不够用的IP地址

魏郎尔

北京时间2014年8月12日下午4点钟开始，全世界的网络突然都变慢了一点点。不幸的是，接下来还可能又会慢下去。并且，这一回错的真的不是你，而是世界。错在哪呢？路由规则太多，溢出了。

不够用的地址

你很可能见过譬如192.168.1.1这样的数字串，这样的数字就是所谓的“IP地址”。这是你平常访问的那些网站的“真实地址”，例如，当你输入www.guokr.com（域名）时，网络会把它转换成真正的地址111.13.57.142，然后才能找到这个网站在哪里。如果这个转换系统（也就是所谓的“DNS”）出了问题，那网络就要出现问题。

常见的IP地址里的数字是有规定的：四个数字，每个可以从0到255，这被称为“IPv4”（互联网协议第四版）。那么一共就会有2^32次方个不同的地址，也就是将近43亿。而且这43亿地址还有不少是保留的，比如所有以9开头的原则上都是IBM的，12开头的都是AT&T的，17开头的是苹果的，18开头的则归麻省理工……有些厚道的组织，比如斯坦福，本来占据了所有36开头的，现在正把多余的地址拿出来回馈社会，但人并不都这么好心。

所以，那帮技术人员实在太目光短浅了？这还真不是，IPv4协议诞生于1981年，早在20世纪80年代末他们就预料到了这个不够用的问题，可是新一代协议IPv6——可以提供3.4×10^38个地址——直到1998年才出台。现在，IPv6已经走过整整十六个年头。互联网上使用IPv6的人数大概为4%（该数值基于访问google的人统计，真实数字应为更低，见图1）。

耍花招的后果

为了推迟IPv4挤爆的同时又不用去辛辛苦苦换新协议，各方在抓紧时间利用每一点残存的IP空间碎片。以前大手大脚一整块几万地址分给一个组织的好日子一去不复返，现在就连一小撮256个地址都要寸土必争。但是，这对路由器来说就辛苦了。路由器依靠一个名为“路由表”的东西来快速找到方向，每一个机构拿到一段IP之后都会希望在路由表里加一句规则来加快自己的访问速度。但是每一条规则都要占据同样大小的空间，所以网上的地址越碎，需要的路由表就越大。

路由表是个很重要的东西，所以路由器会专门留出一块高速存储器来存它。譬如某款路由器足够存一百万个条目，想来应该是足够了，而且眼看IPv6必将征服市场，我留一半（512k）给v4，另一半给v6，事实上大部分路由器生产商都想当然认为给v4留了512k足够用，这算是行业标准。不幸的是，对于互联网碎片化的程度，他们显然又低估了。

多年的增长已经让路由表突破了50万大关，而在2014年8月12日，美国通信公司Verizon又一口气往v4路由表里加了15000个条目，使总数抵达了约515000个，超过了上限（相比之下，v6还只有可怜的2万个条目）。這些多出来的信息必须存在更慢的普通存储器里，导致了速度变慢甚至局部网络不稳定。Verizon很快发现了这个问题并把多出来的条目削了回去，但是余波至少持续了数小时。这个事件就是所谓的“512k”事件，也许就是你那天觉得网络慢了的元凶。但这不是问题的结束，只是开始。路由表里的条目数字肯定要自然增长的，早晚会自己超过这个数字。而这些问题都出在路由器上，换路由器可是要花钱的。

诚然，我们可以继续拆东墙补西墙，来一次广泛的固件升级，把更多的快速存储器留给v4。而代价可想而知，就是进一步削减了留给v6的空间。要是早用v6取代v4，IP地址够用的话，现在就不会出现地址碎片化、路由表过大的问题了。

事实上，想想之前人们还以为内存640k就足够，两位数字存储年份就足够，32位储存秒数就足够，现在又一个想当然的上限被突破带来了麻烦，就是理所应当的事情了。

图1 2012年4月一次IPv4地址普查显示的使用情况，黑色代表没有数据，其他颜色代表使用率。由于调查方法问题，实际占用率肯定会比图中看起来更高。