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Agotamiento de las direcciones IPv4

Cronología del agotamiento de las direcciones IPv4

El agotamiento de las direcciones IPv4 es el agotamiento del conjunto de direcciones IPv4 no asignadas . Debido a que la arquitectura original de Internet tenía menos de 4.300 millones de direcciones disponibles, se ha anticipado su agotamiento desde finales de los años 1980, cuando Internet comenzó a experimentar un crecimiento espectacular. Este agotamiento es una de las razones para el desarrollo y despliegue de su protocolo sucesor , IPv6 . [1] IPv4 e IPv6 coexisten en Internet.

El espacio de direcciones IP es administrado globalmente por la Autoridad de Números Asignados de Internet (IANA) y por cinco registros regionales de Internet (RIR) responsables en sus territorios designados de la asignación a usuarios finales y registros locales de Internet , como los proveedores de servicios de Internet . Las principales fuerzas del mercado que aceleraron el agotamiento de las direcciones IPv4 incluyeron el rápido crecimiento del número de usuarios de Internet, dispositivos siempre activos y dispositivos móviles.

La escasez prevista ha sido el factor determinante en la creación y adopción de varias tecnologías nuevas, incluida la traducción de direcciones de red (NAT), el enrutamiento entre dominios sin clases (CIDR) en 1993 y el IPv6 en 1998. [2]

El agotamiento del nivel superior se produjo el 31 de enero de 2011. [3] [4] [5] [6] Todos los RIR han agotado sus grupos de direcciones, excepto aquellos reservados para la transición a IPv6 ; esto ocurrió el 15 de abril de 2011 para Asia-Pacífico ( APNIC ), [7] [8] [9] el 10 de junio de 2014 para América Latina y el Caribe ( LACNIC ), [10] el 24 de septiembre de 2015 para América del Norte ( ARIN ), [11] el 21 de abril de 2017 para África ( AfriNIC ), [12] y el 25 de noviembre de 2019 para Europa, Medio Oriente y Asia Central ( RIPE NCC ). [13] Estos RIR aún asignan direcciones recuperadas o direcciones reservadas para un propósito especial. Los ISP individuales todavía tienen grupos de direcciones IP no asignadas y podrían reciclar direcciones que los suscriptores ya no necesitan.

Vint Cerf co-creó TCP/IP pensando que era un experimento y admitió que pensaba que 32 bits eran suficientes. [14] [15] [16] [17]

direccionamiento IP

A cada nodo de una red de Protocolo de Internet (IP), como una computadora , un enrutador o una impresora de red , se le asigna una dirección IP para cada interfaz de red, que se utiliza para localizar e identificar el nodo en las comunicaciones con otros nodos de la red. La versión 4 del Protocolo de Internet proporciona 2 32 (4.294.967.296) direcciones. Sin embargo, grandes bloques de direcciones IPv4 están reservados para usos especiales y no están disponibles para su asignación pública.

La estructura de direcciones IPv4 proporciona una cantidad insuficiente de direcciones enrutables públicamente para proporcionar una dirección distinta a cada dispositivo o servicio de Internet. Este problema se ha mitigado durante algún tiempo mediante cambios en la asignación de direcciones y la infraestructura de enrutamiento de Internet. La transición del direccionamiento de red con clase al enrutamiento entre dominios sin clase retrasó sustancialmente el agotamiento de las direcciones. Además, la traducción de direcciones de red (NAT) permite a los proveedores de servicios de Internet y a las empresas enmascarar el espacio de direcciones de red privada con una sola dirección IPv4 enrutable públicamente en la interfaz de Internet de un enrutador de Internet principal, en lugar de asignar una dirección pública a cada dispositivo de red.

Agotamiento de direcciones

Si bien la razón principal del agotamiento de las direcciones IPv4 es la capacidad insuficiente en el diseño de la infraestructura de Internet original, varios factores adicionales han agravado las deficiencias. Cada uno de ellos aumentó la demanda de la oferta limitada de direcciones, a menudo de maneras no previstas por los diseñadores originales de la red.

Dispositivos móviles
A medida que IPv4 se convirtió cada vez más en el estándar de facto para la comunicación digital en red y el costo de incorporar una potencia informática sustancial en dispositivos portátiles disminuyó, los teléfonos móviles se han convertido en servidores de Internet viables. Las nuevas especificaciones de dispositivos 4G requieren direccionamiento IPv6.
Conexiones siempre activas
A lo largo de la década de 1990, el modo predominante de acceso a Internet para los consumidores era el acceso telefónico por módem . El rápido aumento en el número de redes de acceso telefónico aumentó las tasas de consumo de direcciones, aunque era común que los grupos de módems y, como resultado, el grupo de direcciones IP asignadas, se compartieran entre una gran base de clientes. Sin embargo, en 2007, el acceso a Internet de banda ancha había comenzado a superar el 50% de penetración en muchos mercados. [18] Las conexiones de banda ancha siempre están activas, ya que los dispositivos de entrada (enrutadores, módems de banda ancha) rara vez se apagan, por lo que la adopción de direcciones por parte de los proveedores de servicios de Internet continuó a un ritmo acelerado.
Demografía de Internet
El mundo desarrollado está formado por cientos de millones de hogares. En 1990, sólo una pequeña fracción de ellos tenía acceso a Internet. Sólo 15 años después, casi la mitad de ellos tenían conexiones de banda ancha persistentes. [19] Los numerosos nuevos usuarios de Internet en países como China e India también están provocando el agotamiento de las direcciones.
Uso ineficiente de direcciones
A las organizaciones que obtuvieron direcciones IP en la década de 1980 a menudo se les asignaron muchas más direcciones de las que realmente necesitaban, porque el método inicial de asignación de red con clases era inadecuado para reflejar un uso razonable. Por ejemplo, a grandes empresas o universidades se les asignaron bloques de direcciones de clase A con más de 16 millones de direcciones IPv4 cada uno, porque la siguiente unidad de asignación más pequeña, un bloque de clase B con 65.536 direcciones, era demasiado pequeña para las implementaciones previstas.
Muchas organizaciones continúan utilizando direcciones IP públicas para dispositivos a los que no se puede acceder fuera de su red local. Desde el punto de vista de la asignación global de direcciones, esto es ineficiente en muchos casos, pero existen escenarios en los que esto se prefiere en las estrategias de implementación de la red organizacional. [ cita necesaria ]
Debido a las ineficiencias causadas por la subred , es difícil utilizar todas las direcciones en un bloque. La relación de densidad de host, tal como se define en RFC 3194, es una métrica para el uso de bloques de direcciones IP que se utiliza en las políticas de asignación.

Esfuerzos de mitigación

Los esfuerzos para retrasar el agotamiento del espacio comenzaron con el reconocimiento del problema a principios de la década de 1990 y la introducción de una serie de mejoras provisionales para hacer que la estructura existente funcione de manera más eficiente, como métodos CIDR y políticas estrictas de asignación basadas en el uso.

El Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet (IETF) creó el Grupo de Enrutamiento y Direccionamiento (ROAD) en noviembre de 1991 para responder al problema de escalabilidad causado por el sistema de asignación de redes con clases vigente en ese momento. [20] [2]

IPv6, la tecnología sucesora de IPv4, fue diseñada para abordar este problema. Soporta aproximadamente3,4 × 10 38 direcciones de red. [21] Aunque en 2008 el agotamiento previsto ya se acercaba a sus etapas finales, la mayoría de los proveedores de servicios de Internet y proveedores de software apenas estaban comenzando a implementar IPv6 en ese momento. [22]

Otros esfuerzos y tecnologías de mitigación incluyen:

Fechas de agotamiento e impacto

Agotamiento de las direcciones IPv4 desde 1995
Tasa de asignación de direcciones IPv4 por RIR
Proyección de Geoff Huston sobre la evolución del pool de IP para cada RIR

El 31 de enero de 2011, los dos últimos bloques de direcciones IANA /8 no reservados se asignaron a APNIC de acuerdo con los procedimientos de solicitud del RIR. Esto dejó cinco bloques /8 reservados pero no asignados . [7] [25] [26] De acuerdo con las políticas de ICANN , la IANA procedió a asignar uno de esos cinco /8 s a cada RIR, agotando el grupo de la IANA, [27] en una ceremonia y conferencia de prensa el 3 de febrero de 2011.

Los diversos bloques de direcciones heredados con administración históricamente dividida entre los RIR se distribuyeron a los RIR en febrero de 2011. [28]

APNIC fue el primer registro regional de Internet que se quedó sin direcciones IPv4 asignadas libremente, el 15 de abril de 2011. Esta fecha marcó el punto en el que no a todos los que necesitaban una dirección IPv4 se les podía asignar una. Como consecuencia de este agotamiento, la conectividad de extremo a extremo requerida por aplicaciones específicas no estará disponible universalmente en Internet hasta que IPv6 esté completamente implementado. Sin embargo, los hosts IPv6 no pueden comunicarse directamente con los hosts IPv4 y deben comunicarse mediante servicios de puerta de enlace especiales. Esto significa que las computadoras de uso general aún deben tener acceso IPv4, por ejemplo a través de NAT64, además de la nueva dirección IPv6, lo que supone más esfuerzo que simplemente admitir IPv4 o IPv6. Se espera que la demanda de IPv6 se generalice en tres o cuatro años. [29]

A principios de 2011, sólo entre el 16% y el 26% de las computadoras eran compatibles con IPv6, mientras que solo el 0,2% prefería el direccionamiento IPv6 [30] y muchos utilizaban métodos de transición como el túnel Teredo . [31] Alrededor del 0,15% del millón de sitios web principales eran accesibles mediante IPv6 en 2011. [32] Para complicar las cosas, entre el 0,027% y el 0,12% de los visitantes no pudieron acceder a sitios de doble pila, [33] [34] pero un porcentaje mayor (0,27 %) no pudo acceder a sitios solo IPv4. [35] Las tecnologías de mitigación del agotamiento de IPv4 incluyen el uso compartido de direcciones IPv4 para acceder a contenido IPv4, la implementación de doble pila de IPv6, la traducción de protocolos para acceder a contenidos con direcciones IPv4 y IPv6, y puentes y túneles para evitar enrutadores de protocolo único. Los primeros signos de una adopción acelerada de IPv6 después del agotamiento de la IANA son evidentes. [36]

Agotamiento regional

Todos los RIR han reservado un pequeño grupo de direcciones IP para la transición a IPv6 (por ejemplo, NAT de nivel de operador ), del cual cada LIR normalmente puede obtener como máximo 1024 en total. ARIN [37] y LACNIC [38] reservan el último /10 para la transición a IPv6. APNIC y RIPE NCC han reservado el último bloque /8 obtenido para la transición a IPv6. AFRINIC reserva un bloque /11 para este fin. [39] Cuando sólo queda este último bloque, se dice que el suministro de direcciones IPv4 del RIR está "agotado".

Registros regionales de Internet
Un cronograma para el agotamiento de IPv4 en la IANA y los RIR.

APNIC fue el primer RIR en restringir las asignaciones a 1024 direcciones para cada miembro, ya que su grupo alcanzó niveles críticos de un bloque /8 el 14 de abril de 2011. [7] [40] [41] [42] [43] [44] El APNIC RIR es responsable de la asignación de direcciones en el área de más rápida expansión de Internet, incluidos los mercados emergentes de China e India.

RIPE NCC , el registro regional de Internet para Europa, fue el segundo RIR en agotar su conjunto de direcciones el 14 de septiembre de 2012. [45]

El 10 de junio de 2014, LACNIC , el registro regional de Internet para América Latina y el Caribe, fue el tercer RIR en agotar su conjunto de direcciones. [46] [47]

ARIN se agotó el 24 de septiembre de 2015. [48] ARIN no ha podido asignar solicitudes grandes desde julio de 2015, pero aún se estaban atendiendo solicitudes más pequeñas. [49] Después del agotamiento de IANA, las solicitudes de espacio de direcciones IPv4 quedaron sujetas a restricciones adicionales en ARIN, [50] y se volvieron aún más restrictivas después de alcanzar el último /8 en abril de 2014. [37]

El 31 de marzo de 2017, AFRINIC se convirtió en el último registro regional de Internet en agotar su último bloque /8 de direcciones IPv4 (102/8), desencadenando así la primera fase de su política de agotamiento de IPv4. [51] "El 13 de enero de 2020, AFRINIC aprobó un prefijo IPv4 que resultó en no más de un /11 de espacio no reservado disponible en el /8 final", lo que desencadenó su Fase 2 de agotamiento de IPv4. [52]

El 25 de noviembre de 2019, RIPE NCC anunció [53] que había realizado su "asignación final /22 IPv4 de las últimas direcciones restantes en nuestro grupo disponible. Ahora nos hemos quedado sin direcciones IPv4". RIPE NCC continuará asignando direcciones IPv4, pero solo "de organizaciones que han cerrado o han cerrado, o de redes que devuelven direcciones que ya no necesitan. Estas direcciones se asignarán a nuestros miembros (LIR) según su posición. en una nueva lista de espera..." El anuncio también pedía apoyo para la implementación del despliegue de IPv6 .

Impacto del agotamiento de APNIC RIR y LIR

Los sistemas que requieren conectividad intercontinental tendrán que lidiar con la mitigación del agotamiento debido al agotamiento de APNIC. En APNIC, los LIR existentes podían solicitar existencias de doce meses antes de que se agotaran cuando estuvieran utilizando más del 80% del espacio que se les había asignado. [54] Desde el 15 de abril de 2011, fecha en la que APNIC alcanzó su último bloque /8 , cada miembro (actual o futuro) solo podrá obtener una asignación de 1024 direcciones (un bloque /22 ) una vez. [55] [56] Como muestra la pendiente de la línea del grupo APNIC en el gráfico "Proyección de Geoff Huston de la evolución del grupo IP para cada RIR" a la derecha, el último bloque /8 se habría vaciado en un mes sin esta política. Según la política de APNIC, cada miembro actual o futuro puede recibir solo un bloque /22 de este último /8 (hay 16384 bloques /22 en el último bloque /8 ). Dado que actualmente hay alrededor de 3000 miembros de APNIC y alrededor de 300 nuevos miembros de APNIC cada año, APNIC espera que este último bloque /8 dure muchos años. [57] Desde la redistribución del espacio recuperado, APNIC está distribuyendo un /22 adicional a cada miembro que lo solicite.

Los miembros de APNIC pueden utilizar las 1.024 direcciones en el bloque /22 para suministrar NAT44 o NAT64 como servicio en una red IPv6. Sin embargo, en un nuevo ISP grande, 1024 direcciones IPv4 podrían no ser suficientes para proporcionar conectividad IPv4 a todos los clientes debido a la cantidad limitada de puertos disponibles por dirección IPv4. [58]

Los registros regionales de Internet (RIR) para Asia (APNIC) y América del Norte tienen una política llamada Política de transferencia de direcciones IPv4 entre RIR, que permite transferir direcciones IPv4 de América del Norte a Asia. [59] [60] La política ARIN se implementó el 31 de julio de 2012. [60]

Se han establecido empresas de intermediarios de IPv4 para facilitar estas transferencias. [61]

Avisos de agotamiento notables

Las estimaciones del tiempo de agotamiento completo de las direcciones IPv4 variaron ampliamente a principios de la década de 2000. En 2003, Paul Wilson (director de APNIC ) afirmó que, según las tasas de despliegue vigentes en ese momento, el espacio disponible duraría una o dos décadas. [62] En septiembre de 2005, un informe de Cisco Systems sugirió que el conjunto de direcciones disponibles se agotaría en tan solo 4 a 5 años. [63] En el último año antes del agotamiento, las asignaciones de IPv4 se estaban acelerando, lo que provocó que el agotamiento tendiera a fechas anteriores.

Mitigación post-agotamiento

En 2008, la planificación de políticas para el final del juego y la era posterior al agotamiento estaba en marcha. [72] Se han discutido varias propuestas para retrasar la escasez de direcciones IPv4:

Recuperación de espacio IPv4 no utilizado

Antes y durante la época en que todavía se utilizaba el diseño de red con clases como modelo de asignación, se asignaban grandes bloques de direcciones IP a algunas organizaciones . Desde el uso de CIDR, la Autoridad de Números Asignados de Internet (IANA) podría potencialmente recuperar estos rangos y reemitir las direcciones en bloques más pequeños. [ cita necesaria ] ARIN, RIPE NCC y APNIC tienen una política de transferencia, de modo que las direcciones pueden devolverse, con el propósito de reasignarse a un destinatario específico. [73] [74] [75] Sin embargo, puede resultar costoso en términos de costo y tiempo volver a numerar una red grande, por lo que es probable que estas organizaciones se opongan, con posibles conflictos legales. Sin embargo, incluso si todos estos fueran reclamados, solo resultaría en posponer la fecha de agotamiento de la dirección.

De manera similar, los bloques de direcciones IP se han asignado a entidades que ya no existen y algunos bloques de direcciones IP asignados o gran parte de ellos nunca se han utilizado. No se ha llevado a cabo una contabilidad estricta de las asignaciones de direcciones IP, y se necesitaría un esfuerzo significativo para rastrear qué direcciones realmente no se utilizan, ya que muchas se utilizan sólo en intranets . [ cita necesaria ]

Parte del espacio de direcciones previamente reservado por la IANA se agregó al grupo disponible. Ha habido propuestas para utilizar el rango de red de clase E de direcciones IPv4 [76] [77] (lo que agregaría 268,4 millones de direcciones IP al conjunto disponible), pero muchos sistemas operativos y firmware de computadoras y enrutadores no permiten el uso de estas direcciones. . [63] [78] [79] [80] Por esta razón, las propuestas han buscado no designar el espacio clase E para asignación pública, sino proponer permitir su uso privado para redes que requieren más espacio de direcciones del que está disponible actualmente. a través de RFC 1918.

Varias organizaciones han devuelto grandes bloques de direcciones IP. En particular, la Universidad de Stanford renunció a su bloque de direcciones IP de Clase A en 2000, dejando disponibles 16 millones de direcciones IP. [81] Otras organizaciones que lo han hecho incluyen el Departamento de Defensa de los Estados Unidos , BBN Technologies e Interop . [82]

Mercados en direcciones IP

La creación de mercados para comprar y vender direcciones IPv4 se ha considerado una solución al problema de la escasez de IPv4 y un medio de redistribución. Los principales beneficios de un mercado de direcciones IPv4 son que permite a los compradores mantener la funcionalidad de la red local sin interrupciones. [83] [84] La adopción de IPv6, aunque está en progreso, actualmente todavía [ ¿ cuándo? ] en las primeras etapas. [85] Requiere una importante inversión de recursos y plantea problemas de incompatibilidad con IPv4, así como ciertos riesgos de seguridad y estabilidad. [86] [87]

Mecanismos de transición

A medida que se agote el grupo de direcciones IPv4, algunos ISP no podrán proporcionar direcciones IPv4 enrutables globalmente a los clientes. Sin embargo, es probable que los clientes requieran acceso a servicios en Internet IPv4. Se han desarrollado varias tecnologías para proporcionar servicios IPv4 a través de una red de acceso IPv6.

En NAT IPv4 a nivel de ISP, los ISP pueden implementar la traducción de direcciones de red IPv4 dentro de sus redes y asignar direcciones IPv4 privadas a los clientes. Este enfoque puede permitir a los clientes seguir utilizando el hardware existente. Algunas estimaciones para NAT sostienen que los ISP estadounidenses tienen entre 5 y 10 veces la cantidad de IP que necesitan para atender a sus clientes existentes. [95]

Sin embargo, la asignación de direcciones IPv4 privadas a los clientes puede entrar en conflicto con las asignaciones de IP privadas en las redes de los clientes. Además, es posible que algunos ISP tengan que dividir su red en subredes para permitirles reutilizar direcciones IPv4 privadas, lo que complica la administración de la red. También existe la preocupación de que las características de NAT de nivel de consumidor, como DMZ , STUN , UPnP y puertas de enlace a nivel de aplicación , puedan no estar disponibles a nivel de ISP. La NAT a nivel de ISP puede dar como resultado una traducción de direcciones de múltiples niveles, lo que probablemente complicará aún más el uso de tecnologías como el reenvío de puertos utilizados para ejecutar servidores de Internet dentro de redes privadas. [ cita necesaria ]

NAT64 traduce las solicitudes IPv6 de los clientes a solicitudes IPv4. Esto evita la necesidad de aprovisionar direcciones IPv4 a los clientes y permite que los clientes que solo admiten IPv6 accedan a los recursos IPv4. Sin embargo, este enfoque requiere un servidor DNS con capacidad DNS64 y no puede admitir dispositivos cliente que solo utilicen IPv4.

DS-Lite (Dual-Stack Light) utiliza túneles desde el equipo de las instalaciones del cliente hasta un traductor de direcciones de red en el ISP. [96] El equipo de las instalaciones del consumidor encapsula los paquetes IPv4 en un contenedor IPv6 y los envía a un host conocido como elemento AFTR . El elemento AFTR desencapsula los paquetes y realiza la traducción de direcciones de red antes de enviarlos a la Internet pública. La NAT en AFTR utiliza la dirección IPv6 del cliente en su tabla de mapeo NAT. Esto significa que diferentes clientes pueden usar las mismas direcciones IPv4 privadas, evitando así la necesidad de asignar direcciones IP IPv4 privadas a los clientes o usar múltiples NAT.

Dirección más puerto permite compartir sin estado direcciones IP públicas basadas en números de puerto TCP/UDP. A cada nodo se le asigna una dirección IPv4 y un rango de números de puerto para usar. A otros nodos se les puede asignar la misma dirección IPv4 pero un rango diferente de puertos. La técnica evita la necesidad de mecanismos de traducción de direcciones con estado en el núcleo de la red, dejando así a los usuarios finales el control de su propia traducción de direcciones. [97]

Solucion de largo plazo

La implementación de IPv6 es la solución basada en estándares para la escasez de direcciones IPv4. [8] IPv6 está respaldado e implementado por todos los organismos de estándares técnicos de Internet y proveedores de equipos de red. Abarca muchas mejoras de diseño, incluida la sustitución del formato de dirección IPv4 de 32 bits por una dirección de 128 bits que proporciona un espacio de direcciones sin limitaciones en el futuro previsible. IPv6 ha estado en despliegue de producción activo desde junio de 2006, después de que cesaron las pruebas y evaluaciones organizadas a nivel mundial en el proyecto 6bone . La interoperabilidad para hosts que utilizan sólo protocolos IPv4 se implementa con una variedad de mecanismos de transición IPv6 .

Ver también

Referencias

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