IPv6部署尚未迎來(lái)爆發(fā)期四大手段緩解IP地址不足困局

廣州市電信設(shè)計(jì)有限公司 | 張 萍

IPv6顯然能從根本上解決IP地址不足這一難題，但限于一系列瓶頸，其部署無(wú)法一蹴而就；幸運(yùn)的是，在現(xiàn)階段IP網(wǎng)絡(luò)部署中，我們已經(jīng)找到了多種技術(shù)手段來(lái)有效緩解IP地址不足的問(wèn)題。

隨著IP技術(shù)的逐步完善和性能提升，IP已經(jīng)成為當(dāng)今數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的主要傳輸承載方式，許多其他的通信網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)已經(jīng)被IP技術(shù)所替代，或者已經(jīng)出現(xiàn)了為之取代的趨勢(shì)。

如何合理利用現(xiàn)有IP地址以及開(kāi)發(fā)新的技術(shù)來(lái)滿足未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的需求，已經(jīng)成為當(dāng)今IP互聯(lián)網(wǎng)迫切需要解決的問(wèn)題。

不難看出，IPv6作為下一代IP新技術(shù)，顯然能夠從根本上解決IP地址不足這一難題，但限于產(chǎn)業(yè)鏈、技術(shù)升級(jí)等一系列瓶頸，IPv6的部署需要相當(dāng)一段時(shí)間，無(wú)法一蹴而就。

幸運(yùn)的是，在現(xiàn)階段IP網(wǎng)絡(luò)部署中，我們已經(jīng)找到了多種技術(shù)手段來(lái)有效緩解IP地址不足的問(wèn)題，比如VSLM、CIDR技術(shù)以及動(dòng)態(tài)IP分配技術(shù)，為IPv4地址資源提供了合理分配的方法，NAT技術(shù)通過(guò)復(fù)合擴(kuò)展了IPv4地址的空間，借用IP地址技術(shù)也在一定程度上節(jié)省了不必要的公網(wǎng)地址等。

子網(wǎng)技術(shù)提升地址使用效率

為了提高IP地址使用效率和路由效率，技術(shù)人員在基礎(chǔ)的IP地址分類上對(duì)IP編址進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)。其中子網(wǎng)編址的思想是將主機(jī)號(hào)進(jìn)一步劃分為子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)。

VLSM提供了在一個(gè)主類(A、B、C類)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)包含多個(gè)子網(wǎng)掩碼的能力，以及對(duì)一個(gè)子網(wǎng)再進(jìn)行子網(wǎng)劃分的能力。它的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)IP地址更為有效的使用。

如果不采用VLSM，公司將被限制為在一個(gè)A、B、C類網(wǎng)絡(luò)號(hào)內(nèi)只能使用一個(gè)子網(wǎng)掩碼；路由歸納能力更強(qiáng)的VLSM允許在編址計(jì)劃中有更多的體系分層，因此可以在路由表內(nèi)進(jìn)行更好的路由歸納。

CIDR（無(wú)類型域間選路）采用可變網(wǎng)絡(luò)ID，而不是A-B-C類網(wǎng)絡(luò)ID所用的固定的8、16和24位。CIDR支持路由聚合，能夠?qū)⒙酚杀碇械脑S多路由條目合并成為更少的數(shù)目，因此可以限制路由器中路由表的增大，減少路由通告。同時(shí)，CIDR總是和VLSM技術(shù)結(jié)合使用，更加有助于IPv4地址的充分利用。

IP地址分配實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均衡

互聯(lián)網(wǎng)用戶規(guī)模在逐年上升，但在某一時(shí)段所需要連接到網(wǎng)絡(luò)的用戶數(shù)量并不多。如果給每一個(gè)用戶都分配一個(gè)IP地址，將會(huì)造成某一時(shí)段大量的IP地址處于空閑狀態(tài)，現(xiàn)有的IP地址資源也滿足不了這種需求。針對(duì)這種情況，業(yè)界提出了動(dòng)態(tài)IP地址分配技術(shù)。

動(dòng)態(tài)IP地址技術(shù)是在當(dāng)用戶需要接入到IP互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)候，由其ISP從地址池里面分配一個(gè)臨時(shí)的可用IP地址；當(dāng)用戶斷開(kāi)連接時(shí)，ISP把之前分配給用戶的IP地址回收到地址池供其他用戶接入時(shí)使用，這樣就避免了不必要的IP地址空閑問(wèn)題。該技術(shù)在現(xiàn)階段的我國(guó)寬帶接入部署中得到了廣泛使用。

NAT技術(shù)使IP地址得以復(fù)用

雖然VLSM、CIDR以及動(dòng)態(tài)IP地址技術(shù)很大程度上優(yōu)化了IPv4地址的分配，但并沒(méi)有增加IP網(wǎng)絡(luò)中可用的IP地址數(shù)量；于是，另一種名叫NAT的技術(shù)出現(xiàn)，使得IP地址得到復(fù)用，在很大程度上擴(kuò)展了IP通信終端的數(shù)量。

NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換），允許一個(gè)機(jī)構(gòu)以一個(gè)地址出現(xiàn)在Internet上。NAT將每個(gè)局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的地址轉(zhuǎn)換成一個(gè)公網(wǎng)IP地址，反之亦然。它也可以應(yīng)用到防火墻技術(shù)里，把個(gè)別IP地址隱藏起來(lái)不被外界發(fā)現(xiàn)，使外界無(wú)法直接訪問(wèn)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；同時(shí)，它還可以幫助網(wǎng)絡(luò)超越地址的限制，合理地安排和使用網(wǎng)絡(luò)中的公有Internet 地址和私有IP地址。

NAT技術(shù)的分類包括靜態(tài)地址轉(zhuǎn)換、動(dòng)態(tài)地址轉(zhuǎn)換、端口復(fù)用地址轉(zhuǎn)換三種。

其中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，將可用的全局地址集定義成NAT池（NAT pool）。對(duì)于要與外界進(jìn)行通信的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，如果還沒(méi)有建立轉(zhuǎn)換映射，邊緣路由器或者防火墻將會(huì)動(dòng)態(tài)地從NAT池中選擇全局地址對(duì)內(nèi)部地址進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

值得注意的是，當(dāng)NAT池中的全局地址被全部占用以后，后續(xù)的地址轉(zhuǎn)換申請(qǐng)會(huì)被拒絕。這樣會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)連通性的問(wèn)題。所以應(yīng)該使用超時(shí)操作選項(xiàng)來(lái)回收NAT池的全局地址。

借用IP地址技術(shù)節(jié)省地址資源

在IP網(wǎng)絡(luò)中，為了實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，相鄰的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都通過(guò)自身的一個(gè)接口與對(duì)端設(shè)備的一個(gè)接口連接在一起，通過(guò)接口把數(shù)據(jù)傳遞到另一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

因此，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的每一個(gè)接口都需要一個(gè)IP地址來(lái)標(biāo)識(shí)它。這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包含的接口從幾個(gè)到幾十個(gè)不等，按照現(xiàn)有IP互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模，至少也有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)這樣的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，由此占用的接口地址也為數(shù)不少。

這些IP地址實(shí)際上僅僅是用于實(shí)現(xiàn)路由器間的互通，除此再?zèng)]有別的用途。為了充分利用IP地址，在此背景下，借用IP地址功能出現(xiàn)。

它的實(shí)現(xiàn)原理在于，如果一個(gè)接口上沒(méi)有配置IP地址，但還想使用該接口，就向其它有IP地址的接口借一個(gè)IP地址；如果被借用接口有多個(gè)IP地址，就將主IP地址借來(lái)使用。

筆者認(rèn)為，盡管該技術(shù)無(wú)法像NAT那樣按倍數(shù)級(jí)的復(fù)用IP，但在細(xì)節(jié)上減少了不必要的IP資源的浪費(fèi)，在當(dāng)今IP資源相當(dāng)緊缺的情況下，無(wú)異于雪中送炭。