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Agotamiento de direcciones IPv4

Cronología del agotamiento de direcciones IPv4

El agotamiento de direcciones IPv4 es el agotamiento del conjunto de direcciones IPv4 no asignadas . Debido a que la arquitectura original de Internet tenía menos de 4.3 mil millones de direcciones disponibles, se ha anticipado el agotamiento desde fines de la década de 1980, cuando Internet comenzó a experimentar un crecimiento espectacular. Este agotamiento es una de las razones para el desarrollo y la implementación 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 de Internet regionales (RIR) responsables en sus territorios designados de la asignación a los usuarios finales y registros de Internet locales , como los proveedores de servicios de Internet . Las principales fuerzas del mercado que aceleraron el agotamiento de las direcciones IPv4 incluyeron el número rápidamente creciente de usuarios de Internet, dispositivos siempre activos y dispositivos móviles.

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

El agotamiento de nivel superior ocurrió 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 aún tienen grupos de direcciones IP sin asignar 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 232 ( 4.294.967.296) direcciones. Sin embargo, grandes bloques de direcciones IPv4 están reservados para usos especiales y no están disponibles para la asignación pública.

La estructura de direccionamiento 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 infraestructura de asignación y enrutamiento de direcciones de Internet. La transición del direccionamiento de red con clases al enrutamiento entre dominios sin clases 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 privado 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 principal razón del agotamiento de las direcciones IPv4 es la capacidad insuficiente en el diseño de la infraestructura original de Internet, varios factores impulsores adicionales han agravado las deficiencias. Cada uno de ellos aumentó la demanda de la oferta limitada de direcciones, a menudo de maneras que no habían previsto los diseñadores originales de la red.

Dispositivos móviles
A medida que el IPv4 se convirtió en el estándar de facto para las comunicaciones digitales en red y el costo de incorporar una gran capacidad de procesamiento en dispositivos portátiles disminuyó, los teléfonos móviles se convirtieron en servidores de Internet viables. Las nuevas especificaciones de los dispositivos 4G requieren direccionamiento IPv6.
Conexiones siempre activas
Durante la década de 1990, el modo predominante de acceso a Internet por parte de los consumidores era el módem telefónico de acceso telefónico . El rápido aumento del número de redes de acceso telefónico aumentó las tasas de consumo de direcciones, aunque era común que los grupos de módems y, en consecuencia, 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 acceso (routers, módems de banda ancha) rara vez se apagan, de modo 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. Apenas 15 años después, casi la mitad de ellos tenía conexiones de banda ancha permanentes. [19] Los numerosos nuevos usuarios de Internet en países como China y la India también están impulsando el agotamiento de las direcciones.
Uso ineficiente de direcciones
Las organizaciones que obtuvieron direcciones IP en la década de 1980 a menudo recibieron muchas más direcciones de las que realmente necesitaban, porque el método inicial de asignación de red con clases no era adecuado para reflejar un uso razonable. Por ejemplo, a las 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 siguen utilizando direcciones IP públicas para dispositivos a los que no se puede acceder desde fuera de su red local. Desde el punto de vista de la asignación de direcciones globales, esto es ineficiente en muchos casos, pero existen situaciones en las que se prefiere en las estrategias de implementación de la red organizacional. [ cita requerida ]
Debido a las ineficiencias causadas por la división en subredes , 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 políticas de asignación.

Esfuerzos de mitigación

Los esfuerzos para retrasar el agotamiento del espacio de direcciones comenzaron con el reconocimiento del problema a principios de la década de 1990 y la introducción de una serie de mejoras provisionales para que la estructura existente funcionara 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 red con clases vigente en ese momento. [20] [2]

IPv6, la tecnología sucesora de IPv4, fue diseñada para solucionar este problema. Admite 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 vendedores de software apenas estaban comenzando a implementar IPv6 en ese momento. [22]

Otros esfuerzos y tecnologías de mitigación incluyen:

Fechas de agotamiento y su impacto

Agotamiento de 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 /8 no reservados de la IANA se asignaron a APNIC de acuerdo con los procedimientos de solicitud de los RIR. Esto dejó cinco bloques /8 reservados pero no asignados . [7] [25] [26] De acuerdo con las políticas de la ICANN , la IANA procedió a asignar uno de esos cinco bloques /8 a cada RIR, agotando así el fondo de la IANA, [27] en una ceremonia y conferencia de prensa celebrada 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 todos los que necesitaban una dirección IPv4 podían obtener una. Como consecuencia de este agotamiento, la conectividad de extremo a extremo requerida por aplicaciones específicas no estará disponible universalmente en Internet hasta que se implemente completamente IPv6. Sin embargo, los hosts IPv6 no pueden comunicarse directamente con los hosts IPv4 y deben comunicarse utilizando servicios de puerta de enlace especiales. Esto significa que las computadoras de propósito general aún deben tener acceso a IPv4, por ejemplo a través de NAT64, además de la nueva dirección IPv6, lo que implica más esfuerzo que simplemente admitir IPv4 o IPv6. [29]

A principios de 2011, solo 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 muchas usaban métodos de transición como la tunelización 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 los sitios de doble pila, [33] [34] pero un porcentaje mayor (0,27 %) no pudo acceder a los sitios que solo admitían 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 IPv6, la traducción de protocolos para acceder a contenido con direcciones IPv4 e IPv6, y la creación de puentes y tunelizaciones para evitar los enrutadores de protocolo único. Son evidentes los primeros signos de una adopción acelerada de IPv6 después del agotamiento de la IANA. [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 ), de las cuales cada RIR puede obtener normalmente 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 propósito. [39] Cuando solo queda este último bloque, se dice que el suministro de direcciones IPv4 del RIR está "agotado".

Registros regionales de Internet
Una cronología del 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 RIR APNIC es responsable de la asignación de direcciones en el área de expansión más rápida 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 reserva 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 grupo de direcciones. [46] [47]

El ARIN se agotó el 24 de septiembre de 2015. [48] ARIN no ha podido asignar solicitudes grandes desde julio de 2015, pero las solicitudes más pequeñas aún se estaban cumpliendo. [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 quedarse sin su último bloque /8 de direcciones IPv4 (102/8), lo que desencadenó la primera fase de su política de agotamiento de IPv4. [51] "El 13 de enero de 2020, AFRINIC aprobó un prefijo IPv4 que dio como resultado que no hubiera 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 de /22 direcciones IPv4 a partir de las últimas direcciones restantes en nuestro grupo disponible. Ahora nos hemos quedado sin direcciones IPv4". RIPE NCC seguirá asignando direcciones IPv4, pero solo "de organizaciones que han dejado de operar o han cerrado, o de redes que devuelven direcciones que ya no necesitan. Estas direcciones se asignarán a nuestros miembros (LIR) de acuerdo con su posición en una nueva lista de espera..." El anuncio también solicitó apoyo para la implementación de la implementación de IPv6 .

Impacto del agotamiento de los RIR de APNIC y del agotamiento de los 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 un stock de doce meses antes del agotamiento cuando estaban utilizando más del 80% del espacio asignado 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 pool de APNIC en el gráfico "Proyección de Geoff Huston de la evolución del pool de 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 hay alrededor de 3000 miembros actuales de APNIC y alrededor de 300 nuevos miembros 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 a pedido.

Los miembros de APNIC pueden utilizar las 1024 direcciones del bloque /22 para proporcionar NAT44 o NAT64 como servicio en una red IPv6. Sin embargo, en un nuevo ISP de gran tamaño, es posible que 1024 direcciones IPv4 no sean 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) de Asia (APNIC) y América del Norte tienen una política denominada Política de transferencia de direcciones IPv4 entre RIR, que permite transferir direcciones IPv4 desde América del Norte a Asia. [59] [60] La política ARIN se implementó el 31 de julio de 2012. [60]

Se han creado empresas intermediarias de IPv4 para facilitar estas transferencias. [61]

Avisos de agotamiento importantes

Las estimaciones del momento en que se agotarían por completo las direcciones IPv4 variaban ampliamente a principios de la década de 2000. En 2003, Paul Wilson (director de APNIC ) afirmó que, según las tasas de implementación actuales 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 dio como resultado que el agotamiento tendiera a fechas más tempranas.

Mitigación post-agotamiento

En 2008, ya estaba en marcha la planificación de políticas para la era final y posterior al agotamiento. [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 el diseño de red con clases todavía se utilizaba 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 volver a emitir las direcciones en bloques más pequeños. [ cita requerida ] ARIN, RIPE NCC y APNIC tienen una política de transferencia, de modo que las direcciones pueden devolverse, con el propósito de ser reasignadas a un destinatario específico. [73] [74] [75] Sin embargo, puede ser costoso en términos de costo y tiempo renumerar una red grande, por lo que es probable que estas organizaciones se opongan, con posibles conflictos legales. Sin embargo, incluso si se recuperaran todos estos, solo resultaría en posponer la fecha de agotamiento de las direcciones.

De manera similar, se han asignado bloques de direcciones IP a entidades que ya no existen y algunos bloques de direcciones IP asignados o grandes porciones de ellos nunca se han utilizado. No se ha llevado a cabo un registro estricto de las asignaciones de direcciones IP y sería necesario un gran esfuerzo para rastrear qué direcciones realmente no se utilizan, ya que muchas de ellas solo se utilizan en intranets . [ cita requerida ]

Se ha añadido al conjunto disponible una parte del espacio de direcciones que antes estaba reservado por la IANA. Ha habido propuestas para utilizar el rango de direcciones IPv4 de la red de clase E [76] [77] (lo que añadiría 268,4 millones de direcciones IP al conjunto disponible), pero muchos sistemas operativos y firmware de ordenadores y enrutadores no permiten el uso de estas direcciones. [63] [78] [79] [80] Por este motivo, las propuestas no han buscado designar el espacio de clase E para la asignación pública, sino que proponen permitir su uso privado para redes que requieren más espacio de direcciones del que está disponible actualmente a través de la RFC 1918.

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

Mercados de 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, si bien está en proceso, todavía se encuentra [ ¿cuándo? ] en sus primeras etapas. [85] Requiere una inversión significativa 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 conjunto de direcciones IPv4, algunos ISP no podrán proporcionar direcciones IPv4 enrutables globalmente a sus clientes. No obstante, es probable que estos necesiten acceder a servicios en Internet IPv4. Se han desarrollado varias tecnologías para proporcionar servicios IPv4 a través de una red de acceso IPv6.

En la 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 que los clientes sigan utilizando el hardware existente. Algunas estimaciones para NAT sostienen que los ISP estadounidenses tienen entre 5 y 10 veces la cantidad de direcciones IP que necesitan para brindar servicio 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, algunos ISP pueden tener que dividir su red en subredes para poder 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 de nivel de aplicación , podrían 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 utilizado para ejecutar servidores de Internet dentro de redes privadas. [ cita requerida ]

NAT64 traduce las solicitudes IPv6 de los clientes a solicitudes IPv4. Esto evita la necesidad de proporcionar direcciones IPv4 a los clientes y permite que los clientes que solo admiten IPv6 accedan a recursos IPv4. Sin embargo, este enfoque requiere un servidor DNS con capacidad DNS64 y no admite dispositivos cliente que solo admitan 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 Internet público. El NAT en el 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.

La técnica Address plus Port permite compartir direcciones IP públicas sin estado basándose en números de puerto TCP/UDP. A cada nodo se le asigna una dirección IPv4 y un rango de números de puerto para utilizar. 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, lo que permite a los usuarios finales controlar su propia traducción de direcciones. [97]

Solución a 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, incluido el reemplazo del formato de dirección IPv4 de 32 bits por una dirección de 128 bits que proporciona un espacio de direccionamiento sin limitaciones para el futuro previsible. IPv6 ha estado en implementación de producción activa desde junio de 2006, después de que cesaran las pruebas y evaluaciones organizadas a nivel mundial en el proyecto 6bone . La interoperabilidad para hosts que usan solo protocolos IPv4 se implementa con una variedad de mecanismos de transición IPv6 .

Véase también

Referencias

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