Форматы адресов IPv6

Проблема внутрисайтовых адресов и ее решение

Последний вопрос, связанный с адресацией IPv6, может показаться неожиданным. Он таков: как нам быть с внутрисайтовыми индивидуальными адресами? Постойте, ведь совсем недавно мы сами же ввели их в обсуждение, а затем активно использовали в примерах, когда нам требовались области разной величины…

Проблема здесь исключительно в том, что мы опирались на идею сайта, которая имеет не так уж много общего с практикой эксплуатации сетей. Наш идеальный сайт представлял собой четко обозначенную территорию с незыблемыми границами, тогда как на практике оба качества, определенность и неизменность, подвержены постоянным испытаниям со стороны объективной реальности. Самое опасное из них — это объединение сайтов. Представьте себе, что две организации, сети которых построены на внутрисайтовых адресах, решили объединиться. Естественно, им захочется провести слияние сетей. Если организациям повезет, то их множества подсетей окажутся непересекающимися. Тогда уже назначенные адреса сохранят уникальность, и достаточно будет пересмотреть индексы зон на бывших пограничных узлах, чтобы вместо двух сайтов образовался один. Но, несмотря на внушительную величину блока внутрисайтовых адресов, /10, вероятность конфликта велика благодаря человеческому фактору. Как вы думаете, какие префиксы предпочитают администраторы сетей? Правильно, те из них, что можно покороче записать и полегче запомнить: FEC0:0:1::/48, FEC0:0:0:1::/64 и т.п. Поэтому при объединении двух больших сайтов наверняка возникнет хотя бы несколько конфликтов в адресном пространстве.

Так мы приходим к довольно неожиданному выводу: частные адреса IPv6 должны обладать глобальной уникальностью. Конечно, они по-прежнему непригодны для использования в Internet, но их уникальность значительно облегчит сосуществование и взаимодействие разных сайтов. Например, несколько сайтов по взаимной договоренности смогут открыть доступ друг другу к своим ресурсам и создать сеть сетей, этакий "частный Internet". Безусловно, это потребует работы на разных уровнях, но, по крайней мере, у них не будет проблем с адресацией.

Решить поставленную задачу нам поможет относительно большая длина адреса IPv6. Согласно нашим рассуждениям о ней, каждому сайту полагается префикс длиной 48 бит. Если 8 старших бит занять общепринятым префиксом, единым для всех частных адресов, то под уникальный идентификатор сайта остается 40 бит. Какова будет вероятность конфликта, если N сайтов выберут эти 40 бит совершенно случайным образом? Эта задача известна в теории вероятности как парадокс именин или задача о днях рождения. Парадокс здесь заключается в том, что искомая вероятность намного выше, нежели вероятность угадать заранее выбранную величину из того же диапазона, которая в данном случае составляет . Проведем вычисление по приближенной формуле^{12 M. Sayrafiezadeh. The Birthday Problem Revisited. Math. Mag. 67, 220-223, 1994.} : , где — число участников (сайтов), а — число вариантов (в нашем случае ). Эта формула дает вероятность парного конфликта, когда один и тот же случайный выбор делают два сайта. В Табл. 2.5 приведены значения такой вероятности для разных порядков величины N (числа участников). Вероятность конфликта более высокого порядка (тройного, четверного и т.д.) будет существенно ниже, так что ей можно пренебречь.

Таблица 2.5. Вероятность парного конфликта при случайном выборе 40 бит

N	p
2
10
102
103
104
105
106
107

Достаточно ли низки найденные нами вероятности? Для настоящей глобальной уникальности, видимо, нет. Так, миллион сайтов создаст конфликт с вероятностью треть. Однако этот конфликт вызовет практические трудности, только если весь миллион сайтов решит объединиться, что крайне маловероятно .^{13 Численную оценку этой маловероятности мы оставим читателю.} Это наблюдение помогает нам лучше понять наши собственные намерения. Нет, мы не готовим техническую базу для создания альтернативной глобальной сети на частных адресах. Мы всего лишь хотим, чтобы взаимодействие разумного числа сайтов происходило, с хорошей вероятностью, без проблем с адресацией. Но какое число сайтов считать разумным, а какую вероятность хорошей? Достаточно очевидно, что взаимодействие сайтов потребует не только технических, но и административных механизмов. Если число сайтов действительно велико (100, 1000…), то им окажется проще действовать посредством Internet, где все необходимые механизмы уже созданы и отлажены. Так что интуитивно понятно, что 1000 сайтов — это уже практически недостижимая величина. И, тем не менее, при объединении 1000 сайтов вероятность конфликта — всего лишь один случай из более чем двух миллионов.

Мы признаем, что проверка дала удовлетворительные результаты, а адреса на основе случайных префиксов при длине случайного поля 40 бит обладают требуемыми свойствами. Нам осталось зафиксировать их название и формат.

Адрес на основе случайного префикса получил название уникальный локальный адрес (unique local address, ULA) [RFC 4193]. Хотя вероятность конфликта между случайными префиксами пренебрежимо мала, она все же не равна нулю, и поэтому ULA можно считать глобально уникальным лишь условно.

Теперь завершим работу над техническими деталями ULA [§3 RFC 4193]. Восьмибитный общепринятый префикс, отличающий ULA от других адресов — это FD00::/8. За ним следуют 40 случайных бит — глобальный идентификатор. Вместе префикс FD00::/8 и глобальный идентификатор образуют префикс /48. Следующие 16 бит, как обычно, доступны сайту для деления на подсети, /64 каждая. Тогда окончательный формат адреса ULA будет таким, как показано на рис. 2.10. Например, если случайный идентификатор сайта оказался равен 0x123456789A, то префикс сайта будет таким: FD12:3456:789A::/48. Разумеется, на практике следует использовать настоящий, качественный генератор случайных значений, чтобы вероятность конфликта оставалась минимальной.

Рис. 2.10. Формат адреса ULA

Какова область действия ULA? Мы хотели отказаться от понятия сайта как точного технического и географического определения и дать частным сетям возможность объединяться и взаимодействовать без границ, так что область действия ULA глобальная, а зона та же самая, что и у публичных адресов IPv6. Тем не менее, это вовсе не означает, что ULA имеют право появляться в Internet, ибо они остаются уникальными, только пока встречается ограниченное число сайтов.

Теперь, когда мы располагаем ULA, можно позволить себе отказаться от применения внутрисайтовых адресов на практике. Хотя IETF официально упразднил внутрисайтовые адреса еще раньше [§4 RFC 3879], только разумная альтернатива способна побудить пользователей IPv6 наконец-то последовать этому указанию.