闲谈IPv6-IPv6地址聚类分配原则于源地址选择的关系

:mans_shoe::mans_shoe::mans_shoe:

昨晚又把光头刮了一把，更光了，用疯子的刮眉刀刮头是给弄流血了，悲哀，以及谢特！

我一向喜欢对比两类相似的东西或者同类的两个版本，然后褒一个贬另一个，我不太喜欢中庸，也不太善于一分为二看问题，近期在做IPv6相关的事情，所以自然要和IPv4做对比，那么，哪怕一个细节上，我都忍不住要吐槽IPv4，但这并不意味着IPv4真的就那么挫，这只是我的特色而已。

还是以一个实际例子入手，先吐槽一顿IPv4，然后再说说IPv6怎么怎么好。

看以下的拓扑，一个有钱的用户从三大运营商同时接入互联网：

他要么是为了备份线路，要么是为了负载均衡，要么是为了实现访问联通的服务走联通的线路，访问电信的服务走电信的线路…无所谓，不管怎样，显然，它获得了三个IP地址。

此时它发起一个连接，想访问一个服务器，请问：

该连接的源IP地址如何选择？是ip1，ip2还是ip3？

无疑，这个服务器的IP地址肯定是接入三大运营商之一的，DNS会用发起请求的用户IP来给用户返回相同运营商的IP地址，答案似乎很简单，用相同运营商的呗。

是的，这是正确答案，走同运营商的线路可以避免冷土豆跨运营商转交，服务质量更能得到保证，走同运营商当然要用同运营商地址。

这一切都是在路由选择算法中完成的， 源地址选择和下一跳属于同一网段的地址！

我们只要知道了路由，就能决定选择哪个地址作为源IP地址。至于路由嘛，肯定是事先已经配置好的咯。或者说，随便用一个IP作为源地址，然后请求DNS解析域名，DNS返回的一般都是同运营商的目标地址，然后就用请求DNS解析时的IP作为源就得了。

所以，这件事并不难。

但是，路由和DNS是可信任的吗？路由配置就一定稳定可靠吗？如果说这个用户配置了三条等价的默认路由，怎么办呢？

# 联通默认路由
0.0.0.0/0 via $cnc metric 100
# 电信默认路由
0.0.0.0/0 via $tel metric 100
# 移动默认路由
0.0.0.0/0 via $mob metric 100

很多人都这么玩，最终所有上行流量都从cnc出去(取决于实现，要么是第一个配置的，要么是最后配置的)，下行流量分布在三条线路，于是就造成了好多跨运营商传输。

你可能会说，可以配置Policy Routing啊，但是，哥，天下那么多服务器地址，你事先怎么知道哪些地址是联通的，哪些地址是电信的…

只要在你发起一条连接的第一个数据包时没有猜对下一跳，就意味着源地址会选错，源地址如果选择了不同运营商的，那么冷土豆转交将会伴随连接的整个生命周期。 所以说，路由一定要选对！

这又是一个先有鸡还是先有蛋的问题，好在我们能拿到一个条目非常全的地址库，或者DNS也能告诉我们这样一个东西，我们剩余的工作就是发挥愚公移山精卫填海铁杵磨成针的精神，去配置吧！

无论如何，这个事情对外部机制的依赖太多了，就选择一个源IP地址而已，却牵扯到了路由，DNS，Policy Routing…

等等！我最近就碰到配置上万条策略路由的！任何困难都难不倒勤劳的人民。

有没有更简单或者更复杂的方法呢？绝对有！我非常擅长解决这种问题。我用Policy Routing，IP Mark，conntrack就可以配置出这种效果，但是我在本文不说，反正非常复杂繁琐且易出错，说白了就是Trick。这种东西我能说一个礼拜，不然怎么能说自己靠着iptables，iproute2这些打通了内核协议栈任督二脉呢…

IPv6登场，事情起了变化，一切变得不一样！

先来看看IPv6地址的分配原则。

首先，IPv6的分配要遵循一个类似身份证的分层的原则：

这就使得所有的提供商在自己所辖的辖区内的路由都是可聚合的！IPv6地址提供商的层级结构和IPv6地址空间本身的层级结构完全一致！

分配机构一般会给一个高级别的运营商一个前缀比较短的整个网段，可以容纳百万级的子网，对于外部而言，这么大个运营商网络，可以从一条通告聚合路由抵达，该大运营商在其次级运营商那里分配地址也是同样的原则。

我这里定义一个 “提供商距离” 的概念。全世界所有的提供商形成一个树形结构，所谓的提供商距离就是两个IPv6地址的直接提供商在这棵树纵向上的距离。

请阅读：

RFC3177： https://tools.ietf.org/html/rfc3177

RFC6177： https://tools.ietf.org/html/rfc6177

对于 “提供商距离” 不用说太多，一个例子足矣。

如果自己有一个IPv6地址，随便给定另一个IPv6地址，我们算一下它们共享前缀的长度，就能知道它们共享到几级提供商。比如给定一个地址 240e:8880:4448:1300::222/64 ，问下面3个地址谁跟它的 提供商距离 最近：

a1=240e:8880:4448:1334::123/64

a2=240e:8870:4448:1334::123/64

a3=240e:8880:4448:1000::123/64

非常简单，直接最长前缀匹配就好了嘛！

看着一个地址，就能算出在IPv6地址空间，它离我的IPv6地址有多亲近。

所以，RFC3484里面的源IP地址选择策略中，有个Rule 8:

Rule 8: Use longest matching prefix.

【为啥是Rule 8而不是优先级更高呢？仔细想想！】

If CommonPrefixLen(SA, D) > CommonPrefixLen(SB, D), then prefer SA.

Similarly, if CommonPrefixLen(SB, D) > CommonPrefixLen(SA, D), then

prefer SB.

IPv6的源地址选择，不再像IPv4一样以下一跳为基准执行最长前缀匹配，而是直接以目标地址为基准执行最长前缀匹配！因此，IPv6的源地址选择不再依赖路由！

我们看看，对于IPv6地址的使用者而言，这个分配原则意味着什么。

这意味着，如果你搬了家，或者你的公司搬了家，你大概率不能继续使用原来的IPv6地址了，甚至你必须更改服务提供商，除非你搬到了同一个被分配了相同64位前缀网段的地理范围内。

如果在IPv4的世界，更换一个家庭或者企业的外部IP地址并不是什么问题，因为NAT遍地都是，没人会为内网每一个主机都分配一个公共地址，也没人有这个财力…但是在IPv6世界，NAT不再被建议使用，甚至强烈建议不使用，那么这就意味着，内网有多少设备，就要改多少设备的IP地址！

天啊，这是一场灾难！在这一点上，IPv4+NAT完胜！

幸运的是，IPv6分层聚合+IPv6自动配置(更多的是指无状态自动配置，缩写为SLAAC)可以完美胜任这一艰巨的任务！顺着一溜下去，你几乎不用动手，事情就完了！

…

之所以IPv4会有本文一开始陈述的那个问题，就是因为IPv4分配机制的无规则且混乱。

你搬家甚至可以带着你的IPv4地址一起搬，你交点服务费，运营商为你添加一条路由即可。理论上讲，如果每个人都这么玩，核心路由表项将会有数亿条。如果我们假设D类，E类地址也能参与分配，且没有私有地址，那么将会有43亿条的路由表项充斥各大路由器！

我来写一个程序，看看在常规的现代计算机上仅仅遍历43亿次执行递增操作需要多久：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	unsigned int i = 0;
	for (i = 0; i < 0xffffffff; i++) {
		//i++;
	}
	printf("%0x\n", i);
}

看一下执行时间：

[root@localhost NetworkManager]# time ./a.out
ffffffff

real	0m6.644s
user	0m6.637s
sys	0m0.007s

如果换成数亿次的路由表项匹配，呵呵。

IPv4的问题在于它过于灵活，过于灵活在业务无关的底层并不是什么好事。地址随意飘，加路由即可，地址随便分配，不考虑聚合，以为算法总是可以解决效率问题，这便是问题。

IPv6靠强制措施，硬性规定了很多条条框框，从地址分配时就考虑路由表的聚合问题。

我经常在京东买东西，因为我喜欢京东本地没库存宁可不卖也不让顾客遥遥无期等待。但是另一方面，我是个双重标准的人，我吐槽盒马鲜生，因为就隔一条小路，它就是不给送！绝不通融。

浙江温州皮鞋湿，下雨进水不会胖！