Problémy pri modernizácii internetu. IPv4 vs IPv6. Malá veľkosť packetov 1500 bajtov
Problémy pri modernizácii internetu. IPv4 vs IPv6. Malá veľkosť packetov 1500 bajtov aká bola stanovená pred necelými 50 rokmi, táto zastaralá norma existuje dodnes.
IPv6 znižuje náklady internetovým poskytovateľom (ISP) napriek tomu sa ISP s inováciami neponáhľajú. Z veľkých hráčov majú podporu IPv6 len Orange, Antik a UPC.
Naopak Telekom, O2, 4ka, Slovanet majú len IPv4.
IPv4 adries je nedostatok, cena jednej cca 30 USD, preto ISP musia skryť pod jednu IP adresu viacero klientov preto to musia riešiť cez hardvérovo náročné riešenie CGNATna priemyselných routroch.
Mnoho webstránok (presnejšie DNS serveroch na ktorých bežia) stále nepodporujú IPv6, vtedy ISP využije hardvérovo nenáročné IPv6 tunelovanie, ktoré nezaťaží tak veľmi procesor routra. IPv6 tunelovanie je technológia, ktorá umožňuje prenášať moderné IPv6 dáta cez staršiu internetovú sieť, ktorá zatiaľ rozumie iba IPv4.
Skratka ISP: Internet service provider, poskytovateľ internetu
CGNAT delia sa IP adresy na verejné a súkromné
Pri technológii CGNAT sa IP adresy striktne delia na verejné a súkromné (súkromné/neverejné).
V prostredí CGNAT sa však stretávame s tromi rôznymi typmi adries, pričom dva z nich sú súkromné:
1. Súkromné adresy vo vašej domácnosti (LAN)
Tieto adresy prideľuje váš domáci router vašim zariadeniam (mobil, notebook, TV). Sú to klasické vnútorné adresy, ktoré v internete nefungujú. Príklad rozsahu: najčastejšie 192.168.1.X alebo 10.0.0.X.
2. Súkromné adresy operátora (CGNAT rozsah)
Toto je špeciálny typ súkromných adries, ktoré operátor priraďuje vášmu domácemu routeru na jeho vonkajšej (WAN) strane. Sú určené výhradne na prepojenie medzi vaším routerom a infraštruktúrou operátora. Tieto adresy sú pre internet neviditeľné a nesmú sa doň smerovať.
Špeciálny vyhradený rozsah: 100.64.0.0 až 100.127.255.255
3. Spoločná verejná adresa (WAN do internetu)
Toto je tá skutočná, drahá verejná IPv4 adresa, pod ktorou vás vidí celý svet. Túto jednu jedinú verejnú adresu zdieľate na CGNAT routeri operátora spoločne so stovkami ďalších domácností.
Čo je to paket a hlavička paketu?
Paket (packet) je základná jednotka prenosu dát v počítačových sieťach (ako je internet).
Keď cez internet posielate akýkoľvek súbor (napríklad fotku, správu alebo kus videa), dáta sa neodošlú naraz v jednom obrovskom kuse. Počítač ich "rozseká" na tisíce malých častí – paketov. Tieto pakety putujú internetom samostatne a na konci sa opäť zložia do pôvodného súboru.
Každý paket sa skladá z dvoch hlavných častí:
Hlavička paketu (Header): Funguje ako poštová obálka. Obsahuje dôležité riadiace informácie – najmä adresu odosielateľa, adresu príjemcu, informácie o tom, ako dáta poskladať, a kontrolné mechanizmy.
Užitočné dáta (Payload): Samotný "list" vo vnútri obálky, teda ten malý kúsok fotky alebo správy, ktorý reálne prenášate.
Rozdiely medzi hlavičkou IPv4 a IPv6
Medzi hlavičkami IPv4 a IPv6 existujú obrovské konštrukčné rozdiely. Pri návrhu IPv6 sa inžinieri poučili z chýb minulosti. Hoci IPv6 adresy sú oveľa dlhšie, samotná hlavička bola radikálne zjednodušená, aby ju routery vedeli spracovať rýchlejšie.
Štandardná veľkosť paketu (MTU)
V počítačových sieťach sa maximálna veľkosť paketu, ktorú dokáže sieťové rozhranie preniesť v jednom kuse, označuje ako MTU (Maximum Transmission Unit).
De facto štandardom pre celý internet je 1500 bajtov. Táto hodnota vychádza z technológie Ethernet, na ktorej stojí drvivá väčšina domácej, firemnej aj globálnej sieťovej infraštruktúry.
Ak posielate väčší objem dát, váš počítač ich automaticky rozseká na sériu paketov, z ktorých každý má veľkosť maximálne 1500 bajtov (približne 1,5 KB).
Podpora rozrezania paketu (Fragmentácia)
Proces rozrezania príliš veľkého paketu na menšie časti (napr. na dve polovice) sa nazýva fragmentácia.
Obe technológie – IPv4 aj IPv6 – fragmentáciu podporujú, no robia to úplne odlišným spôsobom. V tomto rozdiele spočíva jeden z najväčších evolučných skokov IPv6.
1. IPv4: Fragmentáciu môžu robiť aj routery po ceste
Ak váš počítač odošle 1500-bajtový IPv4 paket, ale niekde uprostred internetu narazí na starší router alebo VPN linku, ktorá zvládne maximálne 1000-bajtové pakety, stane sa nasledovné:
Router paket rozreže na dve menšie časti (napr. 1000 bajtov a 500 bajtov).
Do hlavičky oboch nových paketov zapíše informáciu, že ide o úlomky a v akom poradí ich má cieľový počítač poskladať.
Nevýhoda: Toto rozrezávanie extrémne zaťažuje procesor (CPU) daného routera a spomaľuje celú sieť.
2. IPv6: Routery po ceste NESMÚ paket fragmentovať
Pri IPv6 bol tento prístup zakázaný s cieľom maximalizovať rýchlosť internetu. Routery na trase majú zakázané pakety deliť.
Ak router na trase dostane IPv6 paket, ktorý je väčší ako priepustnosť jeho linky, paket jednoducho zahodí.
Router následne pošle odosielateľovi (vášmu počítaču) špeciálnu správu (ICMPv6): "Tento paket bol príliš veľký, nedokážem ho preniesť. Tu je maximálna veľkosť, ktorú zvládnem, pošli mi to znova a menšie."
Váš počítač si túto informáciu zapamätá a rozrezanie vykoná priamo váš operačný systém ešte pred odoslaním. Routery na internete potom tieto pakety už iba bleskovo preposielajú bez akéhokoľvek zdržania. Táto technológia sa nazýva Path MTU Discovery (PMTUD).
Je maximálna veľkosť packetu 1,5 kilobajtu príliš malá a príliš zastaralá. Je ale náročné prejsť inováciou celého internetu aby sa štandard veľkosť packetu zväčšil
Z pohľadu dnešných gigabitových rýchlostí je štandardná veľkosť paketu 1,5 KB (1500 bajtov) technologicky zastaralá a zbytočne malá. Napriek tomu zostáva pevným základom celého globálneho internetu.
Kedy tento štandard vznikol?
Tento štandard vznikol na prelome 70. a 80. rokov 20. storočia
Presnejšie, hodnota MTU 1500 bajtov bola definovaná v pôvodnej špecifikácii technológie Ethernet, ktorú v roku 1980 vydalo konzorcium firiem DEC, Intel a Xerox (tzv. DIX Ethernet standard). Neskôr bol tento limit prebratý do oficiálnej normy IEEE 802.3 v roku 1983.
Je to dnes problém aPrečo je to zastaralé?
Dnes, keď máme bežne 1 Gbps, 10 Gbps alebo dokonca 100 Gbps optické linky, je 1,5 KB balíček smiešne malý.
Predstavte si to tak, že namiesto jedného veľkého kamióna posielate obrovský náklad piesku po plážach v miliardách malých čajových lyžičiek.
Pri rýchlosti 10 Gbps musí sieťová karta spracovať približne 810-tisíc paketov za sekundu. Pre procesor počítača je to obrovská záťaž, pretože pre každú jednu "lyžičku" (paket) musí spracovať hlavičku, skontrolovať adresy a vyvolať hardvérové prerušenie.
(Poznámka: V uzavretých firemných sieťach, dátových centrách a úložiskách sa už dnes bežne používajú tzv. Jumbo Frames s veľkosťou 9000 bajtov, čo radikálne znižuje záťaž na procesory. Verejný internet ich však nepoužíva.)
Prejsť inováciou celého internetu je náročné
Zvýšiť veľkosť paketu naprieč celým internetom je extrémne náročné – priam až nemožné v krátkom časovom horizonte.
Dôvody, prečo globálny internet zostáva pri 1500 bajtoch:
Pravidlo najslabšieho článku (End-to-End kompatibilita): Aby mohol internet fungovať s väčšími paketmi (napr. 9000 bajtov), každé jedno zariadenie na ceste – váš mobil, váš domáci router, ústredňa operátora, podmorské optické káble, routre v Google dátovom centre a finálny server – by muselo mať toto väčšie MTU natvrdo povolené.
Zhadzovanie paketov (Black Hole): Ak by ste poslali 9000-bajtový paket a len jediný starý router uprostred cesty v nejakej rozvojovej krajine by podporoval maximálne 1500 bajtov, tento router by váš paket bez milosti zahodil. Spojenie by kompletne zlyhalo.
Hoci je 1,5 KB paket technologickým ekvivalentom 50-ročného veterána, internet ho využíva ako "najnižšieho spoločného menovateľa". Zaručuje totiž, že sa dáta spoľahlivo prenesú medzi akýmikoľvek dvoma zariadeniami na planéte bez ohľadu na to, aké sú staré.
Prílohy
Pre pridávanie komentárov sa musíte prihlásiť.