省級電信運營商IPv6地址的分配

羅望東 王洋 陳永超

【摘要】隨著IPv4地址的即將耗盡，各家電信運營商將加速部署IPv6網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)，如何規(guī)劃分配IPv6地址是一個很關(guān)鍵的問題。本文介紹了幾種地址分配方法，并以一個省為例，對省級電信運營商IPv6地址在各市的分配規(guī)劃進行探討。

【關(guān)鍵詞】IPv4IPv6地址分配地址規(guī)劃

引言：IPv4地址的現(xiàn)狀

IANA（The Internet Assigned Numbers Authority，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字分配機構(gòu)）的IPv4地址庫在2011年2月3日宣告枯竭。APNIC（Asia-Pacific Network Information Centre，亞太互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心）的IPV4地址消耗速度也相當(dāng)快，在2011年4月15日APNIC的剩余IPv4地址少于1個/8的地址（即剩最后1個A類地址），APNIC開始執(zhí)行新的分配政策，不再按需分配大段IPv4地址，每次分配只能申請一塊/22的地址（即1024個地址），且只能用于IPv4向IPv6的遷移。這意味著亞太地區(qū)ISP已不能從APNIC申請到大段IPv4地址，亞太地區(qū)的ISP按照現(xiàn)有的消耗增速，2013年各家ISP的IPv4地址將耗盡。IPv6在這之后將會加快發(fā)展速度，使用IPv6的網(wǎng)絡(luò)會越來越多，在一個省級電信運營商網(wǎng)絡(luò)中，如何規(guī)劃使用新分配的IPv6地址是一個重要的問題。

一、IP地址分配方法介紹

IP地址分配方法有順序分配、稀疏分配、基于增長率分配等方法。

1.1順序分配法

順序分配是IPv4地址在分配使用時常常采用的方法，即按照使用人申請IP的先后順序，從可用IP地址空間中順序分配所需IP地址塊。這種分配方法造成的一個后果就是，骨干路由器中路由表條目過多。一個省級電信運營商在分配IPv4地址時采用順序分配方法，一塊地址可能會混亂地分配給不同的市分公司。且從APNIC申請來的IP地址塊也是被順序分配的，一個運營商可能會有多個不連續(xù)的IP地址塊。這些問題造成省級運營商的核心路由器中路由表條目過多，給路由器的運行帶來了很大壓力。使用順序分配法會造成地址碎塊過多，不太適用于IPv6地址的規(guī)劃。

1.2稀疏分配法

稀疏分配是每一個新地址塊的分配，都會把現(xiàn)有用戶和新用戶之間的地址塊均衡地劃分成兩段。這種方法能夠為兩個用戶都留下最大的潛在增長空間。稀疏分配方法顯示了良好的聚合特性，但是其顯著缺陷在于，并沒有充分利用用戶的地址申請和使用信息，傾向于將地址空間均分給申請的用戶，對不同規(guī)模的用戶申請適應(yīng)性較差。稀疏分配法在實際使用時因為各個地區(qū)用戶規(guī)模差異很大，也不太適用于IPv6地址的規(guī)劃。

1.3基于增長率分配法

基于增長率的地址分配法在選擇空閑地址塊時，要參考已存在用戶和新增地址使用單位的地址需求的增長率。當(dāng)存在n個已分配地址的用戶的時候，對于第n+l客戶最多有n個可能的地址選擇位置。此種分配方法不同于稀疏分配方法那樣同等對待每一個用戶。基于增長率的地址分配方法先要將這n個可能的空閑地址塊試分給新地址用戶，計算出每個試分方案的地址增長空間碰撞時間，選擇碰撞時間最長的空閑地址分配方案作為新用戶的地址分配方案。其計算公式如下：

max{min[t（Xi，ri），t（Yi，rN+1）]，i-1，…，n}

t（X，r）是地址增長率為r的地址分配方案A填滿地址空間X的時間。換句話說，新的分配位置將從所有可用地址空間中選擇能夠使得當(dāng)前用戶和新用戶所導(dǎo)致的地址耗盡時間最長的位置。根據(jù)各自增長率r的不同，函數(shù)t（X，r）也可以表現(xiàn)為其他不同的形式?；谠鲩L率的方法比較好的解決了不同地區(qū)用戶增長速度的不同與便于地址聚合的問題，比較適用于IPv6地址的規(guī)劃。

1.4按照現(xiàn)網(wǎng)用戶比例分配法

基于增長率分配法較適用于IPv6地址規(guī)劃，但在實際規(guī)劃時，計算各用戶之間地址耗盡時間的最長位置很復(fù)雜。參考基于增長率分配法的理念，在一個省級電信運營商規(guī)劃IPv6地址分配時，可以考慮按照當(dāng)前各城域網(wǎng)用戶所占比例來分配的方法，在高位地址段按用戶比例，提前規(guī)劃好各城域網(wǎng)的地址塊。這樣可以減少地址碎塊，即有較好的聚合特性，也有較好的用戶申請適應(yīng)性，也能達到在省級運營商內(nèi)部，各城域網(wǎng)用戶之間的地址耗盡時間最長的效果。

二、IPv6地址規(guī)劃

IPv4地址因種種原因，造成分配時地址塊的不連續(xù)，使得骨干網(wǎng)絡(luò)路由器的路由表難以聚合，給路由器帶來很大的維護和運行壓力。IPv6地址在設(shè)計之初就已經(jīng)考慮到，通過設(shè)計層次化地址結(jié)構(gòu)和層次化的地址分配來做路由聚合，IPv6地址的開始使用，對重新合理規(guī)劃地址塊的分配帶來了一個難得的機會。為減少無法聚合的地址碎塊，在規(guī)劃IPv6地址分配時尤其要做好高位地址的規(guī)劃。

一個省級運營商初次申請將能夠分配到一個/32的IPv6地址塊，下面將以一個省級電信運營商的網(wǎng)絡(luò)為例，按用戶所占比例分配法，規(guī)劃分配各市城域網(wǎng)的地址。

按照IPv6地址格式的定義，128位的IPv6地址，如果分配到一個/32的地址塊，前32位是全球可路由前綴，分配后就已經(jīng)固定不變了，運營商是無法規(guī)劃的，后64位是接口ID，能夠規(guī)劃使用的是第33位到64位之間的32位。接口ID所占的64位是主機號，顯然沒有那個子網(wǎng)會有這么多主機，看上去可用地址減少了很多，但子網(wǎng)ID還有32位，我們可以規(guī)劃的子網(wǎng)是2的32次方個，謹(jǐn)慎的分配使用，IPv6地址還是有很大使用空間的。省級IP地址管理員，主要負(fù)責(zé)規(guī)劃省內(nèi)市一級城域網(wǎng)的IP地址層次，在省內(nèi)規(guī)劃好各市城域網(wǎng)的IP地址段，減少省核心路由器匯聚路由時的地址碎塊。省一級為減少地址碎塊，在能規(guī)劃的高位提前做好規(guī)劃，比如在第33-40bit進行各市城域網(wǎng)的地址規(guī)劃，其他的低位地址段由市級IP地址管理員規(guī)劃。

省級地址規(guī)劃建議注意事項：

1、為方便市一級IP地址管理員提早規(guī)劃城域網(wǎng)的各縣區(qū)機房的IP地址，減少市城域網(wǎng)內(nèi)的地址碎塊，方便路由聚合。初次分配時，盡量多分配一些IPv6地址。以免多次分配，造成地址不連續(xù)，碎塊過多。

2、為減少地址碎塊，省級IP地址管理員規(guī)劃分配地址段時，給各市分配的地址塊以/40為最小單位分配，這樣即使分配不太連續(xù)，省核心路由器上的路由條目最多也只有256條。

3、為方便路由聚合，規(guī)劃各市城域網(wǎng)IPv6地址網(wǎng)段時，每個網(wǎng)段的/40網(wǎng)段數(shù)最好等于2的n次方（n是大于等于0的整數(shù)），這樣一條路由條目就可以匯總該市的路由。

4、為給省一級預(yù)留一些未分配IP地址，按照用戶比例算出預(yù)計分配給各市的/40地址塊數(shù)量后，實際分配給各市的地址塊數(shù)，向小于預(yù)計分配數(shù)的2的n次方的數(shù)值靠近。

5、地址塊數(shù)規(guī)劃好后，為了使各市地址塊的地址增長空間碰撞時間盡量長，分配地址時，兩個相鄰地址塊一個從低位往高位分，另一個從高位往低位分，下兩個相鄰地址塊也采用同樣的分配方法。兩個相鄰地址塊之間空閑的地址塊作為預(yù)留地址，下次分配時優(yōu)先考慮分給相連的城市。

2.1省內(nèi)各市城域網(wǎng)規(guī)劃

將第33位至40位共8位地址作為城域網(wǎng)標(biāo)識符，這8位地址共有256個/40的地址塊，將這256個/40的地址塊分配給各市城域網(wǎng)。假如一個省有18個地級市，以IPv6地址段2001：0db8：：/32為例，各市地址塊最終的分配情況見（表1）。（表1）中用戶所占百分比是各城市的用戶量在總用戶量中的占比，18個城市的用戶量占比最高的占到21%，低的只有1%，（表1）中城市1～18的用戶量依次減少。一個/32的地址塊中有256個/40的地址塊，256乘以用戶量所占百分比=預(yù)計分到的/40地址塊數(shù)，18個城市預(yù)計分配/40地址數(shù)最多的54個，最少的3個。預(yù)計分配量過大，可能會造成一些城市用不完這些地址，另一些城市地址又不夠用的情況發(fā)生，為了預(yù)留一些未分配IP地址，實際分配給各市的/40地址塊數(shù)，向小于預(yù)計分配數(shù)的2的n次方數(shù)值靠近，這樣就得到實際分配的/40地址塊數(shù)，18個城市中最多的32個，最少2個。

實際分配地址塊數(shù)量規(guī)劃好后，為了使各城市地址增長空間碰撞時間盡量長，在分配各市具體地址塊時，兩個相鄰地址塊一個從低位往高位分，另一個從高位往低位分，下兩個相鄰地址塊也采用同樣的分配方法，中間空閑的作為預(yù)留地址。兩個相鄰的地址塊加上中間空閑的地址塊的/40地址塊總數(shù)，最好也是等于2的n次方。為了使各城市的碰撞時間盡量長，一個用戶量多的城市最好與另一個用戶量少的城市相鄰，可以在（表1）中看到城市1～18的次序被打亂了。

2.2市級城域網(wǎng)內(nèi)的地址規(guī)劃

市級IP地址管理員可以參照規(guī)劃各市城域網(wǎng)地址段的方法，按照本市各縣區(qū)的用戶量，將分配給本城市的IP地址按照縣區(qū)機房進行規(guī)劃，本文不再進行規(guī)劃。

三、結(jié)束語

IPv6的大規(guī)模使用即將開始，在遇到具體情況時，本方案還需要更進一步研究與完善。IPv4時代因為種種原因，造成地址分配混亂，地址利用率不高，骨干網(wǎng)路由器的路由表項冗繁，使用IPv6地址是個機會，可以在初始分配時，重新合理的規(guī)劃好。