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IPv6地址规划和申请简介

 发布:2018-10-11 10:10 来源:未知 作者:管理员
1.引言

目前全球可用的IPv4网址剩余量不足10%,随着网络的普及,手机、笔记本、服务器、路由器等设备,都在消耗IP地址,3G网络和物联网的推广和应用更进一步加大了IP地址的消耗。中国的IPv4资源分配只占全球的4.5%,第25次中国互联网络发展状况统计报告显示,中国网民达到3.84亿,成长速度28.9%,IP地址增幅和数量落后于网民增幅和数量,所以中国面临IP地址供需缺口形势更为严峻,面对紧缺的IPv4资源,网络管理者应立即采取措施,推进IPv6网络部署规划。

为简化IPv6地址申请流程,促进IPv6的申请和应用,APNIC在2010年2月推出了IPv6地址申请的快速通道计划,根据这一计划,凡是持有IPv4地址且尚未持有IPv6地址的会员,可以免费申请一块IPv6地址(默认大小;/32)。就目前的情况,全球分配的IPv6地址块80%的大小是/32,也就是说,就目前可以预见的情况,/32的IPv6地址块基本能满足大部分企业的需求,因此快速通道计划采用/32做默认大小,不做进一步审核,大大简化了申请流程。

IPv6地址空间巨大,如果按IPv4的地址使用方法,显然1块/32地址(296个IP地址)就能满足全世界的需求,然而,正是因为IPv6地址空间巨大,可以允许层次化、结构化的IP地址规划和分配,便于路由汇聚,从而可以大大缩小路由表,并且简化网络管理,配置,变更和扩展的工作量。对于大型互联网服务商,采用层次化、结构化的IP地址规划和分配,/32的地址量就不一定能满足网络部署的需求。

值得注意的是,如果互联网服务商已经先申请了1块/32的IPv6,如果在后期的网络规划中发现需要更多的IPv6地址,再申请时就需要经过严格的审核流程,特别是要考查原先的IPv6地址的使用率,在IPv6网络规划和部署初期,由于用户量少使用率很难满足后续申请的需求,从而对网络地址规划造成困难,即使在若干年后使用率达到要求申请后续的IPv6地址,也有可能跟原来的/32是不连续的地址段,造成路由汇聚的困难。

本文旨在为互联网服务商IPv6地址规划和申请提供必要的参考,通过简单的方法初步估算自己的IPv6地址量需求,申请适量的IPv6地址块,便于网络的规划和部署。

2.IPv6地址规划

2.1层次化设计

大型互联网服务商的IPv6网络采用层次化、结构化的设计,可以把网络分为多个区域(地区),每个区域有多个区域骨干节点,每个骨干节点汇聚多个接入网(站)点,通过接入网点连接终端网点(企业或个人用户)提供服务;一般来说,是一个4个层级的网络模型,而小型互联网服务商则采用1-2层级的网络模型。

2.2IPv6地址结构

为了便于路由汇聚和简化网络管理,配置,变更和扩展的工作量,IPv6采用层次化、结构化的地址规划,一般来说,按RFC3177的原则,把128位的IPv6地址分为一个64位的网络标识符和一个64位的节点(主机)标识符,节点(主机)标识符通常根据物理地址自动生成,叫做EUI-64(或者64-位扩展唯一标识);64位的网络标识符又进一步分为全球网络标识符和本地子网标识符,通常全球网络标识符占用48位和本地子网标识符占有16位,如下图所示:
按照上图的原则,终端网点(企业或个人用户,见附录的定义)分配一段/48的IPv6地址,最终连接主机/PDA设备的子网分配1段/64的IPv6地址,假设互联网服务商自己分配到的IPv6地址段是/32,则该服务商有48-32=16位做自己服务网络的网点标识,总共可以允许65,536个网点标识:
图2.IPv6地址结构

65,536个网点节点数量上是很大,但如果再考虑以上所述的层次化设计,服务商有16位做自己服务网络的网点标识,如果要结构化地把这16位用于上面所述的4层(区域、骨干节点、接入网点、终端网点)网络模型,平均每个层级可以占用4位(注:本文描述的是一个通用的模型,因此采用平均分配的方式,实际设计应该根据每个层级预期的节点数量决定所占用的位数),这样每个层的节点数就只可以允许16个,如下图所示:
图3.IPv6地址层次化结构

可见,对大型的全国性的互联网服务商,如果网络层次较多,一个/32的地址就相对不足。

当然,这主要还是根据网络的层次和终端网点的地址分配策略来定,例如,如果上述终端网点分配从/48改为/56,互联网服务商的网点标识就有56-32=24位,每个层级有6位可用,允许64个节点,这样/32就相对足够,同样,如果网络是2-3层结构的话,/32也相对足够。

2.3IPv6地址分配策略

一般来说,使用以下分配策略分配IPv6地址:

l/64分配给最终连接主机,PDA等终端设备的子网

l/56分配给家庭用户,小型办公/家庭办公(SOHO),远程办公分支机构

l/48分配给企业客户

如下图所示:
图3.IPv6地址分配示例

根据以上分配策略,一个/32的IPv6地址块,总共可以支持65,536个/48(216)终端用户,或16777216个/56(224)终端用户。

2.4主机密度比率(HD-Ratio)

上述终端用户的估算是理论值,考虑到网络设计的层次化、结构化原则,以及各区域发展不平衡的因素,再加上地址规划需要考虑的冗余,实际上不可能把每个IP地址和子网都恰好用完,因此,IPv6地址规划中用主机密度比率(HD-Ratio)来估算实际需要的地址量:

主机密度比率(HD-Ratio)=log2(实际分配的/56数量)/log2 (可分配的/56数量)

以上述/32的地址块为例,可分配的/56数量=2(56-32)=224=16777216

主机密度比率(HD-Ratio)=log2(实际分配的/56数量)/ log2 (16777216)

其中,分配一个/48地址块=分配256个/56地址块(28,56-48=8,)。
一般IPv6地址规划的主机密度比率(HD-Ratio)要求是0.94,因此各IP地址分配机构也是根据主机密度比率(HD-Ratio)是否达到0.94来衡量原有IPv6地址块是否已经饱和,是否能申请更多的IP地址。

附录有主机密度比率(HD-Ratio)达到0.94对应主机数量列表,以一个持有/32IPv6地址的互联网服务商为例,要达到0.94的主机密度比率(HD-Ratio):

如果该服务商的用户都是分配/48的IPv6地址块:

0.94HD=24,154 x /48 终端用户

如果该服务商的用户都是分配/56的IPv6地址块:

0.94HD=6,183,533 x /56终端用户

如果该服务商的用户根据需求分配/48,/52和/56,例如

8,000x/48终端用户(8000*28=2,048,000),加上

80,000x/52终端用户(80,000*24=1,280,000),加上

3,000,000x/56终端用户

=6,328,000x/56 分配单位 = 0.94 HD(主机密度比率)

2.5结论

根据以上推算,如果一个互联网服务商主要客户是企业型客户,可主要分配/48的IPv6地址块给客户。若客户网络的子网数高于24,154,则建议考虑申请/31或以上的IPv6地址。

如果一个互联网服务商主要客户是个人/家庭用户,小型办公/家庭办公(SOHO),主要分配/56的IPv6地址块给客户,若客户网络的子网数高于6,183,533,建议考虑申请/31或以上的IPv6地址。

如果一个互联网服务商的客户有多种类型,可根据上述方法推算出/56的分配单位数量,再根据主机密度比率(HD-Ratio)估算所需要的IPv6地址量。

一般来说,建议客户网络的子网数达15万以上的互联网服务商对自己的网络作上述评估,估算是否需要申请/31以上的IPv6地址。

3.IPv6地址申请

目前国内已有多个单位是亚太互联网络信息中心APNIC的成员单位。例如中国互联网络信息中心(CNNIC)、中国教育和科研计算机网(CERNET)、中国电信、中国联通、中国移动、中国互联网服务商联盟(CNISP)等。国内需要IPv6地址的单位根据需求以及网络连接情况等因素,均可向上述这些单位申请IPv6地址。

下面以通过向中国互联网服务商联盟(CNISP)的申请为例加以说明。

3.1/32申请

如前所述,用户量在10万以下的互联网服务商,/32基本可以满足需求,如果是CNISP的IP分配联盟成员,可通过IPv6申请快速通道,免费申请一块IPv6地址(默认大小;/32),只要提供单位名称和原先持有的IPv4地址段以及必要的注册信息,就可以在几个工作日内分配到IPv6地址。

3.2大于/32申请

因为/32的IPv6申请后,后续申请就要考查使用率,因为国内目前应用得少,IPv6地址量又很大,使用率很难达到要求,所以首次申请还是要规划好一个合适的地址量,避免对网络地址规划造成困难;即使在若干年后使用率达到要求申请后续的IPv6地址,也有可能跟原来的/32是不连续的地址段,造成路由汇聚的困难。

对于用户量在15万以上的互联网服务商,建议根据主机密度比率(HD-Ratio)对自己的网络规划作上述评估,估算是否需要申请/31以上的IPv6地址,若不需要,可通过快速通道申请,若需要,按大于/32申请。
对于用户量达620万以上的大型互联网服务商,建议申请/31以上的IPv6

申请/31以上的IPv6地址,需要提交以下材料:1或2

1.IPv6网络规划:

-IPv6实施模式(tunneling,dualstack 等)

-IPv6服务模式(IDC主机托管、互联网接入等)

-IPv6的网络规划,体现需要很大的IPv6地址量,

-IPv6网络设备列表

-网络拓扑

或者

2.IPv4网络情况和向IPv6过渡的计划

-目前IPv4的网络结构和客户规模,通过IPv6提供现有服务的计划,2年内转移现有IPv4用户到IPv6的计划,

-现有IPv4网络拓扑图

-现有IPv4网络设备信息

IPv6网络新应用展望

IPv6具有几乎无限的地址空间、自动识别配置机制,能对每个终端、每个感应器、每个家电、每个生产流程,都进行IP全球化管理。

IPv6与移动通信的结合将为目前的互联网开拓一个新的领域——移动互联网,移动互联网上有许多新型而精彩的服务,IPv6将是实现这些服务的关键。

利用IPv6庞大地址空间的特性,采用IPv6地址接入各类传感装置,可以实时采集大气、水文等各种环境监测数据以及地震监测数据,实现高效的监控和管理。

此外,在不远的未来,家电厂商们将开发出新一代的信息家电,除了计算机之外,还可给电视机、冰箱、微波炉、空调、洗衣机等家用电器分配IP地址,以利于它们与Internet的连接,人们不在家也可以操作家中的空调、冰箱等……

IPv6的优势将在具体应用中得到越来越突出的显现.

附录

名词解析

终端网点:指通过互联网服务商使用互联网的用户网点,包括企业,家庭办公用户,远程分支机构用户和个人用户。

地址表达方式,/32

由于IPv6地址被分成两个部分—网络标识符和接口标识符,因此可以按照类似C I D R地址的方式被表示为一个携带额外数值的地址,其中指出了地址中有多少位是掩码,即,I P v 6节点地址中指出了前缀长度,例如: / 32 表示这个地址块的前缀长度为32位,对应IPv6地址量为296(128-32=96)。

主机密度比率(HD-Ratio)达到0.94对应主机数量列表

主机密度比率(HD-Ratio)=log2(实际分配的/56数量)/log2 (可分配的/56数量)

其中,分配一个/48地址块=分配256个/56地址块(28,56-48=8,)。

以上述/32的地址块为例,

可分配的/56数量=2(56-32)=224=16777216

主机密度比率(HD-Ratio)=log2(实际分配的/56数量)/ log2 (16777216) (以/56分配)

主机密度比率(HD-Ratio)=log2(实际分配的/48数量*256)/ log2 (16777216) (以/48分配)
P可分配/56数量HD=0.94对应/56数量可分配/48数量HD=0.94对应/48数量使用率(%)

参考文献:

RFC3177IAB/IESGRecommendations on IPv6 Address Allocations to Sites

RFC3194TheH-Density Ratio for Address Assignment Efficiency

RFC3513InternetProtocol of Bits of an IPv6 Address Block