Problemen met IPv4

Wat is een IP-adres?

Theoretisch is een IP-adres een adres dat wordt toegekend aan een interface binnen één fysiek netwerk.

De oorzaak van het adressentekort ligt grotendeels in het klasse-systeem dat aan de basis lag van IPv4: elk IPv4-adres bestaat uit twee delen: een NET-ID dat aangeeft op welk netwerk de interface zich bevindt, en een HOST-ID dat aangeeft over welke interface het gaat.

Men onderscheidt hierbij adressen van klasse A:

klasse A: van 1.x.x.x tot 126.x.x.x 
          klasse 10.x.x.x gereserveerd voor privaat gebruik
          klasse 127.0.0.0 gereserveerd voor loopback interface

                       +---+--------+-----------------------------------------------+
adres                  | 0 | NET-ID |                HOST-ID                        |
                       +---+--------+-----------------------------------------------+
aantal bits               1     7                     24
aantal mogelijkheden           128                  16,7 miljoen
                            netwerken           mogelijke interfaces

klasse B: van 128.0.x.x tot 191.255.x.x
          van 172.16.x.x tot 172.31.x.x gereserveerd voor privaat gebruik

                       +----+-------------------------+-----------------------------+
adres                  | 10 |          NET-ID         |        HOST-ID              |
                       +----+-------------------------+-----------------------------+
aantal bits               2              14                       16
aantal mogelijkheden                   16.384                  65.536
                                      netwerken           mogelijke interfaces

klasse C: van 192.0.0.x tot 223.255.255.x
          van 192.168.0.x tot 192.168.255.x gereserveerd voor privaat gebruik

                       +-----+---------------------------------------+--------------+
adres                  | 110 |               NET-ID                  |    HOST-ID   |
                       +-----+---------------------------------------+--------------+
aantal bits               3                     21                          8
aantal mogelijkheden                         2.097.152                     256
                                              netwerken           mogelijke interfaces

Het is onmogelijk om net zoveel IP-adressen te verkrijgen als men nodig heeft: men moe(s)t altijd een volledig klasse aanvragen. Aangezien de nummers van een klasse, door hun prefix, gelimiteerd zijn tot bepaalde waarden, moet het ganse netwerk hernummerd worden indien een klasse C netwerk niet meer voldoet. Een aanvraag voor bv. een tweede klasse C netwerk zal geen aanpalend nummer met zich meebrengen, zodat dit ook geen optie is.

Hoe raakt een IP-pakket doorheen Internet?

Een IP-pakket wordt gerouteerd a.d.h.v. het NET-ID van de bestemmeling.

Men moet zich het versturen van een IP-pakket als volgt voorstellen:
Stel dat elke brief verzonden wordt op basis van de volgende gegevens:

• straat (~ NET-ID)
• huisnummer (~ HOST-ID)

Op dezelfde manier moet elk netwerk dat vanop Internet bereikbaar wil zijn, bekend zijn in elke backbone-router.

        +----------------+
        |                |------- Klant1 (192.2.2.x)
        |                |------- Klant2 (222.128.100.x)
        |   Provider A   |------- Klant3 (211.152.1.x)
        |                |------- Klant4 (196.54.23.x)
        |                |------- Klant5 (194.4.4.0)
        +----------------+
                |
                |
                |
  ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
            Internet
  ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

Uit bovenstaande figuur blijkt dat Provider A voor elk van zijn cliënten een route moet adverteren, terwijl zij slechts langs één weg toegankelijk zijn. Het is duidelijk dat dit op lange termijn voor problemen moet zorgen, aangezien er in theorie 2 miljoen netwerken mogelijk zijn.

Ter illustratie: geadverteerde routes in backbone-routers

        Juli 1988       173 routes
        December 1992   8561 routes
        Januari 1999    +/- 45.000 routes

IP heeft met een aantal problemen te kampen:

• IP zendt alle pakketten ongecodeerd: de IPv4-standaard voorziet in encryptie, maar deze mogelijkheid is optioneel.
• het is vrijwel onmogelijk te achterhalen of de afzender van een pakket de werkelijke afzender is (SPOOFING).
• De inhoud van pakketten kan gewijzigd worden.

Het overgaan naar een ander (groter) IP-netwerk vraagt om hernummeren van de gehele site. Deze hernummering zorgt voor tal van problemen, aangezien het niet mogelijk is meerdere IP-adressen aan één interface te binden. In principe moeten alle interfaces op het netwerk gelijktijdig veranderen.