Dlaczego IPv6 / 48 = 256?

Kluczem do rozważań praktycznych są dwa problemy specyficzne dla IPv6. Po pierwsze: swoiste powiązanie adresów IPv6 z MAC adresami urządzeń sieciowych. Po drugie: brak adresacji prywatnej – powszechnie wykorzystywanej w sieciach lokalnych IPv4.

MAC adres w zależności od wersji specyfikacji składa się 48 lub 64 bitów. IPv6 przyjmuje – co do zasady – że są to 64 bity i na tej bazie w przypadku autokonfiguracji sieci  buduje podstawową podsieć, która uzyskuje maskę…. aż /64. Tak wielka przestrzeń adresowa (2^64) zarezerwowana zostanie dla każdej autokonfigurowanej sieci, a więc w przybliżeniu (oraz wobec braku adresacji prywatnej) – dla każdej sieci domowej. Nawet, jeśli fizycznie podłączony w niej jest 1 komputer, czy 1 telefon VoIP. Urządzenie końcowe otrzyma adres IPv6, którego 64 ostatnie bity odpowiadać będą jego adresowi MAC.

Co z urządzeniami mającymi 48-bitowe MAC adresy? Jeśli urządzenie ma wersję 48-bitową, to brakujące 16 bitów jest uzupełniane ciągiem FF:FE wstawianym dokładnie w środek krótszej wersji MAC adresu, by dopełnić adres do 64 bitów. I tak z wielkiej ilości 2^128 spada… aż 64 bitów „na sieć lokalną”. Tym samym pierwsze 64 bity są tak realnie „prawdziwie internetową” częścią IPv6, definiującą sieci docelowe i będącą przedmiotem routingu internetowego. Drugie 64 bity stanowią zaś bazę dla indywidualnych sieci lokalnych/prywatnych.

Czy to konieczna niegospodarność? Teoretycznie nie. Bo oczywiście możliwe jest konfigurowanie statycznie adresów tak, by wykorzystać je jak najefektywniej. Ale z uwagi na wygodę użytkowników ręczna konfiguracja będzie wykorzystywana wyłącznie na poziomie usługowym. Na przykład by serwer lub router miał w miarę prosty do zapamiętania adres, np.2001:1a68:15::1/64 (rpkom.pl niestety nie ma jeszcze IPv6, który mógłby być przykładem). W domach, firmach i sieciach publicznych obowiązywać będzie – bo musi – autokonfiguracja z podstawową podsiecią 64. Teoretyczną więc ilość klientów (sieci) końcowych określona wydaje się wynosić 2^64.

Ale niestety, w praktyce tak nie będzie. Kuriozalnie bowiem – dodatkową „szkodę” dostępnej liczbie sieci końcowych w IPv6 czyni brak adresacji prywatnej w nowej wizji internetu. Założono w nim bowiem, że każde urządzenie w sieci IPv6 ma adres publiczny.  Czyli będzie dostępne z publicznego internetu. Nie oceniam, czy to dobrze, czy źle. Kłopot w czym innym.

Użytkownik sieci lokalnej IPv4 może ją obecnie podzielić na kilka podsieci w zależności od swoich potrzeb, wykorzystując do tego celu adresację prywatną. Może np. przydzielić w szkole 192.168.1.0/24 dla administracji, a kolejne sieci – np. 192.168.1.0/24 dla pracowni komputerowych, czy hotspota w bibliotece. To klasyczny zabieg. Wszystkie lokalne, prywatne podsieci może podłączyć do internetu wykorzystując jeden lub kilka adresów publicznych.

Jeśli przyjmiemy, że każdy użytkownik sieci IPv6 może chcieć stworzyć u siebie choć kilka podsieci (a „nie da się” lub nie ma sensu rozdzielać podstawowej podsieci /64 na mniejsze jednostki z uwagi na problem autokonfiguracji w oparciu o adresy MAC), to operator nadrzędny musi mu przydzielić przestrzeń co najmniej kilku podstawowych podsieci /64.

Ilu? Najprostsza odpowiedź wiąże się z 16-tkową konotacją tych adresów i sposobem ich agregacji, co w uproszczeniu oznacza, że minimalną przyznawaną pulą będzie… 2^8, czyli…. co najmniej 256 podsieci. Gdyby to było za mało, to kolejny naturalny próg będzie miał wartość 2^16-tej… czyli 65 tys. sieci.

Duzi operatorzy są już dawno po takich obliczeniach. Przyjmują, iż podstawowa adresacja przyznawana klientowi będzie miała maskę /56 pozwalającą na stworzenie 256 podsieci lokalnych. Nie ma znaczenia,  przestrzeń taka będzie potrzebna klientowi, czy też nie. To konieczne z uwagi na rozwiązania „zaszyte” w IPv6.

Tymczasem wielu ISP rozpoczyna przygodę z IPv6 uzyskując od większych operatorów podsieci /48. Matematyczne postrzeganie takiej adresacji wskazuje teoretycznie nieograniczone możliwości podłączenia 2^80 odbiorców. Tymczasem analiza „usługowa” jest ważniejsza i pokazuje, iż przy bazowej alokacji podsieci /56 dla klientów końcowych – przestrzeń /48 pozwoli na podłączenie jedynie 256 klientów! Oczywiście możliwe jest zaplanowanie dla klientów końcowych podsieci /64 i w wielu przypadkach będzie to przestrzeń wystarczająca dla małych operatorów. Jednak nawet wtedy podsieć /48 wystarczy na obsłużenie „jedynie” 65 tys. klientów.

To oczywiście nadal dużo w kontekście wielkości obecnych sieci lokalnych. Ale, po pierwsze: wielokrotnie mniej, niż sugeruje często słyszany marketing teoretycznie nieskończonych przestrzeni adresowych IPv6. Po drugie: rosnące wymagania klientów końcowych, albo np. wymóg routingu firm wielodziałowych lub potrzeby separacji podsieci u klientów końcowych (choćby  w szkołach), czy wreszcie nowych usług, podsieci dla Internetu Rzeczy spowodują, iż planowanie w małych sieciach podłączenia 65 tys. klientów w posiadanej alokacji /48 może okazać się nierzeczywiste.