省级电信运营商IPv6地址的分配

罗望东 王洋 陈永超

【摘要】随着IPv4地址的即将耗尽，各家电信运营商将加速部署IPv6网络和服务，如何规划分配IPv6地址是一个很关键的问题。本文介绍了几种地址分配方法，并以一个省为例，对省级电信运营商IPv6地址在各市的分配规划进行探讨。

【关键词】IPv4IPv6地址分配地址规划

引言：IPv4地址的现状

IANA（The Internet Assigned Numbers Authority，互联网数字分配机构）的IPv4地址库在2011年2月3日宣告枯竭。APNIC（Asia-Pacific Network Information Centre，亚太互联网络信息中心）的IPV4地址消耗速度也相当快，在2011年4月15日APNIC的剩余IPv4地址少于1个/8的地址（即剩最后1个A类地址），APNIC开始执行新的分配政策，不再按需分配大段IPv4地址，每次分配只能申请一块/22的地址（即1024个地址），且只能用于IPv4向IPv6的迁移。这意味着亚太地区ISP已不能从APNIC申请到大段IPv4地址，亚太地区的ISP按照现有的消耗增速，2013年各家ISP的IPv4地址将耗尽。IPv6在这之后将会加快发展速度，使用IPv6的网络会越来越多，在一个省级电信运营商网络中，如何规划使用新分配的IPv6地址是一个重要的问题。

一、IP地址分配方法介绍

IP地址分配方法有顺序分配、稀疏分配、基于增长率分配等方法。

1.1顺序分配法

顺序分配是IPv4地址在分配使用时常常采用的方法，即按照使用人申请IP的先后顺序，从可用IP地址空间中顺序分配所需IP地址块。这种分配方法造成的一个后果就是，骨干路由器中路由表条目过多。一个省级电信运营商在分配IPv4地址时采用顺序分配方法，一块地址可能会混乱地分配给不同的市分公司。且从APNIC申请来的IP地址块也是被顺序分配的，一个运营商可能会有多个不连续的IP地址块。这些问题造成省级运营商的核心路由器中路由表条目过多，给路由器的运行带来了很大压力。使用顺序分配法会造成地址碎块过多，不太适用于IPv6地址的规划。

1.2稀疏分配法

稀疏分配是每一个新地址块的分配，都会把现有用户和新用户之间的地址块均衡地划分成两段。这种方法能够为两个用户都留下最大的潜在增长空间。稀疏分配方法显示了良好的聚合特性，但是其显著缺陷在于，并没有充分利用用户的地址申请和使用信息，倾向于将地址空间均分给申请的用户，对不同规模的用户申请适应性较差。稀疏分配法在实际使用时因为各个地区用户规模差异很大，也不太适用于IPv6地址的规划。

1.3基于增长率分配法

基于增长率的地址分配法在选择空闲地址块时，要参考已存在用户和新增地址使用单位的地址需求的增长率。当存在n个已分配地址的用户的时候，对于第n+l客户最多有n个可能的地址选择位置。此种分配方法不同于稀疏分配方法那样同等对待每一个用户。基于增长率的地址分配方法先要将这n个可能的空闲地址块试分给新地址用户，计算出每个试分方案的地址增长空间碰撞时间，选择碰撞时间最长的空闲地址分配方案作为新用户的地址分配方案。其计算公式如下：

max{min[t（Xi，ri），t（Yi，rN+1）]，i-1，…，n}

t（X，r）是地址增长率为r的地址分配方案A填满地址空间X的时间。换句话说，新的分配位置将从所有可用地址空间中选择能够使得当前用户和新用户所导致的地址耗尽时间最长的位置。根据各自增长率r的不同，函数t（X，r）也可以表现为其他不同的形式。基于增长率的方法比较好的解决了不同地区用户增长速度的不同与便于地址聚合的问题，比较适用于IPv6地址的规划。

1.4按照现网用户比例分配法

基于增长率分配法较适用于IPv6地址规划，但在实际规划时，计算各用户之间地址耗尽时间的最长位置很复杂。参考基于增长率分配法的理念，在一个省级电信运营商规划IPv6地址分配时，可以考虑按照当前各城域网用户所占比例来分配的方法，在高位地址段按用户比例，提前规划好各城域网的地址块。这样可以减少地址碎块，即有较好的聚合特性，也有较好的用户申请适应性，也能达到在省级运营商内部，各城域网用户之间的地址耗尽时间最长的效果。

二、IPv6地址规划

IPv4地址因种种原因，造成分配时地址块的不连续，使得骨干网络路由器的路由表难以聚合，给路由器带来很大的维护和运行压力。IPv6地址在设计之初就已经考虑到，通过设计层次化地址结构和层次化的地址分配来做路由聚合，IPv6地址的开始使用，对重新合理规划地址块的分配带来了一个难得的机会。为减少无法聚合的地址碎块，在规划IPv6地址分配时尤其要做好高位地址的规划。

一个省级运营商初次申请将能够分配到一个/32的IPv6地址块，下面将以一个省级电信运营商的网络为例，按用户所占比例分配法，规划分配各市城域网的地址。

按照IPv6地址格式的定义，128位的IPv6地址，如果分配到一个/32的地址块，前32位是全球可路由前缀，分配后就已经固定不变了，运营商是无法规划的，后64位是接口ID，能够规划使用的是第33位到64位之间的32位。接口ID所占的64位是主机号，显然没有那个子网会有这么多主机，看上去可用地址减少了很多，但子网ID还有32位，我们可以规划的子网是2的32次方个，谨慎的分配使用，IPv6地址还是有很大使用空间的。省级IP地址管理员，主要负责规划省内市一级城域网的IP地址层次，在省内规划好各市城域网的IP地址段，减少省核心路由器汇聚路由时的地址碎块。省一级为减少地址碎块，在能规划的高位提前做好规划，比如在第33-40bit进行各市城域网的地址规划，其他的低位地址段由市级IP地址管理员规划。

省级地址规划建议注意事项：

1、为方便市一级IP地址管理员提早规划城域网的各县区机房的IP地址，减少市城域网内的地址碎块，方便路由聚合。初次分配时，尽量多分配一些IPv6地址。以免多次分配，造成地址不连续，碎块过多。

2、为减少地址碎块，省级IP地址管理员规划分配地址段时，给各市分配的地址块以/40为最小单位分配，这样即使分配不太连续，省核心路由器上的路由条目最多也只有256条。

3、为方便路由聚合，规划各市城域网IPv6地址网段时，每个网段的/40网段数最好等于2的n次方（n是大于等于0的整数），这样一条路由条目就可以汇总该市的路由。

4、为给省一级预留一些未分配IP地址，按照用户比例算出预计分配给各市的/40地址块数量后，实际分配给各市的地址块数，向小于预计分配数的2的n次方的数值靠近。

5、地址块数规划好后，为了使各市地址块的地址增长空间碰撞时间尽量长，分配地址时，两个相邻地址块一个从低位往高位分，另一个从高位往低位分，下两个相邻地址块也采用同样的分配方法。两个相邻地址块之间空闲的地址块作为预留地址，下次分配时优先考虑分给相连的城市。

2.1省内各市城域网规划

将第33位至40位共8位地址作为城域网标识符，这8位地址共有256个/40的地址块，将这256个/40的地址块分配给各市城域网。假如一个省有18个地级市，以IPv6地址段2001：0db8：：/32为例，各市地址块最终的分配情况见（表1）。（表1）中用户所占百分比是各城市的用户量在总用户量中的占比，18个城市的用户量占比最高的占到21%，低的只有1%，（表1）中城市1～18的用户量依次减少。一个/32的地址块中有256个/40的地址块，256乘以用户量所占百分比=预计分到的/40地址块数，18个城市预计分配/40地址数最多的54个，最少的3个。预计分配量过大，可能会造成一些城市用不完这些地址，另一些城市地址又不够用的情况发生，为了预留一些未分配IP地址，实际分配给各市的/40地址块数，向小于预计分配数的2的n次方数值靠近，这样就得到实际分配的/40地址块数，18个城市中最多的32个，最少2个。

实际分配地址块数量规划好后，为了使各城市地址增长空间碰撞时间尽量长，在分配各市具体地址块时，两个相邻地址块一个从低位往高位分，另一个从高位往低位分，下两个相邻地址块也采用同样的分配方法，中间空闲的作为预留地址。两个相邻的地址块加上中间空闲的地址块的/40地址块总数，最好也是等于2的n次方。为了使各城市的碰撞时间尽量长，一个用户量多的城市最好与另一个用户量少的城市相邻，可以在（表1）中看到城市1～18的次序被打乱了。

2.2市级城域网内的地址规划

市级IP地址管理员可以参照规划各市城域网地址段的方法，按照本市各县区的用户量，将分配给本城市的IP地址按照县区机房进行规划，本文不再进行规划。

三、结束语

IPv6的大规模使用即将开始，在遇到具体情况时，本方案还需要更进一步研究与完善。IPv4时代因为种种原因，造成地址分配混乱，地址利用率不高，骨干网路由器的路由表项冗繁，使用IPv6地址是个机会，可以在初始分配时，重新合理的规划好。