不夠用的IP地址

魏郎爾

北京時間2014年8月12日下午4點鐘開始，全世界的網(wǎng)絡(luò)突然都變慢了一點點。不幸的是，接下來還可能又會慢下去。并且，這一回錯的真的不是你，而是世界。錯在哪呢？路由規(guī)則太多，溢出了。

不夠用的地址

你很可能見過譬如192.168.1.1這樣的數(shù)字串，這樣的數(shù)字就是所謂的“IP地址”。這是你平常訪問的那些網(wǎng)站的“真實地址”，例如，當(dāng)你輸入www.guokr.com（域名）時，網(wǎng)絡(luò)會把它轉(zhuǎn)換成真正的地址111.13.57.142，然后才能找到這個網(wǎng)站在哪里。如果這個轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（也就是所謂的“DNS”）出了問題，那網(wǎng)絡(luò)就要出現(xiàn)問題。

常見的IP地址里的數(shù)字是有規(guī)定的：四個數(shù)字，每個可以從0到255，這被稱為“IPv4”（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第四版）。那么一共就會有2^32次方個不同的地址，也就是將近43億。而且這43億地址還有不少是保留的，比如所有以9開頭的原則上都是IBM的，12開頭的都是AT&T的，17開頭的是蘋果的，18開頭的則歸麻省理工……有些厚道的組織，比如斯坦福，本來占據(jù)了所有36開頭的，現(xiàn)在正把多余的地址拿出來回饋社會，但人并不都這么好心。

所以，那幫技術(shù)人員實在太目光短淺了？這還真不是，IPv4協(xié)議誕生于1981年，早在20世紀80年代末他們就預(yù)料到了這個不夠用的問題，可是新一代協(xié)議IPv6——可以提供3.4×10^38個地址——直到1998年才出臺?，F(xiàn)在，IPv6已經(jīng)走過整整十六個年頭。互聯(lián)網(wǎng)上使用IPv6的人數(shù)大概為4%（該數(shù)值基于訪問google的人統(tǒng)計，真實數(shù)字應(yīng)為更低，見圖1）。

耍花招的后果

為了推遲IPv4擠爆的同時又不用去辛辛苦苦換新協(xié)議，各方在抓緊時間利用每一點殘存的IP空間碎片。以前大手大腳一整塊幾萬地址分給一個組織的好日子一去不復(fù)返，現(xiàn)在就連一小撮256個地址都要寸土必爭。但是，這對路由器來說就辛苦了。路由器依靠一個名為“路由表”的東西來快速找到方向，每一個機構(gòu)拿到一段IP之后都會希望在路由表里加一句規(guī)則來加快自己的訪問速度。但是每一條規(guī)則都要占據(jù)同樣大小的空間，所以網(wǎng)上的地址越碎，需要的路由表就越大。

路由表是個很重要的東西，所以路由器會專門留出一塊高速存儲器來存它。譬如某款路由器足夠存一百萬個條目，想來應(yīng)該是足夠了，而且眼看IPv6必將征服市場，我留一半（512k）給v4，另一半給v6，事實上大部分路由器生產(chǎn)商都想當(dāng)然認為給v4留了512k足夠用，這算是行業(yè)標準。不幸的是，對于互聯(lián)網(wǎng)碎片化的程度，他們顯然又低估了。

多年的增長已經(jīng)讓路由表突破了50萬大關(guān)，而在2014年8月12日，美國通信公司Verizon又一口氣往v4路由表里加了15000個條目，使總數(shù)抵達了約515000個，超過了上限（相比之下，v6還只有可憐的2萬個條目）。這些多出來的信息必須存在更慢的普通存儲器里，導(dǎo)致了速度變慢甚至局部網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定。Verizon很快發(fā)現(xiàn)了這個問題并把多出來的條目削了回去，但是余波至少持續(xù)了數(shù)小時。這個事件就是所謂的“512k”事件，也許就是你那天覺得網(wǎng)絡(luò)慢了的元兇。但這不是問題的結(jié)束，只是開始。路由表里的條目數(shù)字肯定要自然增長的，早晚會自己超過這個數(shù)字。而這些問題都出在路由器上，換路由器可是要花錢的。

誠然，我們可以繼續(xù)拆東墻補西墻，來一次廣泛的固件升級，把更多的快速存儲器留給v4。而代價可想而知，就是進一步削減了留給v6的空間。要是早用v6取代v4，IP地址夠用的話，現(xiàn)在就不會出現(xiàn)地址碎片化、路由表過大的問題了。

事實上，想想之前人們還以為內(nèi)存640k就足夠，兩位數(shù)字存儲年份就足夠，32位儲存秒數(shù)就足夠，現(xiàn)在又一個想當(dāng)然的上限被突破帶來了麻煩，就是理所應(yīng)當(dāng)?shù)氖虑榱恕?/p>

圖1 2012年4月一次IPv4地址普查顯示的使用情況，黑色代表沒有數(shù)據(jù)，其他顏色代表使用率。由于調(diào)查方法問題，實際占用率肯定會比圖中看起來更高。