不夠用的IP地址

魏郎爾

北京時間2014年8月12日下午4點鐘開始，全世界的網絡突然都變慢了一點點。不幸的是，接下來還可能又會慢下去。并且，這一回錯的真的不是你，而是世界。錯在哪呢？路由規則太多，溢出了。

不夠用的地址

你很可能見過譬如192.168.1.1這樣的數字串，這樣的數字就是所謂的“IP地址”。這是你平常訪問的那些網站的“真實地址”，例如，當你輸入www.guokr.com（域名）時，網絡會把它轉換成真正的地址111.13.57.142，然后才能找到這個網站在哪里。如果這個轉換系統（也就是所謂的“DNS”）出了問題，那網絡就要出現問題。

常見的IP地址里的數字是有規定的：四個數字，每個可以從0到255，這被稱為“IPv4”（互聯網協議第四版）。那么一共就會有2^32次方個不同的地址，也就是將近43億。而且這43億地址還有不少是保留的，比如所有以9開頭的原則上都是IBM的，12開頭的都是AT&T的，17開頭的是蘋果的，18開頭的則歸麻省理工……有些厚道的組織，比如斯坦福，本來占據了所有36開頭的，現在正把多余的地址拿出來回饋社會，但人并不都這么好心。

所以，那幫技術人員實在太目光短淺了？這還真不是，IPv4協議誕生于1981年，早在20世紀80年代末他們就預料到了這個不夠用的問題，可是新一代協議IPv6——可以提供3.4×10^38個地址——直到1998年才出臺。現在，IPv6已經走過整整十六個年頭。互聯網上使用IPv6的人數大概為4%（該數值基于訪問google的人統計，真實數字應為更低，見圖1）。

耍花招的后果

為了推遲IPv4擠爆的同時又不用去辛辛苦苦換新協議，各方在抓緊時間利用每一點殘存的IP空間碎片。以前大手大腳一整塊幾萬地址分給一個組織的好日子一去不復返，現在就連一小撮256個地址都要寸土必爭。但是，這對路由器來說就辛苦了。路由器依靠一個名為“路由表”的東西來快速找到方向，每一個機構拿到一段IP之后都會希望在路由表里加一句規則來加快自己的訪問速度。但是每一條規則都要占據同樣大小的空間，所以網上的地址越碎，需要的路由表就越大。

路由表是個很重要的東西，所以路由器會專門留出一塊高速存儲器來存它。譬如某款路由器足夠存一百萬個條目，想來應該是足夠了，而且眼看IPv6必將征服市場，我留一半（512k）給v4，另一半給v6，事實上大部分路由器生產商都想當然認為給v4留了512k足夠用，這算是行業標準。不幸的是，對于互聯網碎片化的程度，他們顯然又低估了。

多年的增長已經讓路由表突破了50萬大關，而在2014年8月12日，美國通信公司Verizon又一口氣往v4路由表里加了15000個條目，使總數抵達了約515000個，超過了上限（相比之下，v6還只有可憐的2萬個條目）。這些多出來的信息必須存在更慢的普通存儲器里，導致了速度變慢甚至局部網絡不穩定。Verizon很快發現了這個問題并把多出來的條目削了回去，但是余波至少持續了數小時。這個事件就是所謂的“512k”事件，也許就是你那天覺得網絡慢了的元兇。但這不是問題的結束，只是開始。路由表里的條目數字肯定要自然增長的，早晚會自己超過這個數字。而這些問題都出在路由器上，換路由器可是要花錢的。

誠然，我們可以繼續拆東墻補西墻，來一次廣泛的固件升級，把更多的快速存儲器留給v4。而代價可想而知，就是進一步削減了留給v6的空間。要是早用v6取代v4，IP地址夠用的話，現在就不會出現地址碎片化、路由表過大的問題了。

事實上，想想之前人們還以為內存640k就足夠，兩位數字存儲年份就足夠，32位儲存秒數就足夠，現在又一個想當然的上限被突破帶來了麻煩，就是理所應當的事情了。

圖1 2012年4月一次IPv4地址普查顯示的使用情況，黑色代表沒有數據，其他顏色代表使用率。由于調查方法問題，實際占用率肯定會比圖中看起來更高。