返回首页

RFC 4692 - Considerations on the IPv6 Host Density Metric

时间:2006-11-02 来源: 作者: 点击:
NetworkWorkingGroupG.Huston RequestforComments:4692APNIC Category:Informational October2006 ConsiderationsontheIPv6HostDensityMetric StatusofThisMemo ThismemoprovidesinformationfortheInternetcommunity.Itdoes notspecifyanInternetstandardofanykind.Dist
  Network Working Group                                          G. Huston
Request for Comments: 4692                                         APNIC
Category: Informational                                        October 2006

             Considerations on the IPv6 Host Density Metric

Status of This Memo

   This memo provides information for the Internet community.  It does
   not specify an Internet standard of any kind.  Distribution of this
   memo is unlimited.

Copyright Notice

   Copyright (C) The Internet Society (2006).

Abstract

   This memo provides an analysis of the Host Density metric as it is
   currently used to guide registry allocations of IPv6 unicast address
   blocks.  This document contrasts the address efficiency as currently
   adopted in the allocation of IPv4 network addresses and that used by
   the IPv6 protocol.  Note that for large allocations there are very
   significant variations in the target efficiency metric between the
   two approaches.

Table of Contents

   1. Introduction ....................................................2
   2. IPv6 Address Structure ..........................................2
   3. The Host Density Ratio ..........................................3
   4. The Role of an Address Efficiency Metric ........................4
   5. Network Structure and Address Efficiency Metric .................6
   6. Varying the HD-Ratio ............................................7
      6.1. Simulation Results .........................................8
   7. Considerations .................................................10
   8. Security Considerations ........................................11
   9. Acknowledgements ...............................................11
   10. References ....................................................12
      10.1. Normative References .....................................12
      10.2. Informative References ...................................12
   Appendix A.  Comparison Tables ....................................13

1.  Introduction

   Metrics of address assignment efficiency are used in the context of
   the Regional Internet Registries’ (RIRs’) address allocation
   function.  Through the use of a common address assignment efficiency
   metric, individual networks can be compared to a threshold value in
   an objective fashion.  The common use of this metric is to form part
   of the supporting material for an address allocation request,
   demonstrating that the network has met or exceeded the threshold
   address efficiency value, and it forms part of the supportive
   material relating to the justification of the allocation of a further
   address block.

   Public and private IP networks have significant differences in
   purpose, structure, size, and technology.  Attempting to impose a
   single efficiency metric across this very diverse environment is a
   challenging task.  Any address assignment efficiency threshold value
   has to represent a balance between stating an achievable outcome for
   any competently designed and operated service platform while without
   setting a level of consumption of address resources that imperils the
   protocol’s longer term viability through consequent address scarcity.
   There are a number of views relating to address assignment
   efficiency, both in terms of theoretic analyses of assignment
   efficiency and in terms of practical targets that are part of current
   address assignment practices in today’s Internet.

   This document contrasts the address efficiency metric and threshold
   value as currently adopted in the allocation of IPv4 network
   addresses and the framework used by the address allocation process
   for the IPv6 protocol.

2.  IPv6 Address Structure

   Before looking at address allocation efficiency metrics, it is
   appropriate to summarize the address structure for IPv6 global
   unicast addresses.

   The general format for IPv6 global unicast addresses is defined in
   [RFC4291] as follows (Figure 1).

    |         64 - m bits    |   m bits  |       64 bits              |
    +------------------------+-----------+----------------------------+
    | global routing prefix  | subnet ID |       interface ID         |
    +------------------------+-----------+----------------------------+

                          IPv6 Address Structure

                                 Figure 1

   Within the current policy framework for allocation of IPv6 addresses
   in the context of the public Internet, the value for ’m’ in the
   figure above, referring to the subnet ID, is commonly a 16-bit field.
   Therefore, the end-site global routing prefix is 48 bits in length,
   the per-customer subnet ID is 16 bits in length, and the interface ID
   is 64 bits in length [RFC3177].

   In relating this address structure to the address allocation
   function, the efficiency metric is not intended to refer to the use
   of individual 128-bit IPv6 addresses nor that of the use of the 64-
   bit subnet prefix.  Instead, it is limited to a measure of efficiency
   of use of the end-site global routing prefix.  This allocation model
   assumes that each customer is allocated a minimum of a single /48
   address block.  Given that this block allows 2^16 possible subnets,
   it is also assumed that a /48 allocation will be used in the overall
   majority of cases of end-customer address assignment.

   The following discussion makes the assumption that the address
   allocation unit in IPv6 is an address prefix of 48 bits in length,
   and that the address assignment efficiency in this context is the
   efficiency of assignment of /48 address allocation units.  However,
   the analysis presented here refers more generally to end-site address
   allocation practices rather than /48 address prefixes in particular,
   and is applicable in the context of any size of end-site global
   routing prefix.

3.  The Host Density Ratio

   The "Host Density Ratio" was first described in [RFC1715] and
   subsequently updated in [RFC3194].

   The "H Ratio", as defined in RFC 1715, is:

                            log (number of objects)
                        H = -----------------------
                                  available bits

                                 Figure 2

   The argument presented in [RFC1715] draws on a number of examples to
   support the assertion that this metric reflects a useful generic
   measure of address assignment efficiency in a range of end-site
   addressed networks, and furthermore that the optimal point for such a
   utilization efficiency metric lies in an H Ratio value between 0.14
   and 0.26.  Lower H Ratio values represent inefficient address use,
   and higher H Ratio values tend to be associated with various forms of
   additional network overhead related to forced re-addressing
   operations.

   This particular metric has a maximal value of log base 10 of 2, or
   0.30103.

   The metric was ’normalized’ in RFC 3194, and a new metric, the "HD-
   Ratio" was introduced, with the following definition:

                        log(number of allocated objects)
              HD = ------------------------------------------
                   log(maximum number of allocatable objects)

                                 Figure 3

   HD-Ratio values are proportional to the H ratio, and the values of
   the HD-Ratio range from 0 to 1.  The analysis described in [RFC3194]
   applied this HD-Ratio metric to the examples given in [RFC1715] and,
   on the basis of these examples, postulated that HD-Ratio values of
   0.85 or higher force the network into some form of renumbering.  HD-
   Ratio values of 0.80 or lower were considered an acceptable network
   efficiency metric.

   The HD-Ratio is referenced within the IPv6 address allocation
   policies used by the Regional Internet Registries, and their IPv6
   address allocation policy documents specify that an HD-Ratio metric
   of 0.8 is an acceptable objective in terms of address assignment
   efficiency for an IPv6 network.

   By contrast, the generally used address efficiency metric for IPv4 is
   the simple ratio of the number of allocated (or addressed) objects to
   the maximum number of allocatable objects.  For IPv4, the commonly
   applied value for this ratio is 0.8 (or 80%).

   A comparison of these two metrics is given in Table 1 of Attachment
   A.

4.  The Role of an Address Efficiency Metric

   The role of the address efficiency metric is to provide objective
   metrics relating to a network’s use of address space that can be used
   by both the allocation entity and the applicant to determine whether
   an address allocation is warranted, and provide some indication of
   the size of the address allocation that should be undertaken.  The
   metric provides a target address utilization level that indicates at
   what point a network’s address resource may be considered "fully
   utilized".

   The objective here is to allow the network service provider to deploy
   addresses across both network infrastructure and the network’s
   customers in a manner that does not entail periodic renumbering, and

   in a manner that allows both the internal routing system and inter-
   domain routing system to operate without excessive fragmentation of
   the address space and consequent expansion of the number of route
   objects carried within the routing systems.  This entails use of an
   addressing plan where at each level of structure within the network
   there is a pool of address blocks that allows expansion of the
   network at that structure level without requiring renumbering of the
   remainder of the network.

   It is recognized that an address utilization efficiency metric of
   100% is unrealistic in any scenario.  Within a typical network
   address plan, the network’s address space is exhausted not when all
   address resources have been used, but at the point when one element
   within the structure has exhausted its pool, and when augmentation of
   this pool by drawing from the pools of other elements would entail
   extensive renumbering.  While it is not possible to provide a
   definitive threshold of what overall efficiency level is obtainable
   in all IP networks, experience with IPv4 network deployments suggests
   that it is reasonable to observe that at any particular level within
   a hierarchically structured address deployment plan an efficiency
   level of between 60% to 80% is an achievable metric in the general
   case.

   This IPv4 efficiency threshold is significantly greater than that
   observed in the examples provided in conjunction with the HD-Ratio
   description in [RFC1715].  Note that the examples used in the HD-
   Ratio are drawn from, among other sources, the Public Switched
   Telephone Network (PSTN).  This comparison with the PSTN warrants
   some additional examination.  There are a number of differences
   between public IP network deployments and PSTN deployments that may
   account for this difference.  IP addresses are deployed on a per-
   provider basis with an alignment to network topology.  PSTN addresses
   are, on the whole, deployed using a geographical distribution system
   of "call areas" that share a common number prefix.  Within each call
   area, a sufficient number blocks from the number prefix must be
   available to allow each operator to draw their own number block from
   the area pool.  Within the IP environment, service providers do not
   draw address blocks from a common geographic number pool but receive
   address blocks from the Regional Internet Registry on a ’whole of
   network’ basis.  This difference in the address structure allows an
   IP environment to achieve an overall higher level of address
   utilization efficiency.

   In terms of considering the number of levels of internal hierarchy in
   IP networks, the interior routing protocol, if uniformly deployed,
   admits a hierarchical network structure that is only two levels deep,
   with a fully connected backbone "core" and a number of satellite
   areas that are directly attached to this "core".  Additional levels

   of routing hierarchy may be obtained using various forms of routing
   confederations, but this is not an extremely common deployment
   technique.  The most common form of network structure used in large
   IP networks is a three-level structure using regions, individual
   Points of Presence (POPs), and end-customers.

   Also, note that large-scale IP deployments typically use a relatively
   flat routing structure, as compared to a deeply hierarchical
   structure.  In order to improve the dynamic performance of the
   interior routing protocol the number of routes carried in the
   interior routing protocol, is commonly restricted to the routes
   corresponding to next-hop destinations for iBGP routes, and customer
   routes are carried in the iBGP domain and aggregated at the point
   where the routes are announced in eBGP sessions.  This implies that
   per-POP or per-region address aggregations according to some fixed
   address hierarchy is not a necessary feature of large IP networks, so
   strict hierarchical address structure within all parts of the network
   is not a necessity in such routing environments.

5.  Network Structure and Address Efficiency Metric

   An address efficiency metric can be expressed using the number of
   levels of structure (n) and the efficiency achieved at each level
   (e).  If the same efficiency threshold is applied at each level of
   structure, the resultant efficiency threshold is e^n.  This then
   allows us to make some additional observations about the HD-Ratio
   values.  Table 2 of Appendix A (Figure 8) indicates the number of
   levels of structure that are implied by a given HD-Ratio value of 0.8
   for each address allocation block size, assuming a fixed efficiency
   level at all levels of the structure.  The implication is that for
   large address blocks, the HD-Ratio assumes a large number of elements
   in the hierarchical structure, or a very low level of address
   efficiency at the lower levels.  In the case of IP network
   deployments, this latter situation is not commonly the case.

   The most common form of interior routing structure used in IP
   networks is a two-level routing structure.  It is consistent with
   this constrained routing architecture that network address plans
   appear to be commonly devised using up to a three-level hierarchical
   structure, while for larger networks a four-level structure may
   generally be used.

   Table 3 of Attachment A (Figure 9) shows an example of address
   efficiency outcomes using a per-level efficiency metric of 0.75 (75%)
   and a progressively deeper network structure as the address block
   expands.  This model (termed here "limited levels") limits the
   maximal number of levels of internal hierarchy to 6 and uses a model
   where the number of levels of network hierarchy increases by 1 when
   the network increases in size by a factor of a little over one order
   of magnitude.

   It is illustrative to compare these metrics for a larger network
   deployment.  If, for example, the network is designed to encompass 8
   million end customers, each of which is assigned a 16-bit subnet ID
   for their end site, then the following table Figure 4 indicates the
   associated allocation size as determined by the address efficiency
   metric.

         Allocation:  8M Customers

                                   Allocation    Relative Ratio

         100% Allocation Efficiency   /25               1
         80%  Efficiency (IPv4)       /24               2
         0.8  HD-Ratio                /19              64
         75%  with Limited Level      /23               4
         0.94 HD-Ratio                /23               4

                                    Figure 4

   Note that the 0.8 HD-Ratio produces a significantly lower efficiency
   level than the other metrics.  The limited-level model appears to
   point to a more realistic value for an efficiency value for networks
   of this scale (corresponding to a network with 4 levels of internal
   hierarchy, each with a target utilization efficiency of 75%).  This
   limited-level model corresponds to an HD-Ratio with a threshold value
   of 0.945.

6.  Varying the HD-Ratio

   One way to model the range of outcomes of taking a more limited
   approach to the number of levels of aggregateable hierarchy is to
   look at a comparison of various values for the HD-Ratio with the
   model of a fixed efficiency and the "Limited Levels" model.  This is
   indicated in Figure 5.

          Prefix Length (bits)
          |
          |
          | Limited    HD-Ratio
          |  Levels    0.98    0.94    0.90    0.86    0.82    0.80
          |       |       |       |       |       |       |       |
          1   0.750   0.986   0.959   0.933   0.908   0.883   0.871
          4   0.750   0.946   0.847   0.758   0.678   0.607   0.574
          8   0.750   0.895   0.717   0.574   0.460   0.369   0.330
         12   0.563   0.847   0.607   0.435   0.312   0.224   0.189
         16   0.563   0.801   0.514   0.330   0.212   0.136   0.109
         20   0.422   0.758   0.435   0.250   0.144   0.082   0.062
         24   0.422   0.717   0.369   0.189   0.097   0.050   0.036
         28   0.316   0.678   0.312   0.144   0.066   0.030   0.021
         32   0.316   0.642   0.264   0.109   0.045   0.018   0.012
         36   0.237   0.607   0.224   0.082   0.030   0.011   0.007
         40   0.237   0.574   0.189   0.062   0.021   0.007   0.004
         44   0.178   0.543   0.160   0.047   0.014   0.004   0.002
         48   0.178   0.514   0.136   0.036   0.009   0.003   0.001

                                 Figure 5

   As shown in this figure, it is possible to select an HD-Ratio value
   that models IP level structures in a fashion that behaves more
   consistently for very large deployments.  In this case, the choice of
   an HD-Ratio of 0.94 is consistent with a limited-level model of up to
   6 levels of hierarchy with a metric of 75% density at each level.
   This correlation is indicated in Table 3 of Attachment A.

6.1.  Simulation Results

   In attempting to assess the impact of potentially changing the HD-
   Ratio to a lower value, it is useful to assess this using actual
   address consumption data.  The results described here use the IPv4
   allocation data as published by the Regional Internet Registries
   [RIR-Data].  The simulation work assumes that the IPv4 delegation
   data uses an IPv4 /32 for each end customer, and that assignments
   have been made based on an 80% density metric in terms of assumed
   customer count.  The customer count is then used as the basis of an
   IPv6 address allocation, using the HD-Ratio to map from a customer
   count to the size of an address allocation.

   The result presented here is that of a simulation of an IPv6 address
   allocation registry, using IPv4 allocation data as published by the
   RIRs spanning the period from January 1, 1999 until August 31, 2004.
   The aim is to identify the relative level of IPv6 address consumption
   using a IPv6 request size profile based on the application of various
   HD-Ratio values to the derived customer numbers.

   The profile of total address consumption for selected HD-Ratio values
   is indicated in Figure 6.  The simulation results indicate that the
   choice of an HD-Ratio of 0.8 consumes a total of 7 times the address
   space of that consumed when using an HD-Ratio of 0.94.

                 HD-Ratio       Total Address Consumption
                 |        Prefix Length   Count of
                 |        Notation        /32 prefixes
                 0.80    /14.45          191,901
                 0.81    /14.71          160,254
                 0.82    /15.04          127,488
                 0.83    /15.27          108,701
                 0.84    /15.46           95,288
                 0.85    /15.73           79,024
                 0.86    /15.88           71,220
                 0.87    /16.10           61,447
                 0.88    /16.29           53,602
                 0.89    /16.52           45,703
                 0.90    /16.70           40,302
                 0.91    /16.77           38,431
                 0.92    /16.81           37,381
                 0.93    /16.96           33,689
                 0.94    /17.26           27,364
                 0.95    /17.32           26,249
                 0.96    /17.33           26,068
                 0.97    /17.33           26,068
                 0.98    /17.40           24,834
                 0.99    /17.67           20,595

                                 Figure 6

   The implication of these results imply that an IPv6 address registry
   will probably see sufficient distribution of allocation request sizes
   such that the choice of a threshold HD-Ratio will impact the total
   address consumption rates, and the variance between an HD-Ratio of
   0.8 and an HD-Ratio of 0.99 is a factor of one order of magnitude in
   relative address consumption over an extended period of time.  The
   simulation also indicates that the overall majority of allocations
   fall within a /32 minimum allocation size (between 74% to 95% of all
   address allocations), and that the selection of a particular HD-Ratio
   value has a significant impact in terms of allocation sizes for a

   small proportion of allocation transactions (the remainder of
   allocations range between a /19 to a /31 for an HD-Ratio of 0.8 and
   between a /26 and a /31 for an HD-Ratio of 0.99).

   The conclusion here is that the choice of the HD-Ratio will have some
   impact on one quarter of all allocations, while the remainder are
   serviced using the minimum allocation unit of a /32 address prefix.
   Of these ’impacted’ allocations that are larger than the minimum
   allocation, approximately one tenth of these allocations are ’large’
   allocations.  These large allocations have a significant impact on
   total address consumption, and varying the HD-Ratio for these
   allocations between 0.8 to 0.99 results in a net difference in total
------分隔线----------------------------
顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------
最新评论 查看所有评论
发表评论 查看所有评论
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。
评价:
表情:
用户名: 密码: 验证码:
推荐内容