IPv6地址规划和申请解决方案

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：

图1.IPv6地址结构（RFC3513，RFC3177）

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

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4.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=24，154x/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=6，183，533x/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=0.94HD（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CIDR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，IPv6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（%）

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