文/ Geoff Huston

2022 年的IPv6 地址空間

IPv4 地址分配只是故事的一半，為了補(bǔ)全完整的故事，有必要看一下2022 年IPv6 的情況。

IPv6 采用與IPv4 不同的地址分配方法，給每個客戶分配多長的IPv6 地址前綴是服務(wù)提供商的選擇問題。RFC 3177 記錄了互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)委員會（IAB）和互聯(lián)網(wǎng)工程指導(dǎo)組（IESG）于2001 年發(fā)布的初始建議，當(dāng)時設(shè)想/48 前綴比較適合作為終端實(shí)體的地址前綴。后來考慮到長期的地址保護(hù)問題，各界采取了更靈活的方法，即由服務(wù)提供商來選擇終端實(shí)體前綴的長度。

在當(dāng)前的IPv6 環(huán)境中，一些提供商使用/60 作為分配單元，也有一些使用/56 或/48 的提供商。這種差異可能會對IPv6 地址分配次數(shù)的比較過程產(chǎn)生誤導(dǎo)，因?yàn)樵谟脩羧后w規(guī)模相同的情況下，使用/48 前綴的運(yùn)營商所需的地址分配次數(shù)是使用/56 前綴的運(yùn)營商的256 倍，是使用/60 前綴運(yùn)營商的4,096 倍。

從IPv6 的分配數(shù)量和地址空間總規(guī)模等方面來看，與2021年相比，2022 年IPv6 地址空間的單獨(dú)分配數(shù)量下降了24%，而IPv4 分配交易數(shù)量則下降了37%（表1）。

表1 2011～2022 年IP 地址分配數(shù)量對比

2022 年分配的IPv6 地址數(shù)量比2021 年減少了3%，而相應(yīng)的IPv4 數(shù)量則增加了46%（表2）。

表2 2011～2022 年地址分配規(guī)模

從區(qū)域來看，2022 年每個RIR 的IPv6 分配行為都與前一年基本持平，但RIPE NCC 除外，其分配數(shù)量下降了約50%（表3）。

表3 各RIR 的IPv6 地址分配情況

地址分配數(shù)據(jù)告訴我們一個略有不同的故事。表4 顯示了每年分配的IPv6 /32 的數(shù)量，2022 年的總分配量略低于2021 年，但ARIN 的分配量很大，其中包括對美國衛(wèi)生與公眾服務(wù)部、美國國家海洋與大氣管理局和美國退伍軍人事務(wù)部分配的/20前綴。這些分配值得關(guān)注，因?yàn)樗鼈冋故玖伺c互聯(lián)網(wǎng)用戶群體沒有直接關(guān)系的機(jī)構(gòu)（比如美國聯(lián)邦政府機(jī)構(gòu)）的協(xié)議遷移情況。

表4 各RIR 的IPv6 地址分配規(guī)模

如果將地址空間總規(guī)模除以分配次數(shù)，可以得出每個地區(qū)的平均IPv6 地址分配規(guī)模情況（表5）?？傮w而言，IPv6 的平均分配規(guī)模仍然約為/30 左右，RIPE NCC 和APNIC 的平均單個實(shí)體IPv6 分配規(guī)模大于其他RIR。

表5 各RIR 平均IPv6 地址分配情況

圖1 和圖2 顯示了每年各RIR 的IPv6 地址分配數(shù)量和規(guī)模。

圖1 每年IPv6 地址分配數(shù)量

圖2 每年IPv6 地址分配規(guī)模

人們可能會將2020 年RIPE NCC 的IPv6 分配數(shù)下降歸因于許多歐洲經(jīng)濟(jì)體受到新冠疫情的重創(chuàng)。但也有一些質(zhì)疑的聲音指出，全球經(jīng)濟(jì)體都受到了類似的影響，但2020 年只有RIPE NCC的IPv6 分配活動出現(xiàn)了下降。因此，我們需要更深入地探究歐洲地區(qū)IPv6 地址分配活動下滑的原因，以便了解是否有特定的因素導(dǎo)致了這種趨勢。相比之下，中國、美國和巴西的IPv6 地址分配活動沒有受到疫情的影響（參見表6 和7）。

表6 各經(jīng)濟(jì)體每年的IPv6 分配次數(shù)

表6 展示了獲得IPv6 分配次數(shù)最多的經(jīng)濟(jì)體，而表7 顯示了過去五年每個經(jīng)濟(jì)體分配的IPv6 /32 地址段的數(shù)量。

表7 各經(jīng)濟(jì)體每年的IPv6 /32 地址段分配數(shù)量

表8 展示了IPv6 地址池分配規(guī)模最大的經(jīng)濟(jì)體。盡管美國在IPv6 地址池分配總量方面仍然位居榜首，約占已分配IPv6 地址總量的19%，但其人均分配數(shù)量卻低于榜單中許多其他國家。值得注意的是，瑞典的人均分配地址數(shù)量之高令人震驚。此外，一些互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商（ISP）分得的IPv6 地址池規(guī)?？赡芎艽螅?yàn)樗鼈冊贗Pv6 分配初期就開始使用，當(dāng)時采用的分配政策與現(xiàn)在不同。

表8 2022 年12 月各經(jīng)濟(jì)體已分配的IPv6 地址池

IPv6 能實(shí)現(xiàn)地址分配均衡嗎？

RIR 系統(tǒng)的目標(biāo)是解決IP 地址分配不均衡的問題。其背后運(yùn)行的理念是，每個地域/社區(qū)都有能力制定內(nèi)部的地址分配政策，可以自行決定其對“公平”和“公正”等含義的理解，然后指導(dǎo)其RIR 實(shí)施這些政策。

IPv4 早期使用者有明顯的優(yōu)勢，當(dāng)時按類分配的計(jì)劃可能是相當(dāng)奢侈的，而在IPv6 中采用“自下而上”的決策框架來開發(fā)地址分配規(guī)則，旨在避免分配結(jié)果不公平。

人們曾經(jīng)設(shè)想，128 位地址空間能提供如此龐大的地址（分配）計(jì)劃，地址稀缺性和分配不公平的問題很大程度上將被忽略。2128是一個巨大的數(shù)字，在兩個巨大的地址池之間進(jìn)行比較在某種程度上是無意義的。因此，當(dāng)我們看每人/48 的地址指標(biāo)時，不要忘記，一個/48 實(shí)際上是80 比特的地址空間，這比整個IPv4地址空間大得多。即使是印度人均只有0.1 個/48 地址段，也是一個很龐大的IPv6 地址數(shù)量！

然而，在我們沿著這條道路走太遠(yuǎn)之前，請記住，IPv6 的128 位地址空間已經(jīng)成為一個神話。我們先后在地址計(jì)劃中砍掉了64 位和16 位，并沒有什么特別的原因。16 位地址允許在每個站點(diǎn)創(chuàng)建大約65,000 個不同網(wǎng)絡(luò)，有些離譜。這導(dǎo)致IPv6 中128位所代表的地址空間在實(shí)踐中并不那么廣闊。

IPv4 的可用地址前綴空間大致相當(dāng)于/32 的終端地址空間大小，而IPv6 的可用地址空間大致相當(dāng)于/48 的前綴空間。因此，雖然將人均/48 作比較可能只是一種幻想，但到目前為止，IPv6的地址分配存在不公平現(xiàn)象，這種觀察是有一定道理的。不過，與IPv4 不同的是，IPv6 地址空間的耗盡還需要一段時間。我們相信，有足夠的IPv6 地址可以支持整個科技世界在一段時間內(nèi)使用統(tǒng)一的地址利用模式。

在當(dāng)今的公共網(wǎng)絡(luò)中，存在一個與底層網(wǎng)絡(luò)范式相關(guān)的問題。IPv6 試圖恢復(fù)20 世紀(jì)80 年代的點(diǎn)對點(diǎn)（P2P）網(wǎng)絡(luò)，允許每個連接的設(shè)備向任何其他連接的設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)包。然而，如今的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境將這種不受限制的連接視為一種責(zé)任，人們認(rèn)為暴露一個終端客戶設(shè)備是不必要的風(fēng)險，因此現(xiàn)今的網(wǎng)絡(luò)模式依賴于由客戶端發(fā)起的交互式連接。

這種模式非常適用于基于NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）的IPv4 連接。對于IPv6 互聯(lián)網(wǎng)的長期發(fā)展，一個重要的問題是：我們是否愿意承擔(dān)維護(hù)終端客戶唯一尋址計(jì)劃的成本，或者在IPv6 中是否可以證明NAT 是客戶端與服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)中最適合的服務(wù)平臺。

分配的IPv6 地址在多大程度上可以作為互聯(lián)網(wǎng)路由表中的地址宣告前綴？圖3 展示了2010 年以來IPv6 宣告、未宣告和總分配地址總量的情況，而圖4 展示了宣告地址總數(shù)占已分配或已指定的IPv6 地址總數(shù)百分比。

圖3 已分配、未宣告和已宣告的IPv6 地址

圖4 已分配IPv6 地址池中已宣告的占比

在2013 年，地址分配范圍的減少是由于LACNIC 的政策變化所導(dǎo)致的，其中大量被分配給巴西的地址被直接分配/指派給ISP 和類似終端實(shí)體。

從IPv4 地址保護(hù)的歷史來看，大約77%的IPv4 地址分配或指定已經(jīng)出現(xiàn)在BGP 路由表中，而在IPv6 中40%的數(shù)字看起來并不太讓人印象深刻，但這并不是問題的核心所在。我們在IPv6中選擇了128 位的可用地址長度，以避免過度關(guān)注地址保護(hù)問題。IPv6 可以承受較低的地址利用率。

互聯(lián)網(wǎng)前景展望

互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一系列不確定因素增加了我們做合理預(yù)測的難度。

在2017 年，IPv6 部署急劇上升，很大程度上受到了印度IPv6 服務(wù)部署的影響，特別是Reliance Jio 服務(wù)。2018 年相對平靜，下半年部署率的上升是因?yàn)橹袊饕?wù)提供商開始大規(guī)模部署IPv6。2019 年IPv6 部署加速，整體部署率提高了5%，這與中國快速部署IPv6 有很大關(guān)系。中國IPv6 的部署水平一直在上升，從2019 年的23%上升到2022 年的28%，即中國IPv6 用戶池增加了約4100 萬個終端用戶（圖5）。

圖5 2012～2022 年IPv6 發(fā)展測量

2022 年，全球范圍內(nèi)的IPv6 增長模式更為分散，總體增長率為2.5%。然而，法國（增長19%）、尼泊爾（增長15%）、以色列（14%）和英國（10%）的IPv6 部署一直在穩(wěn)步上升。與互聯(lián)網(wǎng)整體的平均水平（33%）相比，IPv6 部署率較低的地區(qū)包括非洲、南歐、東歐、中東和中亞（圖6）。

圖6 2022 年12 月IPv6 測量

雖然一些服務(wù)運(yùn)營商已經(jīng)意識到NAT 部署的預(yù)期成本對他們的服務(wù)平臺來說是不可持續(xù)的，但仍有一些人認(rèn)為NAT 會隨著互聯(lián)網(wǎng)人口規(guī)模增長而持續(xù)一段時間。至少，這是我認(rèn)為很多服務(wù)提供商沒有采取雙棧服務(wù)部署行動的唯一理由。然而，過渡的最終目標(biāo)并不是全面開啟雙棧，而是停用IPv4，因此需要很長一段時間，而如何量化這段時間是不確定的。

在地址方面，由于移動服務(wù)環(huán)境中CGNAT（運(yùn)營商級網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）的廣泛使用，IPv4 互聯(lián)網(wǎng)的增長幾乎被掩蓋，因此對IPv4 公網(wǎng)地址的需求相當(dāng)?shù)?，網(wǎng)絡(luò)中的基本增長率被NAT 所掩蓋。在IPv6 中，巨大規(guī)模的地址空間隱藏了大部分?jǐn)?shù)量。一個ISP 的IPv6 /20 地址段分配允許2.68 億個/48 分配或680 億個/56 分配，因此IPv6 網(wǎng)絡(luò)的增長只是隱藏在IPv6 背后的大規(guī)模地址計(jì)劃中。

人們普遍認(rèn)為，大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)和其他形式的部署將對IPv6 地址的需求產(chǎn)生影響，這些部署可以被歸入物聯(lián)網(wǎng)（IoT）范疇。但這并不意味著這些部署只是一個行業(yè)被過度炒作的產(chǎn)物。更有可能的假設(shè)是，到目前為止，這種部署是使用私有的IPv4地址進(jìn)行的，它們依靠NAT 和應(yīng)用級網(wǎng)關(guān)接入公共互聯(lián)網(wǎng)。

盡管我們經(jīng)常被告知，NAT 不是一個好的安全設(shè)備，但在實(shí)踐中，NAT 對網(wǎng)絡(luò)掃描和惡意軟件提供了有效的前線防御。因此，使用NAT 和基于設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)背后可能有一個更大的故事需要挖掘，而不僅僅是決定是否繼續(xù)使用IPv4 協(xié)議棧的問題。

我們正在目睹一個行業(yè)的變化，其中技術(shù)創(chuàng)新、開放性和多樣化不再是主要的推進(jìn)手段。IPv4 中NAT 的廣泛使用將互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)限制在使用TCP 和UDP 的簡單且受限的客戶端/服務(wù)器交互模式中。由于NAT 的存在，客戶端發(fā)起的交易成為網(wǎng)絡(luò)交互的主要形式，而通信方式的開放網(wǎng)絡(luò)模式在今天已不再延續(xù)。在我們坐等曠日持久的IPv4/IPv6 過渡期之時，現(xiàn)任者正在鞏固他們的地位，而創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)精神則被置于次要地位。

當(dāng)前，少數(shù)大型企業(yè)提供了互聯(lián)網(wǎng)傳輸服務(wù)，并在各自的市場中擁有強(qiáng)大的地位。這些大型企業(yè)傾向于規(guī)避風(fēng)險、保守主義和提高對其經(jīng)營范圍的控制水平。在內(nèi)容提供方面也存在相同的市場匯聚趨勢，少數(shù)內(nèi)容提供商在整個互聯(lián)網(wǎng)上擁有絕對主導(dǎo)地位。

這些行業(yè)的變化對網(wǎng)絡(luò)中立性、傳輸和服務(wù)提供功能的分離、投資狀況和對基礎(chǔ)設(shè)施投資的風(fēng)險和回報(bào)預(yù)期，以及互聯(lián)網(wǎng)本身的開放性等方面產(chǎn)生了深刻的影響。

考慮到這個行業(yè)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模，如何維持一個高效、完全開放和有競爭力的行業(yè)始終是一個挑戰(zhàn)，但當(dāng)基礎(chǔ)平臺已經(jīng)耗盡IP地址這一基本貨幣時，挑戰(zhàn)程度就會成倍增加。當(dāng)競爭力強(qiáng)的產(chǎn)品趨于消失時，市場中大型企業(yè)利用其在位優(yōu)勢進(jìn)行宏觀控制的壓力就會增加。在這種情況下，通常需要某種形式的公共部門干預(yù)來恢復(fù)有效的競爭，并重新推動更高效的產(chǎn)品供給。

互聯(lián)網(wǎng)正在不斷發(fā)展，它已不再是電話、印刷報(bào)紙、電視娛樂和社會交互等傳統(tǒng)行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新挑戰(zhàn)者?；ヂ?lián)網(wǎng)已經(jīng)成為一項(xiàng)既定的規(guī)范，不再像過去一樣被視為放松管制的顛覆者。我們在持續(xù)探索互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管和治理框架，以避免互聯(lián)網(wǎng)參與主體形成日益增長的自滿情緒。

目前我們無法確定在這一探索過程中會取得多大的成功，只能拭目以待。