2022 年IPv6地址分配和互聯網前景展望 ——2022 年全球IP地址回顧（三）
2023-08-16 中國教育網絡
編者按
此前，APNIC首席科學家杰夫·休斯頓（Geoff Huston）發文回顧了2022年全球IP地址發展情況，分析了2022年IPv4和IPv6的部署現狀，并對未來互聯網的發展形勢作出判斷。上期介紹了2022年IPv4地址轉移和租賃狀況，本期將刊登第三部分，回顧2022年IPv6地址空間狀況，并對互聯網前景進行展望。
2022年的IPv6地址空間
IPv4地址分配只是故事的一半，為了補全完整的故事，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地址前綴是服務提供商的選擇問題。RFC3177記錄了互聯網體系結構委員會（IAB）和互聯網工程指導組（IESG）于2001年發布的初始建議，當時設想/48前綴比較適合作為終端實體的地址前綴。后來考慮到長期的地址保護問題，各界采取了更靈活的方法，即由服務提供商來選擇終端實體前綴的長度。
在當前的IPv6環境中，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地址分配次數的比較過程產生誤導，因為在用戶群體規模相同的情況下，使用/48前綴的運營商所需的地址分配次數是使用/56前綴的運營商的256倍，是使用/60前綴運營商的4,096倍。
從IPv6的分配數量和地址空間總規模等方面來看，與2021年相比，2022年IPv6地址空間的單獨分配數量下降了24%，而IPv4分配交易數量則下降了37%（表1）。
表1 2011-2022年IP地址分配數量對比
2022年分配的IPv6地址數量比2021年減少了3%，而相應的IPv4數量則增加了46%（表2）。
表2 2011-2022年地址分配規模
從區域來看，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
地址分配數據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，其中包括對美國衛生與公眾服務部、美國國家海洋與大氣管理局和美國退伍軍人事務部分配的/20前綴。這些分配值得關注，因為它們展示了與互聯網用戶群體沒有直接關系的機構（比如美國聯邦政府機構）的協議遷移情況。
表4 各RIR的IPv6地址分配規模
如果將地址空間總規模除以分配次數，可以得出每個地區的平均IPv6地址分配規模情況（表5）?？傮w而言，IPv6的平均分配規模仍然約為/30左右，RIPE NCC和APNIC的平均單個實體IPv6分配規模大于其他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地址分配數量和規模。
圖1 每年IPv6地址分配數量
圖2 每年IPv6地址分配規模
人們可能會將2020年RIPE NCC的IPv6分配數下降歸因于許多歐洲經濟體受到新冠疫情的重創。但也有一些質疑的聲音指出，全球經濟體都受到了類似的影響，但2020年只有RIPE NCC的IPv6分配活動出現了下降。因此，我們需要更深入地探究歐洲地區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 各經濟體每年的IPv6分配次數
表6展示了獲得IPv6分配次數最多的經濟體，而表7顯示了過去五年每個經濟體分配的IPv6/32地址段的數量。
表7 各經濟體每年的IPv6/32地址段分配數量
表8展示了IPv6地址池分配規模最大的經濟體。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量之高令人震驚。此外，一些互聯網服務提供商（ISP）分得的IPv6地址池規?？赡芎艽?，因為它們在IPv6分配初期就開始使用，當時采用的分配政策與現在不同。
表8 2022年12月各經濟體已分配的IPv6地址池
IPv6能實現地址分配均衡嗎？
RIR系統的目標是解決IP地址分配不均衡的問題。其背后運行的理念是，每個地域/社區都有能力制定內部的地址分配政策，可以自行決定其對“公平”和“公正”等含義的理解，然后指導其RIR實施這些政策。
IPv4早期使用者有明顯的優勢，當時按類分配的計劃可能是相當奢侈的，而在IPv6中采用“自下而上”的決策框架來開發地址分配規則，旨在避免分配結果不公平。
人們曾經設想，128位地址空間能提供如此龐大的地址（分配）計劃，地址稀缺性和分配不公平的問題很大程度上將被忽略。2128是一個巨大的數字，在兩個巨大的地址池之間進行比較在某種程度上是無意義的。因此，當我們看每人/48的地址指標時，不要忘記，一個/48實際上是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地址數量！
然而，在我們沿著這條道路走太遠之前，請記住，IPv6的128位地址空間已經成為一個神話。我們先后在地址計劃中砍掉了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創建大約65,000個不同網絡，有些離譜。這導致IPv6中128位所代表的地址空間在實踐中并不那么廣闊。
IPv4的可用地址前綴空間大致相當于/32的終端地址空間大小，而IPv6的可用地址空間大致相當于/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使用統一的地址利用模式。
在當今的公共網絡中，存在一個與底層網絡范式相關的問題。IPv6試圖恢復20世紀80年代的點對點（P2P）網絡，允許每個連接的設備向任何其他連接的設備發送數據包。然而，如今的網絡環境將這種不受限制的連接視為一種責任，人們認為暴露一個終端客戶設備是不必要的風險，因此現今的網絡模式依賴于由客戶端發起的交互式連接。
這種模式非常適用于基于NAT（網絡地址轉換）的IPv4連接。對于IPv6互聯網的長期發展，一個重要的問題是：我們是否愿意承擔維護終端客戶唯一尋址計劃的成本，或者在IPv6中是否可以證明NAT是客戶端與服務器網絡中最適合的服務平臺。
分配的IPv6地址在多大程度上可以作為互聯網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占已分配或已指定的IPv6地址總數百分比。
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和類似終端實體。
從IPv4地址保護的歷史來看，大約77%的IPv4地址分配或指定已經出現在BGP路由表中，而在IPv6中40%的數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，以避免過度關注地址保護問題。IPv6可以承受較低的地址利用率。
互聯網前景展望
互聯網發展的一系列不確定因素增加了我們做合理預測的難度。
在2017年，IPv6部署急劇上升，很大程度上受到了印度IPv6服務部署的影響，特別是Reliance Jio服務。2018年相對平靜，下半年部署率的上升是因為中國主要服務提供商開始大規模部署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發展測量
2022年，全球范圍內的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部署一直在穩步上升。與互聯網整體的平均水平（33%）相比，IPv6部署率較低的地區包括非洲、南歐、東歐、中東和中亞（圖6）。
圖6 2022年12月IPv6測量
雖然一些服務運營商已經意識到NAT部署的預期成本對他們的服務平臺來說是不可持續的，但仍有一些人認為NAT會隨著互聯網人口規模增長而持續一段時間。至少，這是我認為很多服務提供商沒有采取雙棧服務部署行動的唯一理由。然而，過渡的最終目標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，由于移動服務環境中CGNAT（運營商級網絡地址轉換）的廣泛使用，IPv4互聯網的增長幾乎被掩蓋，因此對IPv4公網地址的需求相當低，網絡中的基本增長率被NAT所掩蓋。在IPv6中，巨大規模的地址空間隱藏了大部分數量。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網絡的增長只是隱藏在IPv6背后的大規模地址計劃中。
人們普遍認為，大規模傳感器網絡和其他形式的部署將對IPv6地址的需求產生影響，這些部署可以被歸入物聯網（IoT）范疇。但這并不意味著這些部署只是一個行業被過度炒作的產物。更有可能的假設是，到目前為止，這種部署是使用私有的IPv4地址進行的，它們依靠NAT和應用級網關接入公共互聯網。
盡管我們經常被告知，NAT不是一個好的安全設備，但在實踐中，NAT對網絡掃描和惡意軟件提供了有效的前線防御。因此，使用NAT和基于設備的網絡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使用IPv4協議棧的問題。
我們正在目睹一個行業的變化，其中技術創新、開放性和多樣化不再是主要的推進手段。IPv4中NAT的廣泛使用將互聯網的技術基礎限制在使用TCP和UDP的簡單且受限的客戶端/服務器交互模式中。由于NAT的存在，客戶端發起的交易成為網絡交互的主要形式，而通信方式的開放網絡模式在今天已不再延續。在我們坐等曠日持久的IPv4/IPv6過渡期之時，現任者正在鞏固他們的地位，而創新和創業精神則被置于次要地位。
當前，少數大型企業提供了互聯網傳輸服務，并在各自的市場中擁有強大的地位。這些大型企業傾向于規避風險、保守主義和提高對其經營范圍的控制水平。在內容提供方面也存在相同的市場匯聚趨勢，少數內容提供商在整個互聯網上擁有絕對主導地位。
這些行業的變化對網絡中立性、傳輸和服務提供功能的分離、投資狀況和對基礎設施投資的風險和回報預期，以及互聯網本身的開放性等方面產生了深刻的影響。
考慮到這個行業的經濟規模，如何維持一個高效、完全開放和有競爭力的行業始終是一個挑戰，但當基礎平臺已經耗盡IP地址這一基本貨幣時，挑戰程度就會成倍增加。當競爭力強的產品趨于消失時，市場中大型企業利用其在位優勢進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來恢復有效的競爭，并重新推動更高效的產品供給。
互聯網正在不斷發展，它已不再是電話、印刷報紙、電視娛樂和社會交互等傳統行業的技術創新挑戰者?；ヂ摼W已經成為一項既定的規范，不再像過去一樣被視為放松管制的顛覆者。我們在持續探索互聯網監管和治理框架，以避免互聯網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。
本文同時刊登于《中國教育網絡》2023年6月刊
來源：APNIC
作者：Geoff Huston
翻譯：張明明
責編：項陽
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