Ländlicher Breitbandausbau muss die laufende Umstellung von IPv4 bewältigen
Die Kosten steigen, das Angebot ist begrenzt, und die Nachfrage ist dringend
Regionale Anbieter von Internetdiensten (ISPs), darunter Betreiber von drahtlosen und drahtgebundenen/FTTH-Diensten, Stromgenossenschaften und Gemeinden, spielen seit langem eine wichtige Rolle bei der Versorgung ländlicher und abgelegener Gemeinden mit Strom und Verbindungen. Heute versorgen 260 Telefon- und 834 Elektrizitätsgenossenschaften einen Großteil der ländlichen Gebiete Amerikas, die nur 14 Prozent der Bevölkerung, aber 72 Prozent der Landfläche ausmachen. Jetzt sind diese verschiedenen regionalen ISPs bereit, eine entscheidende Rolle bei der Anbindung der verbleibenden unversorgten Gemeinden und etwa 23-42 Millionen Haushalte zu spielen.
Dies ist eine einzigartige Gelegenheit, weit mehr zu tun, als nur unversorgten Gemeinden zu ermöglichen, zu dem Hochgeschwindigkeits-Breitband aufzuschließen, das in dicht besiedelten städtischen Gebieten als selbstverständlich gilt. Durch die volle Nutzung neuer staatlicher Mittel, das gesteigerte öffentliche Interesse und die jüngsten Fortschritte bei der digitalen Nutzung können regionale Internetanbieter diesen Gemeinden helfen, bei der digitalen Nutzung einen Sprung nach vorn zu machen, indem sie ihnen neue Möglichkeiten bieten, die in hochtechnisierten städtischen Gebieten mit älterer Infrastruktur nicht vorhanden sind.
Programme zur Überwindung der digitalen Kluft wie der Rural Development Opportunity Fund (RDOF) der FCC, das Emergency Broadband Benefit Program, der Connect America Fund und das ReConnect-Programm des USDA sowie in jüngster Zeit der Infrastructure Investment and Jobs Act haben Milliarden von Dollar zur Verfügung gestellt, um die digitale Kluft zu überwinden. Regionale ISPs haben nun eine Fülle von Möglichkeiten, neue Kunden zu gewinnen, neue Gebiete zu erschließen und ihr Geschäft auszubauen. Zunächst müssen sie sich jedoch den Herausforderungen stellen, die sich aus der Erschöpfung von IPv4 ergeben - und deren Auswirkungen auf die Kosten für neue Teilnehmer-IP-Adressen.
Um einen Sprung nach vorn zu machen, muss man sich auf das gesamte Netz konzentrieren - nicht nur auf den kritischen Zugang zur letzten Meile, sondern auch auf die unterstützenden Kernnetztechnologien und -systeme, die die allgemeine digitale Widerstandsfähigkeit und Sicherheit des Netzes stärken und gleichzeitig die steigenden Erwartungen der Teilnehmer erfüllen. Ein umfassenderer Ansatz wird dazu führen, dass neue Teilnehmer von einem Netz bedient werden, das von Anfang bis Ende vollständig Carrier-Grade ist.
Eine wichtige Kerntechnologie, die regionale ISPs anfangs oft übersehen, ist das Carrier-Grade-Networking - die Technologie, die die knappen IPv4-Adressen verwaltet und einen Weg zur IPv6-Einführung bietet.
Was passiert mit IPv4?
Jeder an das Internet angeschlossene Haushalt oder jedes Unternehmen benötigt eine IP-Adresse. Die IPv4-Adressen, die das ursprüngliche Adressierungsschema-Protokoll verwenden, wurden von den regionalen IRR vor Jahren vollständig zugewiesen. IPv6, das Nachfolgeprotokoll, bietet einen nahezu unbegrenzten Adressraum, hatte aber mit einer uneinheitlichen Annahme und operativen Hindernissen zu kämpfen. Trotz 20 Jahren intensiver Förderung durch die Industrie hat IPv6 IPv4 noch immer nicht vollständig ersetzt. Etwa zwei Drittel der Internet-Sitzungen von Abonnenten und 80 Prozent der Websites sind nur auf IPv4 ausgelegt und unterstützen IPv6 nicht. Darüber hinaus unterstützen viele Anwendungen, Sicherheitsgeräte und andere Netzausrüstungen IPv6 nicht vollständig.
Für die regionalen Diensteanbieter, die Verbindungen für jedermann und überall bereitstellen müssen, bedeutet dies, dass sie beide Protokolle in ihren Netzen auf Jahre hinaus unterstützen müssen.
IPv4-Adressen sind zu einer knappen Ressource geworden, was dazu geführt hat, dass der Preis für IPv4-Adressen über private Makler Anfang 2022 auf 60 Dollar pro Stück in die Höhe geschnellt ist. Große Hyperscaler wie AWS, Tencent, Alibaba und andere kaufen IPv4-Adressen über Broker auf, um sich einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen und sicherzustellen, dass ihre Unternehmensnutzer, die ihre Cloud-Dienste nutzen, stets über ausreichende IPv4-Optionen verfügen. AWS zum Beispiel kontrolliert schätzungsweise über 100 Millionen IPv4-Adressen. Organisationen, darunter Universitäten, Großunternehmen, Mobilfunk- und Festnetzbetreiber der ersten Ebene sowie regionale Dienstanbieter, "verkaufen" ihre überschüssigen IPv4-Adressen zum Marktpreis und verwenden die Mittel für andere Infrastrukturprojekte.
Regionale ISPs können ihre zukünftigen Kosten für IPv4 mit dem Online-Tool von A10 Networks abschätzen.
Das ISP-IPv4-Dilemma - Soll ich bleiben oder gehen?
Die regionalen Internet-Diensteanbieter, die vor Jahren eine ursprüngliche Zuteilung von "kostenlosen" IPv4-Adressen von ARIN erhalten haben, haben ihr ursprüngliches Netz mit IPv4 aufgebaut, indem sie einfach jedem Kunden/Haushalt eine öffentliche IP-Adresse zugewiesen haben oder indem sie einfaches NAT zur Weiterleitung des IPv6-Verkehrs verwendet haben. Nun stehen sie vor einem erheblichen Teilnehmerzuwachs durch neue Ausbauten und müssen eine technologische Entscheidung treffen, entweder zusätzliche IPv4-Adressen zu erheblichen Kosten zu erwerben (aber die bestehende Netzwerkarchitektur beizubehalten) oder andere grundlegende Änderungen an der Netzwerkarchitektur vorzunehmen, um Carrier-Grade-NAT (CGNAT), IPv4-IPv6-Umstellung und andere erforderliche Upgrades einzubeziehen.
Die Alternative zur Erschöpfung von IPv4 und zur Beschaffung weiterer IPv4-Adressen ist natürlich die Verwendung des neueren Standards IPv6. Die Erschöpfung von IPv4 ist seit über 20 Jahren ein Thema in der Branche. Tier-1-Service-Provider, die sich bereits mit der technischen Komplexität auseinandergesetzt haben, setzen auf eine Kombination aus CGNAT, Dual-Stack und IPv4-IPv6-Umstellungsstrategien. Für kleinere ISPs mit begrenzten Budgets und Ressourcen und ohne die Möglichkeit eines signifikanten Abonnentenwachstums ist der Zufluss erheblicher staatlicher Mittel jedoch möglicherweise die erste Gelegenheit, ihr Kernnetz neu zu bewerten und aufzurüsten, einschließlich der Kapazität ihrer bestehenden IPv4-Adresspools und eines Plans für den späteren Übergang zu IPv6.
Kleinere Unternehmen können die kurzfristigen Kosten und Störungen, die eine vollständige Umstellung des Netzes auf IPv6 mit sich bringt, oft einfach nicht rechtfertigen. Die vollständige Einführung von IPv6 ist kostspielig und zeitaufwendig. Der IT-Administrator muss alle angeschlossenen Geräte inventarisieren und sie austauschen oder neu konfigurieren. Es besteht das Risiko, dass ein benötigtes Gerät oder eine Anwendung nicht funktioniert und zu einer Unterbrechung der Dienste führt, deren Behebung einige Zeit in Anspruch nimmt. Ältere Kundengeräte sind möglicherweise nicht mit IPv6 kompatibel, und die Kosten für den Austausch sind möglicherweise zu hoch. In Anbetracht der täglichen betrieblichen Anforderungen und der Notwendigkeit, strategische Initiativen wie 5G, Cloud, Virtualisierung, Edge Cloud und andere voranzutreiben, müssen Administratoren die IPv6-Umstellung möglicherweise kurzfristig verschieben.
Eine robuste Carrier-Grade-Netztechnologie kann eine Zwischenlösung darstellen, indem sie sowohl die begrenzten IPv4-Adressenpools beibehält als auch einen reibungslosen Übergangsmechanismus zu IPv6 bietet.
CGNAT Definiert
Carrier-grade NAT (CGNAT), ein Standard für Network Address Translation (NAT), ermöglicht es, die Lebensdauer bestehender IPv4-Adressen zu verlängern, um zusätzliche Abonnenten zu unterstützen.
Während Standard-NAT eine private IPv4-Adresse in eine öffentliche IPv4-Adresse übersetzt, wird bei Carrier-Grade-NAT eine zusätzliche Übersetzungsschicht hinzugefügt. Dadurch können ISPs ihre eigenen öffentlichen IPv4-Adressen beibehalten, den Teilnehmerverkehr über das private IPv4-Netz des Dienstanbieters abwickeln und Teilnehmer oder Unternehmen unterstützen, die ebenfalls ihre eigenen privaten IPv4-Netze und mehrere Standorte oder Geräte haben. In der Regel verwenden Dienstanbieter Carrier-Grade-NAT in einem NAT 444-Szenario, das übersetzt:
- Private IPv4-Adresse des (Kunden) an private IPv4-Netzwerkadresse des (ISP)
- (ISP) private IPv4-Netzwerkadresse an (ISP) öffentliche IPv4-Netzwerkadresse, für die Verbindung zum Internet
Ein NAT444-Einsatz (von privat zu privat zu öffentlich) ermöglicht es mehreren Kundennetzwerken mit ihrem eigenen internen Netzwerkadressraum, über den internen Netzwerkadressraum des ISP zu routen und eine einzige öffentliche Internet-IPv4-Adresse des ISP für den Zugang zum Internet zu nutzen. In einem Wohnszenario ermöglicht NAT444 einem Heimrouter die Unterstützung mehrerer Heimgeräte und dem ISP die Unterstützung mehrerer Heimgeräte oder Abonnenten mit einer einzigen IP-Adresse.
Mit CGNAT kann eine einzige IPv4-Adresse mehrere Endpunkte (Abonnenten/Häuser) unterstützen. Das gebräuchlichste Überbelegungsverhältnis ist 64:1 für Festnetzbetreiber, kann aber auch noch höher sein. So kann ein einziges /24 (256 IPv4-Adressen) 16.384 Teilnehmer oder mehr unterstützen. Sollte ein ISP beschließen, seine überschüssigen IPv4-Adressen zu "verkaufen", könnte ein ungenutzter /24-Block bei einem Spitzenpreis von 60 Dollar pro Stück über 15.000 Dollar einbringen (abzüglich Maklergebühren). Die Marktpreise für IPv4-Adressen variieren je nach Region, Blockgröße und anderen Marktbedingungen.
Abbildung 1. CGNAT ermöglicht die gemeinsame Nutzung einer IPv4-Adresse durch mehrere Abonnenten.
Mit CGNAT können regionale ISPs neue Wachstumschancen nutzen und gleichzeitig ihr Unternehmen für die IPv6-Migration positionieren, wenn die Zeit reif ist. Dieses Thema wird in dem eBook "IPv6 - Are We There Yet? Die Koexistenz von IPv4 und IPv6 mit CGNAT".
IPv4-IPv6-Übergangstechnologien
Es gibt jedoch immer noch eine große Zahl von Websites, Geräten und Netzen, die hauptsächlich mit IPv4 arbeiten, und die meisten Diensteanbieter, Bildungseinrichtungen und Unternehmen müssen für ihre Nutzer und Abonnenten die Konnektivität zwischen IPv4 und IPv6 unterstützen, selbst wenn ihre eigenen Netze vollständig auf IPv6 umgestellt wurden. Infolge dieser hybriden Umgebung sind Technologien entstanden, die diesen Übergangsprozess unterstützen und die Konnektivität zwischen IPv4- und IPv6-Geräten, -Netzen und -Zielen im Internet ermöglichen. Diese Technologien übersetzen entweder zwischen IPv4- und IPv6-Adressen oder kapseln den Datenverkehr ein, um ihn durch das inkompatible Netzwerk zu leiten. Zu diesen Technologien gehören NAT64, DNS64, DS-Lite, 464XLAT, Lw4o6, MAP-T, MAP-E, 6rd und andere.
Diese Adress- und Protokollübersetzungstechniken ermöglichen einem Abonnenten den transparenten Zugriff auf Inhalte, unabhängig vom Protokollstapel, den sein Gerät verwendet, von der Unterstützung des Zugangs und des Kernnetzes des Anbieters für IPv4/IPv6 und vom Zielserver. Tunneling-Techniken wie DS-Lite kapseln IPv4-Pakete über ein IPv6-Zugangsnetz, während IPv6 Rapid Deployment (6rd) IPv6-Pakete über ein IPv4-Zugangsnetz kapselt. Native Protokollübersetzungstechniken wie NAT64 oder NAT46 übersetzen zwischen den Protokollstapeln an einem Gateway im Netz des Anbieters, wenn das Teilnehmer- und das Anbieternetz entweder IPv4 oder IPv6 nativ unterstützen.
IPv4 und IPv6 werden noch jahrelang nebeneinander bestehen
Diensteanbieter müssen sich im Vorfeld mit den Herausforderungen auseinandersetzen, die sich aus der Erschöpfung von IPv4, der Einführung von IPv6 und der IPv6-Migration ergeben, sowie mit den Auswirkungen auf die Kosten für die Gewinnung neuer Abonnenten. Die Diensteanbieter müssen CGNAT mit Bedacht implementieren - sie müssen die unmittelbare Herausforderung der IPv4-Erschöpfung angehen und gleichzeitig Pläne für einen späteren Übergang zu IPv6 machen.
A10 Networks Thunder® Carrier Grade Networking (CGN)
Dieser dringende Kapazitätsmangel kann mit A10 Thunder CGN beseitigt werden, das Carrier-Grade Network Address Translation (CGNAT) umfasst, wodurch eine IPv4-Adresse von bis zu 64 Teilnehmern gemeinsam genutzt werden kann. Dieselbe Lösung bietet auch IPv6-Übergangsfunktionen, so dass ISPs sicher sein können, dass ihre Investition auch in Zukunft Bestand hat, wenn der Datenverkehr immer mehr von IPv6 dominiert wird. Die Thunder CGN-Software und -Appliances haben sich bei Tier-1-Betreibern auf der ganzen Welt bewährt und bieten die von regionalen ISPs benötigte Carrier-Grade-Leistung, Funktionen und Skalierbarkeit zu einem erschwinglichen Preis. Regionale ISPs, darunter French Broad EMC, MCTV, Shentel und andere, haben Thunder CGN erfolgreich eingesetzt, die IPv4-Investitionskosten gesenkt und den Übergang von IPv4 zu IPv6 bewältigt.
Das A10 Networks Portfolio für regionale ISPs bietet wichtige Kernnetzwerktechnologie, mit der sie ihre Netzwerke effizienter skalieren und sichern können. Die gleiche Funktionalität und Ausfallsicherheit in Carrier-Qualität ist für regionale ISPs in Kapazitätsgrößen, Formfaktoren und Preispunkten verfügbar, die ihren Budget- und technischen Anforderungen entsprechen und eine problemlose Bereitstellung für eine schnelle Expansion ermöglichen.
Nächste Schritte
Weitere Informationen finden Sie unter Making Sense of IPv4: Critical Capacity Considerations for Regional and Rural Service Providers oder auf der A10-Seite für ländliche Breitbandlösungen.