淺析無線移動通信運營商IPv4地址分配

熊俊

摘要：本文詳細介紹無線移動通信運營商在IPv4地址上的分配原理，同時也分析了不足之處，并對其進行技術(shù)層面上的改進。

關(guān)鍵詞：無線移動通信運營商；IPv4；分配原理

1 引言

IPv4（Internet Protocol version 4網(wǎng)際協(xié)議版本4），是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（Internet Protocol，IP）的第四個版本，也是第一個被廣泛使用，構(gòu)成現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基石的協(xié)議。1981年 Jon Postel 在RFC791中定義了IP，IPv4可以運行在各種各樣的底層網(wǎng)絡(luò)上，例如端對端的串行數(shù)據(jù)鏈路(PPP協(xié)議和SLIP協(xié)議)，衛(wèi)星鏈路等等。

IP地址即：也可以稱為互聯(lián)網(wǎng)地址或Internet地址。是用來唯一標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)終端（包括計算機、手機等等）的邏輯地址。每一個連網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)終端都依靠IP地址來標(biāo)識自己。就很類似于我們的電話號碼樣的。通過電話號碼來找到相應(yīng)的電話。全世界的電話號碼都是唯一的。IP地址也是一樣。

網(wǎng)絡(luò)終端只有分配得到了一個用來唯一標(biāo)識此網(wǎng)絡(luò)終端的IP地址，此網(wǎng)絡(luò)終端才能在此網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中數(shù)據(jù)交換通信。要了解無線移動通信地址分配，首先了解其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

無線移動通信各大運營商的網(wǎng)絡(luò)一般都相對獨立，但共同具有覆蓋范圍大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、用戶聚增、業(yè)務(wù)量多和容量升級等特點。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

對于各大運營商網(wǎng)絡(luò)來講，由于地址分配問題只是網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)層面的問題，與網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)基本上沒有關(guān)系，所以這里只從業(yè)務(wù)層面來考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.1 覆蓋范圍大

運營商網(wǎng)絡(luò)規(guī)模一般都非常大。中國移動、中國聯(lián)通、中國電信和中國網(wǎng)通的網(wǎng)絡(luò)幾乎覆蓋了整個中國大陸。

2.2 結(jié)構(gòu)復(fù)雜

一般來講，運營商網(wǎng)絡(luò)包括省際和省內(nèi)骨干網(wǎng)絡(luò)，各省內(nèi)又包含許多城域網(wǎng)，城域網(wǎng)下又有許多用戶駐地網(wǎng)通過接入網(wǎng)連接進來。另外，運營商網(wǎng)絡(luò)還需要有互聯(lián)網(wǎng)出口以及和其他國內(nèi)或國外運營商之間的網(wǎng)際連接。

2.3 用戶聚增

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和消費觀念的進步，用戶對數(shù)據(jù)產(chǎn)品的需求不斷增加，用戶數(shù)也在急劇地上升。據(jù)統(tǒng)計，2011年全年，國內(nèi)3G用戶新增8046.9萬戶，總數(shù)突破1.28億戶。其中，WCDMA用戶全年累計增長2595.9萬戶，EVDO用戶全年增長2400萬戶，TD用戶全年增長3051萬戶。無線移動通信正全速前進，Internet將被裝入每個人的口袋之中。

2.4 業(yè)務(wù)量多

運營商網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)都是多種多樣的，包括語音、數(shù)據(jù)、圖像、多媒體通信與信息服務(wù)等等，幾乎囊括了所有可以想見的相關(guān)業(yè)務(wù)。

2.5 容量升級

隨著用戶規(guī)模的不斷增長，用戶對業(yè)務(wù)要求的不斷發(fā)展，運營商網(wǎng)絡(luò)往往會無法滿足用戶的需要，這也促使運營商不得不對其網(wǎng)絡(luò)進行擴容。另外，隨著競爭的逐漸加劇，也驅(qū)動著運營商不斷采用新的技術(shù)來搶占市場先機，從而對其網(wǎng)絡(luò)不斷地進行升級改造。

3.分配原理

CNNIC（China Internet Network Information Center，中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心）發(fā)布了第27次中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計報告，目前，我國IPv4地址數(shù)量達到2.78億，面臨分發(fā)完畢。根據(jù)運營商網(wǎng)絡(luò)所具有的特點，很顯然IP地址資源枯竭，所以通過相關(guān)的技術(shù)原理進行IP地址分配，目前是通過：地址轉(zhuǎn)換、動態(tài)編址技術(shù)和IPv6技術(shù)等方法來實現(xiàn)。

3.1 地址轉(zhuǎn)換

地址轉(zhuǎn)換有兩種：NAT和PAT。

NAT（Network Address Translation）網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換技術(shù)是節(jié)約地址的非常有效的方法之一，它通過使用私有地址來節(jié)約公有地址的使用。NAT屬于接入廣域網(wǎng)(WAN)技術(shù)，是一種將私有（保留）地址轉(zhuǎn)化為合法IP地址的轉(zhuǎn)換技術(shù)，它被廣泛應(yīng)用于各種類型Internet接入方式和各種類型的網(wǎng)絡(luò)中。NAT不僅完美地解決了IP地址不足的問題，而且還能夠有效地避免來自網(wǎng)絡(luò)外部的攻擊，隱藏并保護網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的計算機。

PAT（Port Address Translation）端口地址轉(zhuǎn)換技術(shù)，在NAT時，考慮一種情形，就是只有一個公網(wǎng)地址，而內(nèi)部有多個私有地址，這個時候NAT就要通過映射UDP和TCP端口號來跟蹤記錄不同的會話，比如用戶A、B、C同時訪問CSDN，則NAT路由器會將用戶A、B、C訪問分別映射到1088、1098、23100（舉例而已，實際上是動態(tài)的），此時實際上就是PAT了。PAT普遍應(yīng)用于接入設(shè)備中，它可以將中小型的網(wǎng)絡(luò)隱藏在一個合法的IP地址后面。PAT與動態(tài)地址NAT不同，它將內(nèi)部連接映射到外部網(wǎng)絡(luò)中的一個單獨的IP地址上，同時在該地址上加上一個由NAT設(shè)備選定的TCP端口號。也就是采用Port Multiplexing技術(shù)，改變外出數(shù)據(jù)的源Port的技術(shù)將多個內(nèi)部IP地址映射到同一個外部地址。

3.2 動態(tài)編址技術(shù)

動態(tài)編址技術(shù)可以通過DHCP來實現(xiàn)。DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態(tài)主機設(shè)置協(xié)議）是一個局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使用UDP協(xié)議工作，主要有兩個用途：給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商自動分配IP地址給用戶給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)管理員作為對所有計算機作中央管理的手段。當(dāng)一個設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)時，該設(shè)備會向DHCP服務(wù)器申請租借IP地址。當(dāng)該設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)斷開連接時，就會放棄剛才所租借的IP地址，DHCP服務(wù)器就可以把該IP地址分配給其他設(shè)備了。

如果某些設(shè)備必須要有固定的地址，可以分配給它們固定的地址；如果沒有必要使用固定地址，則可以使用動態(tài)分配的方法。同時讓多數(shù)用戶用動態(tài)地址而一小部分用戶用靜態(tài)地址，或者說為服務(wù)器等為外界提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的設(shè)施分配靜態(tài)地址，而其他人則分配給動態(tài)地址。

3.3 IPv6技術(shù)

IPv6是IP協(xié)議的第六版，它的出現(xiàn)不僅徹底地解決了IP地址不足的問題，同時它還為主機接口提供不同類型的地址配置，如全球地址、全球單播地址、多播地址、任播地址和鏈路本地地址等，同時還對IPv4的地址分配、安全性和移動性等方面進行了有效的改進。

IPv4提供4段8位共計32位的IP地址，即有2^32-1個地址（除去一個全零的）。IPv6提供8段16位共計128位的IP地址，即有2^128-1個地址（除去一個全零的），大約IPv6中可能的地址有3.4×10^38個，這個數(shù)量是巨大的，使用IPv6的網(wǎng)絡(luò)堪稱全IP網(wǎng)絡(luò)。

IPv6技術(shù)是最終解決IP地址分配的方案，因為IPv4到IPv6還需相關(guān)技術(shù)的發(fā)展完善成熟，全IP網(wǎng)絡(luò)是一個長期演進的過程，最終還需要相當(dāng)長一段時間內(nèi)使用相關(guān)的過渡及，因此一段時間內(nèi)，IPv4和IPv6還將共存。

4 總結(jié)

運營商網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋范圍大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、用戶聚增、業(yè)務(wù)量多和容量升級等特點，這就強烈要求在進行地址分配時，需要進行詳細分析和仔細規(guī)劃，不僅從技術(shù)上，同時在制度上配合操作，才能使網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定、更加高效地運行。

參考文獻

[1] 李津生，洪佩琳.《下一代Internet的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》[M].人民郵電出版社，2000.

[2] 申海.《下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6》[J]. 沈陽師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版).2004- 10.