邂逅IPv6 - 扫盲 - IP地址篇

IPv6 吆喝很多年了，但因为国内没有成熟的商用环境，所以一直觉得它离我的工作还很远。没想到，最近公司投标中科院的一个项目，就是以 IPv6（曰：基于下一代互联网的）为核心课题的，将要建成一个覆盖全国百余家科研单位的 IPv6 示范网络。

为了写标书，最近读了不少 IPv6 相关的资料，总体的感觉是有点“乱”。乱的原因，一方面，因为 IPv6 的相关标准，最近几年还在不断的变化，尤其是地址分配策略，较早的资料和新的资料有矛盾；另一方面，IPv6 网多数都处在研究和试验阶段，很多资料本身的权威性也不是太高。

这个项目和 C N N I C 有莫大的关系，我不好说这是国内 IPv6 发展的一个标志性事件，但至少说明 IPv6 相关的研究在国内加快脚步了，因为，IPv4 的地址资源实在是太紧张了。

在没有深入研究IPv6之前，我以为IPv6只是在IPv4的基础上，将地址加长了。实际上不是这么简单。因为IPv6的出现，引出了了IP层通信协议、DHCP协议、DNS协议、路由协议等一系列的变化。今天这篇文章，先说说IPv6的地址。

世界上的IP地址怎么来的？

第一步，由IETF制定规范，就是他们定下 IPv4 是 32bits，IPv6是 128bits。定下长度后，他们还要决定地址的初始划分，比如，在IPv4里，A类地址、B类地址、C类地址的界定，哪些地址是预留的，哪些（比如192.168.*.*，127.0.0.1等特殊地址）是有特殊含义的，剩下的，才是可分配的。

第二步，可分配的地址，统一交给IANA管理。IANA自己预留一些，然后根据需要，将大块的地址分配给各地区“代理商”（Regional Internet Registeries，RIR）。目前世界上一共有五个RIR，负责包括中国在内的亚太地区的 RIR 就是 APNIC。

第三步，各RIR在各自负责的区域内，根据运营商（ISP）的申请，向他们授予地址块，当然，在中国，CNNIC全权负责国内IP地址和域名的管理。

第四步，用户从运营商获得IP地址。

IPv4 地址资源现状：
先看一条最近的新闻：2010年12月1号，IANA 向 ARIN 和 RIPE 各授予两个 A 类地址，这样，IANA 手里就只剩下7个空闲的A类地址了（2.73%）。按照互联网地址使用的趋势推测，专家认为，IANA 手里的地址将在2011年第三季度用完（全部分配到五大区的RIR），而RIR手里的地址，将在2012年第二季度，全部分配到ISP手中，虽然ISP到最终用户手里还能再缓一段时间，但可以肯定的说，2012年世界末日没来，IPv4的末日来了。

IPv4地址耗尽，最大的受害者是谁？应该是欧洲和亚洲。互联网发源于美国，相关标准和顶级分配机构也掌握在美国手中，美国拥有超过70%的IPv4地址，而且美国互联网普及率也超过70%，而中国拥有不到4%的地址，互联网普及率20%，欧亚大陆普遍被IP地址匮乏所困扰。

对IPv6的感性认识：
IPv6地址有128位，能够提供 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 个地址。地球的表面积是 511,263,971,197,990 平方米，意味着，每平方米可以分配到 665,570,793,348,866,943,898,599 个IPv6地址，依然大的惊人。

总之一句话，在IPv6时代，我们真的不发愁地址不够用了。

IPv6地址规划和分配情况

IPv6地址的写法
IPv6的地址长度是IPv4的四倍，如果还按照IPv4那样写，受得了吗？
202.95.34.211.183.238.65.223.10.10.152.3.172.24.24.233
晕死。

所以，IPv6地址有全新的记法，先看例子：
ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789
地址分为8段，每段用4个16进制数（不区分大小写，推荐小写）表示两个字节，段之间用':'分割。
当然，对于一个全长的地址，还是晕！

不过，根据IPv6地址中0比较多的特性，有几个简化原则，可以让地址变得简单：
> 每段的前导0可以省略，也就是：00ab 可直接写 ab
> 如果有连续的1到n段全都是0，可以简写成 '::'，但每个地址中，这个规则只能使用一次

例子：
FF01:0000:0000:0000:0000:0000:0000:101 –> FF01:0:0:0:0:0:0:101 –> FF01::101
0:0:0:0:0:0:0:1 –> ::1
0:0:0:0:0:0:0:0 –> ::

很多时候，我们会看到ip地址后面跟着一个/24，/8等等，这是子网掩码，在IPv4时代，另一种写法是：
255.255.255.0
在IPv6中，只使用简化写法，例如下面的地址：
FF01::101/64
这里的64，可以理解成子网掩码（不是特别准确），它代表以这个地址前64位为前缀的这样一个地址范围(子网），也就是：
从 FF01:: 一直到 FF01::FFFF:FFFF:FFFF:FFFF

IPv6的地址类型
> unicast，单播地址。
这就是我们日常使用的IP地址。
> anycast，任意播地址（还是不翻译的好，照这样下去，世界bo都得出来了）。
anycast地址可以设给一组网络接口，发向这个地址的数据包，会被转发到其中的某一个（只有一个）接口上（具体是谁，通常由路由设备决定）
> multicast，多播地址。
multicast地址可以设给一组网络接口，发向这个地址的数据包，会被转发到所有接口上。

注：
IPv6没有广播地址（broadcast）。
IPv6地址中某段全为0或者全为都1是合法的（特殊约定除外，在IPv4中，这两种情况全是非法的）

IPv6高层地址规划
就像IPv4划分A、B、C三类地址，并预留特殊地址一样，IETF对IPv6也做了大粒度的地址规划，主要有：
> 全零地址 - ::
这个地址的含义是“不确定”，是一个接口尚未设置IP地址的状态，它不能被用作常规的IP地址使用。

> 仅末位是1的地址 - ::1
本地loopback地址，等价于IPv4的127.0.0.1

> multicast 多播地址 - FF00::/8
多播地址前八位全为1

> link-local unicast 链路本地单播地址 - FE80::/10
链路本地单播地址前10位是：1111111010，
这类地址的主要用途是DHCP自动地址分配、供路由协议使用等等。

> global unicast 全球单播地址
这就是我们会用到的普通地址，除了前几类预留的地址外，剩余的全是这种地址。

IPv6的地址规划几经变更，因此这部分的资料比较混乱，互相矛盾，最好的就是研读RFC。比如，很多资料中提到的site-local address，其实已经正式被废弃了（RFC3878），目前关于IPv6 地址规划的最新规范是 RFC4291。

IPv6地址的分配和利用情况
目前，IETF拿出了一个三位掩码的地址段，交给IANA进行分配，占总地址空间的12.5%，其余地址暂时保留。这个地址段是：2000::/3

由于地址多了，IANA是家中有粮，心里不慌，原则上只受理 RIR 的 /32 或者更大的地址段申请。而 RIR 向 ISP 的地址发放，默认为 /48，最小是 /64。

在亚太地区，我们申请的IPv6地址还不够多，暂时排名第三位：

IPv6，也被称为IPng，下一代互联网技术。
这是一次歌名，如果第一次互联网时代，我们生不逢时，我们能在这次狼巢中抓住点儿什么？

下一篇，我将尝试整理IPv6给相关通信协议带来的影响。