IPv6的一個顯著特點是具有128位地址。但是龐大的地址空間同時也為管理帶了許多問題。進(jìn)行IPv6地址規(guī)劃需要綜合考慮多方面的因素，包括對路由效率的影響，對未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的影響，以及對運營商的影響等。
地址格式的沿革和變化
IPv6地址中最重要的是全球單播地址。IETF在1995年最早對IPv6全球單播地址的格式進(jìn)行了定義，當(dāng)時的全球單播地址分兩類，分別是基于運營商的單播地址和基于地理位置的單播地址，各占地址空間的八分之一。
基于運營商的單播地址不適合分支機構(gòu)分布分散的大型機構(gòu)，因為其中的許多分支機構(gòu)可能會使用不同的供應(yīng)商，為地址管理帶來難度；基于地理位置的分配方法則要求使用額外的路由器單獨進(jìn)行尋址，增加了復(fù)雜性和成本，遭到了運營商們的反對。此外，IPv6的自動配置功能也不支持基于地理位置的分配。
1998年IETF對IPv6全球單播格式進(jìn)行了修訂，取消了基于地理位置的地址格式，并以全球可聚單播地址代替了基于供應(yīng)商的地址。全球可聚單播地址的格式如下所示：
圖1 RFC2373規(guī)定的全球可聚單播地址格式
其中FP固定為二進(jìn)制字符串001；TLA ID為頂級集聚標(biāo)識符；RES是保留字段; NLA ID為下一級集聚標(biāo)識符；SLA ID為站點級集聚標(biāo)識符，Interface ID為接口標(biāo)識符。
這種地址格式能夠?qū)⒙酚杀黹L度限制在一個可接受的范圍內(nèi)，但是缺乏靈活性，同時，如何分配TLA ID及NLA ID也是一個難點。
2003年，IETF重新定義了全球可聚單播地址的格式，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，這是目前使用的IPv6全球單播地址格式。其中，除了嵌有IPv4的IPv6地址外，其余所有的全球可聚單播地址的接口標(biāo)識符部分都固定為64位，即n+m=64。
圖2 RFC3513規(guī)定的全球可聚單播地址格式
新的全球可聚單播地址格式取消了有關(guān)TLA ID，NLA ID和SLA ID的固定劃分，使得全球可路由前綴和子網(wǎng)標(biāo)識符部分的長度可以動態(tài)變化，只需要滿足n+m=64即可。全球可路由前綴部分的具體劃分由各個地區(qū)級Internet注冊機構(gòu)(Regional Internet Registry，RIR)和運營商來決定。
ICANN的分配原則
負(fù)責(zé)全球IPv6地址分配的互聯(lián)網(wǎng)域名與地址分配機構(gòu)(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers，ICANN)規(guī)定，IPv6全球單播地址的分配是分級進(jìn)行的：ICANN先將部分IPv6地址分配給RIR，然后由這些RIR負(fù)責(zé)地區(qū)的IPv6地址分配。目前全球共有5個RIR，分別為：北美互聯(lián)網(wǎng)地址分配機構(gòu)(American Registry for Internet Numbers，ARIN)，歐洲IP地址注冊中心(Réseaux IP Européens Network Coordination Centre，RIPE NCC)，拉丁美洲及加勒比互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心(Latin America and Caribbean Network Information Center，LACNIC)，非洲互聯(lián)網(wǎng)信息中心(Africa Network Information Center，AFRINIC)，以及亞太地區(qū)網(wǎng)絡(luò)信息中心(Asia and Pacific Network Information Center，APNIC)。
根據(jù)由ARIN ，RIPE NCC及APNIC共同起草的正式文件提出的建議，對IPv6全球單播地址的規(guī)劃和管理方案應(yīng)符合以下基本原則：
第一，惟一性。被分配出去的IPv6地址必須保證在全球范圍內(nèi)是惟一的，以保證每臺主機都能被正確的識別。
第二，可記錄性。已分配出去的地址塊必須記錄在數(shù)據(jù)庫中，為定位網(wǎng)絡(luò)故障提供依據(jù)。
第三，可聚集性。地址空間應(yīng)該盡量劃分為層次，以保證聚集性，縮短路由表長度。同時，對地址的分配要盡量避免地址碎片出現(xiàn)。
第四，節(jié)約性。地址申請者必須提供完整的書面報告，證明它確實需要這么多地址。同時，應(yīng)該避免閑置被分配出去的地址。
第五，公平性。所有的團(tuán)體，無論其所處地理位置或所屬國家，都具有公平地使用IPv6全球單播地址的權(quán)利。
第六，可擴(kuò)展性?？紤]到網(wǎng)絡(luò)的高速增長，必須在一段時間內(nèi)留給地址申請者足夠的地址增長空間，而不需要它頻繁地向上一級組織申請新的地址。
以上僅為分配IPv6全球單播地址的一些指導(dǎo)性原則，在實際管理中可能無法完全滿足。例如公平性，現(xiàn)在IPv6地址的分配基本還是“先到先得”，這對于后來者有失公允。又如節(jié)約性，在許多發(fā)達(dá)國家，企業(yè)競相申請大地址塊的現(xiàn)象越演越烈，但RIR難以考察這種行為究竟是實際需要還是地址搶占。另外，節(jié)約性和可擴(kuò)展性二者間也存在一定矛盾，目前RIR只能夠根據(jù)企業(yè)在申請地址時提交的發(fā)展計劃來進(jìn)行考察和衡量，以在節(jié)約性和可擴(kuò)展性之間取得相對平衡。
國際上對申請IPv6的地址段有一個最低限制，一般少于“/48”的地址段申請，各RIR都不受理，而“/32”是缺省的分配值。ICANN現(xiàn)在對IPv6的管理政策是鼓勵申請，對申請上限沒有明確規(guī)定，只要企業(yè)或科研機構(gòu)提供足夠的證據(jù)證明自己確實有需求，它們就能申請到足夠的地址。
三種地址規(guī)劃方案比較
對IPv6全球單播地址進(jìn)行規(guī)劃最重要的是對全球可路由前綴的規(guī)劃。最近IETF的網(wǎng)絡(luò)工作組提出前綴劃分可以從以下幾個方面進(jìn)行考慮：
1.根據(jù)地理范圍進(jìn)行劃分：為在地理上屬于同一范圍的所有子網(wǎng)分配共同的網(wǎng)絡(luò)前綴。
2.根據(jù)組織范圍進(jìn)行劃分：為屬于同一組織的所有團(tuán)體分配共同的網(wǎng)絡(luò)前綴。
3.根據(jù)服務(wù)類型進(jìn)行劃分：為預(yù)定義好的服務(wù)(如：VoIP，QoS等)分配特定的網(wǎng)絡(luò)前綴。
理論上，基于地理位置的前綴劃分方法具有方向性，最容易找到最短路徑，且相對其他兩種方案更具有穩(wěn)定性。但是從歷史上來看，IPv4地址是根據(jù)組織范圍進(jìn)行劃分的方案來分配的，而且由于廣泛采用無類域間路由，使得IPv4在地理分布上更加具有無序性。因此若單純采用基于地理位置的前綴劃分方法，當(dāng)向IPv6過渡時，就需要對IPv4地址進(jìn)行重新編號；或者是保留額外的路由器專門進(jìn)行這類地址的處理，同時還將導(dǎo)致路由算法的復(fù)雜化。
根據(jù)組織范圍進(jìn)行前綴劃分的方案實際上是把前綴劃分的權(quán)力交給了各級運營商，最大好處是使運營商可以自由選擇對自己最有利的分配方法, 便于管理。但是該方案一方面維護(hù)了運營商的利益，使其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)升級的難度降低，另一方面卻可能損害最終用戶的利益。由于前綴劃分的權(quán)力掌握在運營商手里，它必然選擇對自身商業(yè)價值最高的劃分方案，而不是采用對用戶最有利的方案。目前全球可聚單播地址分配實際上是一種根據(jù)組織范圍進(jìn)行劃分的方案。
根據(jù)服務(wù)類型進(jìn)行劃分的方案最大的缺點在于無法充分體現(xiàn)路由信息。此外，如何劃分服務(wù)類型也是一個難點。文獻(xiàn)6《一種站點級IPv6地址分配方案》一文中提出將根據(jù)服務(wù)類型進(jìn)行劃分的方案應(yīng)用于子網(wǎng)標(biāo)示符部分的劃分。該方案在局域網(wǎng)范圍內(nèi)是可行的。
綜上所述，三種地址規(guī)劃方案各有優(yōu)劣，在提出地址劃分方案時可以考慮綜合使用各種方法，達(dá)到各方利益的相對平衡，才能利于網(wǎng)絡(luò)的長期健康發(fā)展。
IPv6地址全球分配情況
目前各RIR分配的主要是IPv6全球單播地址。地址申請者根據(jù)自己的需要，向RIR提交一份正式的書面申請，詳細(xì)描述本組織或企業(yè)兩年內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展計劃，RIR在相關(guān)分配原則(如前所述)的指導(dǎo)下，經(jīng)過仔細(xì)的審核，確定是否將地址分配給申請者。
根據(jù)來自RIPE NCC的官方網(wǎng)站上的數(shù)據(jù)(截至2006年9月12日)，我們對已分配的IPv6地址塊進(jìn)行了統(tǒng)計和分析。
圖3 世界五大RIR已分配地址總數(shù)比較
圖3顯示的是截止至2006年9月12日世界5個RIR已分配的IPv6地址總數(shù)的比較。
由圖可見，RIPE NCC與APNIC分得的IPv6地址最多，二者相加已經(jīng)占去了全球已分配IPv6地址總數(shù)的99.53%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他三個分配機構(gòu)。
IPv6地址分配數(shù)目的多少顯示了一個地區(qū)對IPv6技術(shù)的重視程度，申請的IPv6地址越多，說明IPv6相關(guān)的研究與應(yīng)用就越紅火。
非洲和拉丁美洲都是發(fā)展中國家，有關(guān)IPv6的研究和應(yīng)用才剛剛起步，因此其申請量較小。美國所屬的北美洲地區(qū)雖然都是發(fā)達(dá)國家，但是由于已經(jīng)擁有大量IPv4地址，對地址的需求短期內(nèi)并不緊迫。歐洲和亞洲作為IPv4地址匱乏的最大受害者，是IPv6技術(shù)最積極的推動者。他們申請了大量地址以期在新一輪的網(wǎng)絡(luò)競賽中取得有利位置。
圖4 各RIR歷年已分配的IPv6地址數(shù)目
圖4給出5個RIR從1999年到2006年9月已分配IPv6地址數(shù)目的對比。由圖可知，直到2004年，APNIC與RIPE NCC已分配的IPv6地址數(shù)目相差都不大。2005年，二者已分配的IPv6地址數(shù)目均有大幅度的增長，APNIC已分配的地址數(shù)目增長為2004年的2倍多，但RIPE NCC已分配的地址數(shù)目增長得更快，為2004年的3倍多，差距開始顯現(xiàn)。到了2006年，RIPE NCC已分配地址數(shù)目繼續(xù)保持高速增長，而APNIC IPv6地址的分配速度開始放緩，二者差距進(jìn)一步加大。目前由RIPE NCC分配出去的IPv6地址數(shù)目幾乎為APNIC分配數(shù)目的一倍。
圖5 APNIC和ARIN每年分配出去的地址數(shù)目
圖6? AFRINIC,ARIN及LACNIC每年分配出去的地址數(shù)目
圖7 1999-2006各國(地區(qū))擁有IPv6地址數(shù)目比較
圖5和圖6分別給出5個RIR每年分配出去的IPv6地址數(shù)目的情況。
由圖5和圖6可知，在2002年以前，各RIR每年分配的IPv6地址數(shù)目都很少，并且增長緩慢。這是因為在2002年之前，IPv6技術(shù)剛剛起步，大部分國家和機構(gòu)對IPv6技術(shù)不是很了解，因此對IPv6地址申請積極性不高。2002年以后，各RIR每年申請的IPv6地址數(shù)目明顯增多。2005年，除AFRINIC外，各RIR已經(jīng)分配出去的IPv6地址數(shù)目都達(dá)到了頂峰。但是就2006年頭9個月的統(tǒng)計顯示，各RIR已經(jīng)分配出去的IPv6地址總數(shù)有下降的趨勢。原因分析如下：
從2002年起，各國開始逐步意識到IPv6的發(fā)展?jié)摿?，同時為了吸取在IPv4地址申請中的教訓(xùn)，許多國家和機構(gòu)都開始積極地申請IPv6地址。此時各RIR一般都按大小為“/32”或小于“/32”的地址塊為各申請者進(jìn)行分配。
2003年9月2日，荷蘭沃達(dá)豐公司申請到了一塊大小為“/31”的地址塊。自此，最大地址塊申請記錄不斷被刷新。目前已經(jīng)有包括法國電信在內(nèi)的數(shù)家企業(yè)獲得了大小為“/19”的地址塊，這是目前世界上已分配的最大地址塊。企業(yè)競相申請大地址塊的現(xiàn)象在圖中表現(xiàn)為2004～2005年各RIR已分配地址數(shù)目的迅速增長。
然而，由于近年來IPv6商用推廣的不順利，真正具有IPv6特色的應(yīng)用或必須由IPv6才能實現(xiàn)的應(yīng)用一直沒有出現(xiàn)，同時各企業(yè)和機構(gòu)對IPv6地址申請的認(rèn)識也逐漸趨于理性。到2006年，各主要發(fā)達(dá)國家的企業(yè)搶注IPv6地址的現(xiàn)象明顯減少，整體表現(xiàn)為對IPv6地址的申請的下降趨勢。
截止到2006年9月12日，全球擁有IPv6地址最多的前六位國家和地區(qū)分別為德國、法國、日本、韓國、澳大利亞和我國臺灣地區(qū)(如圖7)。其中臺灣地區(qū)在2006年中已獲得的IPv6地址數(shù)量排名全球第一。而我國大陸目前擁有的IPv6地址塊數(shù)目僅為臺灣地區(qū)的1.2%，為德國的0.28%。這種情況的造成一方面是因為我國企業(yè)的經(jīng)驗不足，在申請IPv6地址的過程走了很多彎路，付的錢多，得到的地址數(shù)目反而少；另一方面也反映出國內(nèi)企業(yè)對IPv6技術(shù)的研究和商業(yè)實踐熱情遠(yuǎn)不及日德等國。
地址格式作為IPv6體系結(jié)構(gòu)中的重要環(huán)節(jié)長期以來一直備受關(guān)注。隨著理論研究的不斷深入和實踐的檢驗，IETF對IPv6地址格式進(jìn)行了不斷的修訂。地址規(guī)劃是IP通信的基礎(chǔ)。IPv6地址體系結(jié)構(gòu)和分配策略的更改意味著設(shè)計者和運營者要重新考慮現(xiàn)有的地址編址方式。提高IPv6地址的利用率，增強網(wǎng)絡(luò)的可聚集性和可擴(kuò)展性，是IPv6網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主要問題之一。根據(jù)地域，組織及服務(wù)類型劃分IPv6全球單播地址前綴各有優(yōu)劣，到底哪種更有利于IPv6網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展仍舊有待實踐的檢驗。
目前歐洲各國和亞洲的日韓等國申請的IPv6地址數(shù)目巨大，反映了這些國家對IPv6相關(guān)技術(shù)的重視。對我國企業(yè)而言，可以通過幾家大的單位如中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心(CNNIC)集中向APNIC進(jìn)行申請，以降低IPv6地址資源申請和使用的成本，實現(xiàn)國內(nèi)IPv6地址在數(shù)量和配置上的最優(yōu)化。
