан Карпентер, председатель Совета по архитектуре Интернета. В связи с этим разработчикам сетей нужно решать вопросы взаимодействия участков сетей с различными протоколами. Общение сетей в данной ситуации можно организовать тремя основными способами:

• туннелирование – процесс инкапсуляции IPv6-пакета в той части тела IPv4-пакета, в которой производится передача полезных данных. В зависимости от того, кто инкапсулирует и декапсулирует пакеты, можно выделить три вида туннелирования: «маршрутизатор-маршрутизатор», «хост-маршрутизатор» и «хост-хост». Преимущество этого метода состоит в простоте реализации эффективной инфраструктуры для тестирования в любой частной сети, а основной недостаток – в резко возрастающей нагрузке на сеть вследствие необходимости передачи дополнительных заголовков;
• трансляция протоколов – процесс, который осуществляется в основном тремя типами механизмов: преобразование заголовков из одной версии протокола в другую протокол-шлюзом (protocol gateway device), использование транспортного ретранслятора и преобразование протоколов на прикладном уровне через прокси-сервер;
• двойной стек протоколов – процесс, когда в зависимости от версии протокола пакета применяется либо стек протокола IPv4, либо IPv6 на каждом IP узле.

Пока трудно определить, какой из способов перехода будет наиболее распространенным. «Я могу представить себе случай, когда в одной организации используются все три эти механизма», – выдвинул свою гипотезу Джим Баунд, участник группы IPng (IETF) и ведущий технический сотрудник Проблемной группы проектирования UNIX-приложений в среде Интернет в фирме Compaq. Таким образом, решить вопрос выбора метода миграции в каждом конкретном случае можно лишь путем предварительного рассмотрения всех возможных вариантов и изучения возникающих при этом проблем, которые потребуют решения.

Сейчас сама технология IPv6 находится в конечной стадии процесса стандартизации и исследований. Известно, что внедрение Интернет-технологий и инфраструктуры в России отстает от Запада, однако в области исследований и внедрения Интернет-технологий нового поколения, базирующихся на IPv6, российские исследователи имеют возможность не только не отстать от западных коллег, но и пойти в авангарде развития самых новейших коммуникационных технологий. Поэтому, участвуя в разработке и внедрении Интернет-технологий нового поколения, представители российских исследовательских и академических сетей имеют реальную возможность стать не просто потребителями разработок в области сетевых технологий и приложений, но и авторами новейших технологических направлений, поставщиками идей и решений. В информационную эпоху только такая доктрина сможет привести к росту отечественных технологий и развитию индустрии, к экспорту не природных ресурсов, а высших плодов человеческой деятельности – идей и разработок. На текущий момент это более чем актуально и в немалой степени определяет наше будущее.

Поэтому работать с новыми технологиями необходимо, хотя пройдет достаточно много времени, прежде чем появятся сети, построенные исключительно на IPv6. В то же время отдельные элементы новых спецификаций уже в ближайшем будущем станут весьма значимыми. И перед тем, как начинать широкомасштабную модернизацию, очень важно испытать новый протокол в тестовой сети. Это даст возможность поближе познакомиться с особенностями технологии и избежать несовместимости уже установленного оборудования и программ с IPv6. Такая работа уже ведется.

IPv6 Форум. Вехи истории
Создание IPv6 Форума

Начиная с июля 1999 года, мы вправе утверждать, что Интернет-протокол версии 6 перестал быть теоретической разработкой, его появление в реальной жизни – свершившийся факт.

И доказательством этому послужило объединение крупнейших мировых операторов и производителей телекоммуникационного оборудования в некоммерческую организацию «IPv6 Форум», миссия которой заключается в скорейшем продвижении протокола нового поколения и повышении его доступности.

Список организаций, участвующих в данном проекте, отличается удивительным многообразием. Это производители, научные и исследовательские институты, образовательные учреждения, предприятия связи, консалтинговые фирмы и многие другие.

Создание Форума означает, прежде всего, объединение всеобщих усилий: от индивидуумов до корпораций в целом, с целью усиления влияния на организации по стандартизации для ускорения процесса создания устойчивого и законченного протокола.

Официальное провозглашениеНа первом заседании Форума, состоявшемся в июле 1999 года, присутствовали представители компаний British Telecom, Nokia, L. M. Ericsson Telephone, Telecom Italia, 3Com, Cisco Systems, Microsoft, Hitachi, Nippon Telegraph & Telephone. Они определили значимость создания Форума для ускоренного развития телекоммуникаций в отдельно взятой стране и в мире.

Почетным президентом Форума был избран председатель Internet Societal Task Force Винтон Серф, известный как один из родоначальников Интернета. Свершившийся факт он прокомментировал так: «IPv6 уже здесь, и пусть Интернет достигнет того, чего не достигала ни одна сеть!»

«Нам известно, что протокол версии 4 уже несколько лет как близок к достижению своих пределов, и проблемная группа проектирования Интернета (IETF – Internet Engineering Task Force) работает над IPv6 с 1994 г. Теперь, когда базовые стандарты разработаны и согласованы, пришло время двигаться вперед», – подчеркнул Брайан Карпентер, председатель Совета по архитектуре Интернета (IAB – Internet Architecture Board) и директор программы по стандартам и технологиям для сети Интернет в компании IBM. По его мнению, протокол IPv6 станет стартовой площадкой для ряда новых интересных приложений, например, для интеллектуальных сотовых телефонов, которые смогут автоматически подключаться к Интернету либо корпоративным Intranet-сетям для получения доступа к электронной почте, голосовой почте, Web-серверам и ко всем другим существующим Интернет-приложениям.

Джун Мураи, генеральный директор проекта WIDE, профессор Университета KEIO, отметил: «Мы активно приветствуем строительство развитой IPv6 инфраструктуры, так как видим в этом непосредственную выгоду для нашей экономики, роста потенциала знаний и образованности нашего народа».

«Фирма Nokia уверена, что IPv6 предоставит фундаментальную возможность для ее проникновения в мобильное информационное общество. Сегодня число сотовых телефонов уже значительно превосходит число Интернет-терминалов, а IPv6 является единственно жизнеспособной архитектурой, которая способна обслужить приходящие волны сотовых устройств с доступом в Интернет. Nokia планирует активно содействовать успешному развитию IPv6 и его скорейшему признанию», – определил позицию фирмы Nokia ее президент Пекка Ала-Пиетила.

На первом заседании Форума в него был принят Центр Интернета Ярославского государственного университета как ассоциированный участник форума.

Первоначально IPv6 Форум включал 42 наиболее активных в развитии новых Интернет-технологий компании и института, в ноябре 1999 года число учредителей возросло до 66 (табл. 1).

Этот список комплектуется по мере поступления в Форум новых членов и регулярно обновляется на WWW сервере IPv6 Форума, а именно:

http://www.ipv6forum.com/navbar/members/foundingmembers.htm – (члены-учредители)

http://www.ipv6forum.com/navbar/members/generalmembers.htm – (действительные члены).

Цели ФорумаОсновываясь на утверждении председателя IPv6 Форума Латифа Ладида, мы можем определить Форум как всемирный консорциум ведущих Интернет-провайдеров образовательных и исследовательский сетей с четко выраженной миссией:

• продвижение IPv6 посредством его эффективного внедрения на рынок и популяризации среди пользователей;
• содействие созданию качественного и надежного протокола нового поколения;
• предоставление повсеместно равноправного доступа к источникам знаний и технологий, понимая и принимая свою моральную ответственность перед мировым Интернет-сообществом;

Основные направления деятельности Форума определены, исходя из поставленных задач, как:

• создание открытого, интернационального Форума экспертов по IPv6;
• обмен знаниями и опытом между членами Форума;
• продвижение приложений и решений, основанных на IPv6;
• содействие созданию свободно взаимодействующих реализаций стандартов IPv6;
• содействие развитию всесторонне качественного сервиса;
• решение проблем, препятствующих развитию IPv6.

При этом следует особо отметить, что Форум не является организацией по разработке стандартов протокола, эти полномочия по-прежнему возложены на Internet Engineering Task Force.

Структура ФорумаФорум имеет в своей основе две подструктуры под общим руководством Совета Форума:

Технический директорат по развертыванию IPv6. Деятельность директората направлена на оказание помощи членам консорциума в решении технических проблем, вопросов внедрения протокола в организации, проведения перехода к работе на основе нового протокола, создание благоприятных условий для развертывания IPv6.

Директорат состоит примерно из 20 сотрудников, которые являются экспертами по широкому аспекту проблем в области внедрения протокола, таких как безопасность и надежность, качественный сервис, маршрутизация, мобильность, сетевой менеджмент, открытые программные ресурсы, тестирование и проверка, разработка приложений, IP-телефония и другим направлениям.

Группа по продвижению и популяризации IPv6. Данная подструктура Форума состоит из нескольких рабочих групп, количество и направления деятельности которых находятся в процессе постоянного увеличения и расширения. В настоящее время выделены следующие рабочие группы:

Группа по проектам. Цель группы состоит в широком распространении информации о процессе продвижения нового протокола посредством развития совместных проектов в области IPv6 технологий, содействия обмену информационными ресурсами между проектами и создания новых проектов. Сами проекты подразделяются на несколько типов. Важно отметить следующие:

• национальные и международные проекты;
• проекты, финансируемые государством или крупными коммерческими корпорациями;
• успешно выполненные проекты;
• проекты практической реализации в бизнесе.

Группа по системе образования, связи с общественностью. Деятельность данной рабочей группы направлена на создание и массовое распространение квалифицированных мнений, статей, документов, презентаций, позволяющих воссоздать истинный образ нового явления и способствовать пониманию и всестороннему изучению IPv6.

Группа по организации Всемирных IPv6 совещаний. Круг интересов группы включает в себя проведение различного вида совещаний: международных и региональных конференций, встреч партнеров и прочих мероприятий, направленных на выяснение многочисленных аспектов развития IPv6.

Группа по программе сотрудничества. Форум глубоко заинтересован в привлечении к сотрудничеству новых членов: организаций и частных лиц, заинтересованных в написании статей, проведении выступлений и презентаций, реализации прочих образовательных и популяризаторских методов внедрения нового протокола.

Конференции и совещания Форума.Первое официальное заседание Форума, проведенное совместно с проблемной группой проектирования Интернета – IETF в июле 1999 года в Осло, предназначалось более для правления Форума, чем для широкой общественности.

В октябре 1999 года в Париже была проведена Первая Всемирная IPv6 Конференция. Организатором конференции выступила компания THOMSON-CSF DETEXIS, France при поддержке ERICSSON, ALCATEL, GITER. На конференции были затронуты самые важные аспекты разработки и продвижения протокола нового поколения:

• работа IETF над стандартами протокола;
• стратегии перехода на новую версию;
• IPv6 в беспроводных сетях будущего;
• IPv6 и следующее поколение сотовой телефонии;
• качество сервиса в новых IP сетях;
• использование IPv6 в виртуальных частных сетях;
• автоматическая конфигурация, интеллектуальные особенности IPv6;
• вопросы организации Форума.

Первая международная IPv6 конференция имела большой успех и сыграла важную роль в организации последующих встреч по вопросам дальнейшего продвижения IPv6.

Форум всецело приветствует инициативы проведения подобных мероприятий, как локального, так и глобального масштаба под эгидой международного Форума или его национальных отделений.

Альянсы Форума с различными организациямиРешая вопросы продвижения протокола нового поколения, Форум немалую роль отводит сотрудничеству со всеми организациями, заинтересованными в этом.

И пример тому – заключение Форумом соглашений о сотрудничестве с UMTS (Universal Mobile Te-le-com-mu-ni-cations System) в октябре 1999 г. и с ETSI (European Telecommunications Standards Institute) – в ноябре 1999 года. Соглашения направлены на внедрение нового протокола на рынок мобильного мультимедийного сервиса, обеспечение качественного и безопасного обслуживания, разрешения возникающих проблем в вопросах разработки приложений, базирующихся на IP.

Мировой статус продвижения IPv6Изучая вопрос проникновения IPv6 и степень его реализации в различных регионах мира, можно условно выделить несколько областей, локально объединяющих свои усилия и цели как в технологическом, так и в неразрывно связанных с ним политическом и экономическом аспектах.

Азиатско-Тихоакеанский регионВ этом регионе проблема исчерпания IPv4 адресов проявляется особенно явственно, и Региональный Регистратор Интернет-адресов находится в достаточно тяжелом положении, что естественно усиливает активность организаций в решении возникшей проблемы. Именно здесь получили свое широкое развитие всемирно известные ведущие проекты по продвижению нового протокола:

• WIDE (http://www.v6.wide.ad.jp)
• KAME (http://www.kame.net)
• TAHI (http://www.tahi.org)

ЕвропаВопрос обеспечения мобильности стал в Европе достаточно сильным фактором для внедрения IPv6. Именно этот факт содействовал подписанию соглашения об объединении усилий между Европейским институтом телекоммуникационных стандартов и IPv6 Форумом. Кроме того, соглашения о сотрудничестве подписаны между Форумом Универсальных Мобильных Телекоммуникационных Систем (UMTS) и IPv6 Форумом, Ассоциацией GSM и 3GPP (The Third Generation Partner-ship Project), чья деятельность направлена на глобальную стандартизацию для выработки технических спецификаций для мобильной системы третьего поколения, базирующейся на GSM сетях и Radio Interface (UTRA).

Северная АмерикаМногие аспекты IPv6, от основ стандартизации до технологий реализации и тестирования, берут свои истоки именно здесь.

Чтобы убедиться в этом, достаточно обратиться к проекту 6BONE (http://6bone.net), создавшему экспериментальный Интернет нового поколения для тестирования протоколов маршрутизации и взаимодействия сетей на уровне опорной структуры IPv6. Появившись как исследовательская площадка рабочей группы IETF, проект 6BONE превратился в добровольное объединение сетей Северной Америки, а вскоре Европы и Японии, которое накапливает опыт работы с IPv6 и координирует свою активность с соответствующими комитетами IETF.

Другим важным аспектом активной деятельности в области IPv6 является создание проекта 6REN (http://www.6ren.net), участниками которого являются исключительно организации стран Северной Америки. Это координационная инициатива исследовательских и академических сетей, которые предоставляют высококачественный транзитный сервис IPv6 в рабочем порядке.

6TAP (http://www.6tap.net) – инициатива создания центрального IPv6 маршрутизатора в Чикаго, обеспечивающего соединение между IPv6 сетями и Freenet/Viagenie (http://www.freenet6.net and http://www.viagenie.qc.ca) путем автоматического туннелирования.

Однако вместе с тем коммерческое продвижение IPv6 в этом регионе осуществляется достаточно медленно: только 2 коммерческих IPv6 адресных сегмента из 20 в мире зарезервированы для Северной Америки. Хотя, возможно, проблема исчерпания адресного пространства просто еще не коснулась достаточно остро данного региона.

Россия

Тесные связи сотрудничества установились между официальным IPv6 Форумом, Российским национальным IPv6 Форумом, созданным специалистами Ярославского государственного университета им. П. Г. Демидова, и академической исследовательской сетью FREEnet, сервис-провайдером IPv6 услуг. Цель Российского Форума – создание активного форума российских компаний и организаций, заинтересованных в исследовании, внедрении и применении Интернет-технологий нового поколения.

Российскую часть 6Bone представляют: Институт ядерных исследований РАН (Москва), Институт системного программирования РАН (Москва), Ярославский государственный университет (Ярославль), Уральская государственная академия железнодорожного транспорта (Екатеринбург), Научно-технический центр «Атлас» (Рязань).

Остальной мирЧто касается остальных стран мира, то следует отметить наиболее активную деятельность таких стран, как Индия, Сингапур, Австралия, Мехико, Корея. Это и неудивительно, перед нами страны высокоразвитой индустрии, расположенные вблизи передовых стран по развитию протокола нового поколения (Япония, США).

Общие наблюденияЕсли, в заключение, окинуть взглядом весь мир целиком, то мы обнаружим уже сотни успешно реализованных проектов. Их выполняли реальные корпорации, реальные академические и исследовательские институты, реальные пользователи сетей. Вот некоторые из них: 6Ren, 6Init, 6Tap, FREEnet, WIDE, US Navy, Euro-control. Подробнейшая и постоянно возрастающая за счет новых проектов информация располагается на WWW-сервере IPv6 Форума http://www.ipv6forum.com и WWW-сервере проекта 6BONE. На серверах отслеживаются все события, происходящие в мире IPv6:

• новости прессы, сетевого оборудования, программного обеспечения;
• анонсы, регистрационные материалы, презентации и доклады конференций;
• списки членов-учредителей и действующих членов с ссылками на их Web-сервера, уставные документы для новых членов Форума;
• проекты по внедрению нового Интернет-протокола со всего мира, Европейского Сообщества, образовательные, по вопросам мониторинга;
• технологические ресурсы: статьи и отчеты, программные стеки с поддержкой IPv6 для хостов с различными операционными системами, маршрутизаторов, сетевых приложений (ftp, www, mail, news, java, chat);
• ссылки на важные информационные Web-ресурсы по IPv6, листы рассылки, Советы по стандартизации, сайты для экспериментов и тестирования.

IPv6 в Ярославской региональной сетиЧто касается Ярославской региональной сети, то наша цель здесь не только начать использовать новую технологию, но и детально отработать все аспекты применения ее, как в территориальной, так и в Intranet сети. Тщательная проработка таких вопросов, как реализация системы маршрутизации, управления сетью, системы шлюзов и элементов системы безопасности, отражена в виде информационных материалов, размещаемых на созданном Web-сервере по IPv6 и доступных для всех российских и зарубежных коллег, занимающихся исследованиями IPv6 или реализацией этой технологии.

Web-сервер Российского IPv6 Форума (http://www.ipv6.ru) не только предоставляет российским сетевым администраторам и разработчикам приложений информацию с официального сервера Форума, но и активно отслеживает события по продвижению протокола нового поколения в России, включая статьи и презентации российских исследователей, учреждает для более тесного и продуктивного сотрудничество членство в Российском IPv6 Форуме, содействует русскоязычному общению через локальные листы рассылки.

Российский IPv6 Форум, представляемый командами Ярославского государственного университета им. П. Г. Демидова и Центра управления академической сети FREEnet, еще только формируется и открыт для всех предложений о сотрудничестве!

---

¹ Статья подготовлена по материалам деятельности Центра Интернет Ярославского госуниверситета при поддержке грантами РФФИ N 98-07-90307 и N 00-07-90213.

---

&copy Информационное общество, 2000, вып. 2, с. 53 - 58.