CN1791099A

CN1791099A - IPv6前缀表的产生方法

Info

Publication number: CN1791099A
Application number: CN 200410098937
Authority: CN
Inventors: 张育斌; 谭敏强
Original assignee: Beijing Samsung Telecommunications Technology Research Co Ltd; Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Beijing Samsung Telecom R&D Center; Beijing Samsung Telecommunications Technology Research Co Ltd; Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-06-21

Abstract

一种IPv6前缀表的产生方法，包括步骤：a)将IPv6的地址划分为n个区间，n是大于1且小于128的整数，并确定需要产生的每一个区间的前缀数目；b)对于前缀长度小于等于M的划分区间，M是大于1且小于128的整数，并且是所述n个区间之一的最高位，分别分配长度小于等于M位的预定数目的前缀，从所分配的前缀中随机选择第一预定比率(1－Fsplit)的前缀输出到前缀表；以及c)对所述步骤b中产生的未输出到前缀表中的前缀进行分割，针对前缀长度大于M的划分区间，分别产生所述每一个划分区间的前缀。本发明方法能产生大数量级的IPv6前缀表，且所述前缀表能够体现实际IPv6网络的前缀分布特点，可以弥补实际前缀表信息缺乏的局限。该方法产生的前缀表不仅可用于IPv6路由算法研究，也可用于IPv6测试仪产生模拟网络流量。

Description

IPv6前缀表的产生方法

技术领域

本发明涉及因特网IPv6(Internet Protocol version 6)网络技术领域。更具体地，涉及一种IPv6前缀表的产生方法。

背景技术

随着下一代互连网络协议IPv6的出现，IPv6路由器、IPv6网络测试仪等相继得到研究和开发。在这些研究开发中，需要大量的实际路由信息或者模拟产生的能够仿真实际数据的信息。例如在算法研究中，需要大量前缀信息衡量算法的存储需求及算法的可靠性。对IPv4(Internet Protocol version 4)相应的设备的研究开发而言，一般有两个数据来源：从现有的Ipv4网络中采集到足够的实际的前缀表数据；以及利用一些IPv4路由表模型技术产生仿真的前缀表。Ipv6采用128位地址，而Ipv4采用32位地址，地址长度的巨大差异，不能简单的扩展Ipv4模型来产生仿真的Ipv6前缀表。在现有的IPv6算法研究中，一般采用从IPv6网络中采集到的路由前缀表作为算法研究的输入数据。由于目前IPv6网络的流量太小，使得Ipv6路由表信息严重不足，难以满足Ipv6路由算法研究及网络设备流量测试的需求。路由的查找过程是一个最长前缀匹配查找的过程，因此影响路由表的大小和算法的运行速度的主要因素是前缀长度分布。

在IP路由表中，路由地址被称为前缀，用符号P/L来表示，其中P代表路由前缀或网络地址，L代表该网络地址的有效长度，也称为前缀长度。在现有的IPv6算法研究中，一般采用从IPv6网络中采集到的路由前缀表作为算法研究的输入数据。但是目前Ipv6网络流量小，可采集到的路由前缀信息最多仅限于几百条，不能全面反映今后Ipv6网络的前缀分布特点，因此使用这些数据不能达到预期的仿真效果，不能合理的衡量算法的扩展性及内存需求。随着Ipv6网络流量的增大，实际的路由前缀信息也会不断增加，但是实际的路由前缀信息不能总满足需求，因此提出一种Ipv6前缀表产生方法，可以较灵活的满足需求，从而弥补了前缀表信息缺乏的局限性。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种IPv6前缀表产生方法，包括步骤：

a)将IPv6的地址划分为n个区间，n是大于1且小于128的整数，并确定需要产生的每一个区间的前缀数目；b)对于前缀长度小于等于M的划分区间，M是大于1且小于128的整数，并且是所述n个区间中其中一个区间的最高位，分别分配长度小于等于M位的预定数目的前缀，从所分配的前缀中随机选择第一预定比率(1-Fsplit)的前缀输出到前缀表；以及c)对所述步骤b中产生的未输出到前缀表中的前缀进行分割，针对前缀长度大于M的划分区间，分别产生所述每一个划分区间的前缀。

本发明方法能产生大数量级的IPv6前缀表，且所述前缀表能够体现实际IPv6网络的前缀分布特点，可以弥补实际前缀表信息缺乏的局限。该方法产生的前缀表不仅可用于IPv6路由算法研究，也可用于IPv6测试仪产生模拟网络流量。

附图说明

图1 IPv6全球单播地址及分配策略边界

图2 前缀分配在路由表中的实际体现

图3 根据本发明方法的Csplit及Cspawn的说明示例

图4 根据本发明方法的前缀分配过程的流程图

图5 根据本发明方法的前缀分割过程的流程图

图6 根据本发明方法的前缀衍生过程的流程图

图7 通过根据本发明方法所产生的前缀长度分布比率的示例

具体实施方式

IETF(Internet Engineering Task Force)在2003年4月正式发布了RFC(Request for Comments)3513协议，此协议定义了IPv6的地址结构，并对Ipv6地址表示法有详细说明。目前，整个IPv6地址空间已经指定2000::/3地址范围为全球单播地址，RFC3587定义了IPv6全球单播地址结构101(图1)。2000::/3地址空间将由IANA(InternetAssigned Numbers Authority)机构负责分配给RIR(Regional InternetRegistry)102。如果ISP(Internet Service Provider)/LIR(Local InternetRegistry)满足初始分配标准，那么其可获得的最小分配是/32 103，而一般的终端站点的地址分配是/48 104。在对现有的IPv6的地址结构和分配策略及IPv4路由表的分析的基础上，可得出IPv6前缀分布有以下特点：

1.很少或者没有长度小于16位的前缀。

2.长度超过16位但小于32位的前缀较少，可能少于1％，长度多集中在24，28位。

3.IPv6路由表中的长度主要集中在32位到64位之间，可能占整个前缀数目的80％以上。

4.Ipv6地址表示形如A:B:C:D:E:F:G:H，其中每位字母代表四位16进制数，长度为16位。长度超过64位的前缀主要集中在112位到128位之间，其中E，F，G部分可能全为0，尤其是F，G部分为0的比率更高。

5.在IPv6网络中，由于层次结构路由的关系，不同级别的路由器/不同网络规模特点的路由表前缀分布特性也不一致。如核心路由器中，路由汇聚使得短前缀路由较多，长前缀路由较少；而在某些边缘路由器中，长前缀路由可能比较多。

6.Ipv6的前缀分配在路由表中的实际体现有以下形式：如图2所示，例如，完整保留的前缀204，即前缀分配直接体现(201)在路由表中；分割后的前缀205，即前缀分配进行分割(202)后，以分割的前缀形式体现在路由表中；以及衍生后的前缀206，即从路由表中的较短前缀中衍生(203)出的更长的前缀。

有两种机制影响路由前缀表：注册机构IR(Internet Registry)对前缀的分配情况；如图2所示的ISP/EU的前缀分配在路由表中的实际体现。因此，综合考虑这两种机制设计IPv6前缀产生方法，不仅可以体现路由前缀长度分布特点，而且能反映影响路由表的因素以及不同前缀之间的关系。

下面将参考附图来描述本发明的Ipv6前缀表产生方法。

本发明方法的输出是指定数量的前缀表，可以将其表示为IPv6-database。下面对本发明方法可能涉及的参数进行定义：

1.需要产生的前缀的数目：即所有路由前缀的个数，用Size表示。

2.从RIR到LIR的分配个数与前缀长度的关系常数k：从RIR分配给LIR前缀长度x与该前缀长度分配的个数N，满足关系：N(x)＝x^k，其中引入参数k可以探究地址分配的数量变化是如何影响路由前缀表。

3.在通过分配产生的前缀中，用于分割的比率：Fsplit。

4.在小于L位的前缀中，将固定比率的前缀分割成长度L的前缀，用Fconst表示所述固定比率。

5.前缀的分割程度：Csplit，将通过分割产生的前缀称为分割前缀，则Csplit表示分割前缀在被分割的前缀地址空间中所占的比率，如图3所示。

6.用于衍生更长前缀的前缀表中的完整或分割前缀所占的比率：Fspawn。

7.前缀的衍生程度：Cspawn，将通过衍生产生的前缀称为衍生前缀，则Cspawn表示衍生前缀在被衍生的前缀地址空间中所占的比率，如图3所示。

8.Ipv6的128位地址可以划分为n个区间Pi(按照长度由小到大顺序记录，例如，如图7所示。各区间的前缀数目的分布百分比：R1，R2，…Rn；∑_I＝1 ⁿRi＝1。

9.对大于64位的Ipv6地址中E，F，G为零的比率分别为：P_E，P_F，P_G。

10.已产生的IPv6前缀信息(数据文件)：Actual-Data，数据每行的格式形如A:B::/len，len为前缀长度。

此外，下文中Number(Pool)表示地址池Pool中的前缀数目。Pooli表示划分Pi的前缀地址池。

首先，依据ipv6的地址结构及分配策略等，可以把128位长its的ipv6地址分为若干个区间。例如，可以划分为7个区间：[/16bits～/31bits]，[/32bits](LIR可获得的最小分配)，[/33bits～/47bits]，[/48bits](公共拓扑结构的最长长度)，[/49bits～/63bits]，[/64bits](站点拓扑结构的最长长度，一般只有单个子网)，[/65bits～/128bits](接口ID)。然而，划分的数目和分法并不限于此。

对于上述IPv6的地址区间的n个划分，分别计算需要产生的各区间的前缀数目：Size_I＝Size*Ri，其中i为整数，取值范围是1～n。前缀产生前，根据各区间前缀的分布比率特点，可以产生代表不同的实际网络分布特点的前缀表。例如，当长度为/64的前缀数量最多时，体现网络上存在的前缀以小规模网络为主的情形；长度在[/49～/63]之间的数量最多时，代表以多个自行规划的子网分布为主的网络情形；长度为/48的前缀数量最多时，代表大多数为ISP等级的网络情形。各区间前缀的分布比率可依据不同网络特点分配。

下文中的Number_i表示在产生过程中，前缀表中出现的每一个地址区间的有效前缀数目(体现在路由表中的前缀)，其中i为整数，取值范围是1～n。

前缀表的产生主要分为以下几个过程：

1.前缀分配过程

前缀分配过程：可以将前缀分配过程记为函数allocation-process()，用于分配产生小于等于M位的预定长度的前缀，其中M是大于1且小于128的整数，并且是所述n个区间中其中一个区间的最高位，例如，这里M等于32。然后从中选择Fsplit比率的前缀，可以记为Split-Pool，作为下个过程的源地址，被用来进行前缀分割，而未被选择的前缀则是输出的路由前缀。

从2000::/3范围内可分配213个前缀长度为/16的地址块给RIR。从RIR到LIR分配的地址前缀长度范围主要集中在/16～/32。该区间的分配个数与前缀长度满足关系N(x)＝x^k，其中x为前缀长度，k为输入常数。

如图4所示，前缀分配过程可分为以下步骤。首先，产生分配给RIR的地址块，例如，从2000::/3随机产生N(16)个前缀长度为16的地址块。接下来，产生长度范围在/16～/32的地址前缀。

为了体现路由前缀长度分布特点，在进行分配时，按照网络统计特性，结合IPv6的划分区间Pi进行分配。对于地址长度小于等于32位的IPv6划分区间Pi(设i取值为1～m的整数)，分别根据allocation-process()进行分配。

以下是函数allocation-process()的分配规则的示例：

a)在划分区间Pi随机选择长度x，依据N(x)＝x^k，确定该前缀长度的个数；

b)从/16s中选择第一个空间使用率小于80％的地址块/16，分配前缀长度为x的地址块，并重复N(x)次，保证各分配不重叠。

累计各区间的前缀数目Number_I，直到数目已达到Size_i/(1-Fsplit)，停止划分区间Pi的前缀分配。Split-Pool中的前缀来源于m个Pooli，Number(Split-Pool)＝∑_I＝1 ^mNumber(Pooli)*Fsplit。如果分配的个数不能满足路由前缀数量的需求，可以从2000::/3以外的未分配的地址空间中进行地址分配。

2.前缀分割过程

如图5所示，前缀分割过程可以记为函数splitting-process()，用于产生路由表中的分割前缀。

从LIR到ISP/EU(End Users)的地址产生，是通过对上述分配过程中产生的前缀地址块进行前缀分割或者衍生来实现的。例如，分割前缀的长度范围主要在/33～/128，属于该范围的IPv6划分区间(如Pi)的前缀均可以通过前缀分割产生。可进行分割的源地址池的前缀长度小于等于例如48位的预定长度，属于该范围的划分区间(如第j个划分Pj，前缀数目为Number_j)，均可从中提取部分前缀作为源地址池(记为Split-Poolj，其中Number(Split-Poolj)＝Number_j*Fsplit)，进行前缀分割。在首次前缀分割时，选择Split-Pool(即过程1产生的地址前缀中选择Fsplit比率的前缀)作为源地址池，并按照splitting-process()进行前缀分割。首次前缀分割后，各划分区间将产生一定数量的前缀，如果划分区间的前缀数目不能满足需求，那么对前缀长度大于等于32且小于等于48位的划分区间(若划分P1包含前缀长度48，其中1大于m，且小于n，那么j取值为m+1～1的整数)，可以再次选择Split-Poolj作为源地址池，并按照splitting-process()进行分割。

以下是函数splitting-process()的分割规则的示例：

1)对小于长度48位的划分区间的前缀，选择Fconst比率的前缀，并分割成长度为48的前缀，例如，可以采用RFC3531介绍的方法产生互不重叠的多个长度为/48的前缀。在此地址产生过程中，需要监测HD-Ratio门限。HD-Ration是一种衡量地址分配有效性的指标，其详细描述参考文档RFC3194。Ipv6采用HD-Ration来衡量地址分配的有效性，其利用率定义如下：UtilisationHD＝log(assigned)/log(available)。其中assigned及available分别指从给定的IPv6前缀空间中已经分配的以及可以分配的前缀长度为/48的IPv6前缀数目。Ipv6把HD-Ration取值为0.8作为地址空间分配的利用率门限，这里把此利用率门限称作HD-Ratio门限。

2)依据各划分区间需要的前缀数量比率，进行分割，各分割不能重叠。各划分区间内的前缀长度随机取值，直到分割的前缀达到源地址块的Csplit比率，然后重新随机选择源地址。

3)部分/32地址块可以分割为1个/33，1个/34和两个/35的前缀地址空间。

4)对大于64位的划分区间的前缀，在前缀分割过程中，E，F，G部分的前缀，按照为零比率分别为P_E，P_F，P_G来产生前缀。或者把该划分区间的前缀长度集中在某些指定长度上进行随机取值产生。

分别累计各划分区间的前缀数目Number_i，对于参与前缀分割的划分区间Pi，直到前缀数目已达到Size_i/(1-Fsplit)，停止此划分区间Pi的前缀产生。对其他划分区间Pi，直到前缀数目达到Size_I，停止此划分区间Pi的前缀产生。

3.前缀衍生过程

如图6所示，前缀衍生过程可以记为函数spawning-process()，用于产生路由表中的衍生后的前缀。

衍生的前缀长度范围主要在/33～/128，通过给定源地址池，可以分别通过前缀衍生来产生属于该范围的IPv6划分区间Pi的前缀。可进行衍生的源地址池的前缀长度小于等于例如48位的预定长度，属于该范围的划分区间(如第j个划分区间，其前缀数目为Number_j)，此时，区间的前缀来源于所述前两个过程，均可从中提取部分前缀作为源地址池(记为Spawn-Poolj，其中Number(Spawn-Poolj)＝Number_j*Fspawn)，按照spawning-process()进行前缀衍生。

以下是函数spawning-process()的衍生规则的示例：

1)对小于长度48位的划分区间的前缀，可以衍生出长度为/48的前缀(可用RFC3531介绍的方法产生互不重叠的多个长度为/48的前缀)，在此前缀产生过程中需要监测HD-Ratio门限。

2)依据各划分区间需要的前缀数量比率，随机选择进行分配，分配的地址空间不能重叠。各划分区间内的前缀长度随机取值，直到衍生前缀达到源地址块的Cspawn比率，然后重新随机选择源地址。

3)对大于64位的划分区间的前缀，在前缀分割过程中，E，F，G部分的前缀，按照为零比率分别为P_E，P_F，P_G来产生前缀。或者把该划分区间的前缀长度集中在某些指定长度上进行随机取值分配。

分别累计各划分区间Pi的前缀数目Number_i，直到前缀数目已达到Size_i，停止此划分区间Pi的前缀分配。

此外，如果经过上述过程后，仍有某些Number_i不能达到需求的数目，那么依照上述各过程的产生办法，自上而下，增加最上级的地址分配块，只针对该划分区间进行前缀分配，直到满足需求的数目，对已经达到需求的划分区间，不再输出前缀。

可以将最终产生的前缀表称为IPv6-database，是所有划分区间的有效前缀集合，其数量为∑_I＝1 ⁿNumber_I。如果希望把已经分配的实际的Ipv6前缀信息作为前缀表中的子集合，那么可以把实际的前缀信息按照指定的IPv6的划分区间进行分类后，将前缀融合到对应的划分前缀集合，然后按照上述三个过程参与前缀的分配。

上述分配过程，分割过程和衍生过程均采用了相应的分配规则，这里主要分别通过函数allocation-process()、splitting-process()和spawning-process()完成前缀分配。但是各函数具体采用的规则也不局限于此，可以灵活扩展和调整。此外，在上述分配过程、分割过程和衍生过程中，还可以引入Actual-Data，参与前缀的分配过程。

本发明在对现有的IPv4路由表和IPv6网络地址结构和分配策略分析的基础上，结合路由表中前缀之间的关联关系，提出了一种IPv6前缀表产生方法。

其优点在于：

1.能够产生大数量级的IPv6前缀表。

2.通过多个参数的设计，可以灵活进行调整以适应前缀表分布的变化，具有较好的扩展性和灵活性。

3.本发明结合了IPv6地址前缀分布特点，以及实际的路由表中各前缀的关联关系，使得产生的前缀表更接近IPv6路由前缀的实际分布。

通过本发明产生的IPv6路由前缀数据，可以被IPv6网络设备以及网络测试设备制造商用来计算存储转发表的内存需求，也能供IPv6测试仪产生模拟的网络流量。

Claims

1.一种IPv6前缀表的产生方法，包括步骤：

a)将IPv6的地址划分为n个区间，n是大于1且小于128的整数，并确定需要产生的每一个区间的前缀数目；

b)选择可用于Ipv6的地址空间，对于前缀长度小于等于M的划分区间，M是大于1且小于128的整数，并且是所述n个区间之一的最高位，分别分配前缀长度小于等于M位的预定数目的前缀，从所分配的前缀中随机选择第一预定比率(1-Fsplit)的前缀输出到前缀表；以及

c)对所述步骤b中产生的未输出到前缀表中的前缀进行分割，针对前缀长度大于M的划分区间，分别产生所述每一个划分区间的前缀。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤c还包括再次分割步骤：当已产生的前缀表中所述区间的前缀数目未达到所预定的前缀数目时，随机选择前缀长度大于等于M且小于等于L的前缀进行分割，L是大于M小于128的整数，并将结果添加到前缀表中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于还包括衍生步骤：当通过所述再次分割步骤之后，已产生的前缀表中所述区间的前缀数目未达到所预定的前缀数目时，从所述前缀表中随机选择第二预定比率(Fspawn)且前缀长度小于等于L的前缀进行前缀衍生，并将结果添加到前缀表中。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于还包括再次衍生步骤：当经过所述衍生步骤之后，已产生的前缀表中所述区间的前缀数目未达到所预定的前缀数目时，随机选择前缀长度大于等于M且小于等于L的前缀进行衍生步骤，并将结果添加到前缀表中。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于当经过所述再次衍生步骤之后，已产生的前缀表中所述区间的前缀数目未达到所预定的前缀数目时，重新选择其它可用于Ipv6的地址空间，顺序执行所述步骤b、c、再次分割步骤、衍生步骤和再次衍生步骤，直到已产生的前缀表中所述区间的前缀数目达到所预定的前缀数目。

6.根据权利要求1，2，3，4或5所述的方法，其特征在于将实际的前缀信息添加到所产生前缀表中。