全球網(wǎng)絡空間測繪地圖研究綜述

王 永，李 翔，任國明，田占奎

(1.鄭州埃文計算機科技有限公司，河南 鄭州 450016；2.華北計算機系統(tǒng)工程研究所，北京 100083)

0 引言

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡已經(jīng)成為國家經(jīng)濟社會存在、運行和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，網(wǎng)絡空間已經(jīng)成為公認的人類生產(chǎn)生活的“第二類生存空間”，網(wǎng)絡一旦受損，幾乎所有的社會系統(tǒng)都將無法運行或發(fā)揮作用。因此，亟需對網(wǎng)絡空間實施高效的管理、合理的資源分配以及有效的安全監(jiān)測和防護[1]。

網(wǎng)絡空間測繪地圖的繪制，對政府監(jiān)督部門、網(wǎng)絡管理部門、互聯(lián)網(wǎng)金融行業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)廣告行業(yè)，都有著巨大的幫助，是網(wǎng)信行業(yè)的基礎(chǔ)平臺[2]。

本文從AS和IP兩個級別詳細闡述全球網(wǎng)絡空間的資源分布情況，旨在為網(wǎng)絡空間資源測繪理論及技術(shù)的研究和發(fā)展貢獻力量。

1 全球網(wǎng)絡空間情況

本章節(jié)從AS和IP地址兩個級別詳細闡述全球網(wǎng)絡空間的情況。

1.1 全球AS網(wǎng)絡空間資源情況

1.1.1 全球AS的國家分布情況

全球AS的國家分布情況如圖1所示。國家(或地區(qū))上方球的大小代表該國家(或地區(qū))AS數(shù)量的多少，球越大，說明擁有的AS數(shù)量越多、網(wǎng)絡空間建設(shè)越完善、網(wǎng)絡越發(fā)達。

圖1 全球AS的國家分布情況

從圖1可以看出，1)中國大陸與美國和巴西的面積相差不大，但是巴西擁有的AS數(shù)量卻大于中國大陸，美國擁有的AS數(shù)量遠大于中國大陸；中國大陸的面積是印度的3倍，但是中國大陸擁有的AS數(shù)量卻小于印度；中國大陸的面積遠大于日本，但是中國大陸擁有的AS數(shù)量卻與日本相差不大[3-4]。2)俄羅斯的面積是美國的2倍，但是其擁有的AS數(shù)量遠小于美國。3)蘇丹的面積比英國和日本面積都大，但是其擁有的AS數(shù)量卻遠小于英國和日本。

1.1.2 國家AS的直連情況

全球共有250個國家(或地區(qū))。2019年2月份時，全球的AS數(shù)量有86 446個，擁有AS的國家(或地區(qū))有236個；14個國家(或地區(qū))未擁有AS。任意兩個國家中的AS至少有一對AS直連，可以認為這兩個國家能夠相互直連。

中國大陸、美國、英國的AS直連的國家數(shù)量分別為91、206、156。圖2、圖3和圖4分別是中國大陸、美國、英國的AS直連國家的分布情況；4張圖中顏色越深表示與其連接的AS數(shù)量越多，顏色越淺表示與其連接的AS數(shù)量越少，白色表示未與其直連的國家(或地區(qū))。

圖2 中國大陸AS直連的國家

圖3 美國AS直連的國家

在擁有AS的236個國家(或地區(qū))中，中國大陸AS直連的國家最少，未覆蓋的有緬甸、格陵蘭和墨西哥等144個國家(或地區(qū))，占比是61.02%，因此，中國大陸與超過半數(shù)的國家(或地區(qū))的AS不能夠直接相連。同時，中國大陸與美國的連接AS數(shù)量最多。

在擁有AS的236個國家(或地區(qū))中，美國AS未直連的有烏茲別克斯坦、阿富汗和南蘇丹等29個國家(或地區(qū))，占比是12.29%。同時，美國與加拿大、英國和澳大利亞連接的AS數(shù)量最多。

圖4 英國AS直連的國家

在擁有AS的236個國家(或地區(qū))中，英國未直連的國家(或地區(qū))有土庫曼斯坦、格陵蘭和秘魯?shù)?9個，占比是33.47%。同時，英國與美國連接的AS數(shù)量最多。

1.1.3 AS的層次情況

全球核心骨干網(wǎng)由11個AS構(gòu)成，如表1所示。

表1 11個全球核心骨干網(wǎng)

一個AS通過PC關(guān)系(Provider to Customer，即提供商到客戶關(guān)系)能夠達到的AS數(shù)量，為該AS所管轄的AS數(shù)量。首先，按照每個AS所管轄的AS數(shù)量對全球AS進行排名。對其中20個國家(或地區(qū))按照排名情況進行分層，分層情況如圖5所示。

圖5 20個國家(或地區(qū))分層

從圖5中可以看出，1)第一層，即全球核心骨干網(wǎng)[5]，分別是美國、德國、瑞典和意大利。2)第二層，距離骨干網(wǎng)最近的是英國、新加坡、巴西和俄羅斯；印度、瑞士、日本和中國大陸處于第三層。3)蘇丹、敘利亞、古巴和博茨瓦納處于互聯(lián)網(wǎng)末端的第六層。因此，中國大陸需加強骨干網(wǎng)的建設(shè)，提升在網(wǎng)絡空間中的話語權(quán)。

1.1.4 中國大陸與“一帶一路”國家的網(wǎng)絡空間連通性

加入“一帶一路”倡議的國家目前有66個，與中國大陸網(wǎng)絡直接連接的國家有43個，與中國大陸不直接相連的國家有23個，如圖6所示。

可以看出，中國大陸與相鄰的塔吉克斯坦和緬甸在網(wǎng)絡空間中也不直接連接。因此，中國大陸需要加強網(wǎng)絡建設(shè)，豐富與“一帶一路”國家網(wǎng)絡連接的多樣性，促進共同發(fā)展。

1.2 全球IP地址網(wǎng)絡空間資源情況

1.2.1 全球IP地址分配使用狀態(tài)

圖7是全球42億IP V4地址的分配使用狀態(tài)[5-6]。可以看出，全球仍然有0.4億(0.87%)的未分配IP地址、8.1億(18.83%)的未路由IP地址和15.4億(35.84%)的未使用IP地址。因此，除了保留5.9億(13.80%)的IP地址外，仍然有23.9億的IP地址還沒有使用，比13.1億(30.66%)已使用的IP地址還多了10.8億，全球IP地址遠遠沒有耗盡。

1.2.2 全球IP地址的國家分布情況

IP地址數(shù)量排名前五國家(或地區(qū))的IP地址數(shù)量與其分配使用情況[7-9]如表2所示。

圖6 “一帶一路”國家與中國大陸的網(wǎng)絡直連情況

圖7 全球IP地址分配使用狀態(tài)

序號國家(或地區(qū))IP地址數(shù)量占全球IP地址的比例已使用IP已路由-未使用IP未路由IP1美國1 583 771 69936.88%333 502 67221.06%673 202 25342.51%577 066 77436.43%2中國大陸343 575 8968.00%141 706 54141.24%158 374 77546.10%43 494 58012.66%3日本207 970 1354.84%85 803 11741.26%87 688 13142.16%34 478 88716.58%4德國126 856 2132.95%59 061 67846.56%60 017 09647.31%7 777 4396.13%5英國12 3695 8192.88%47 398 17638.32%36 163 19329.24%40 134 45032.45%總計2 440 186 54556.82%---

表2是IP地址數(shù)量排名前五國家(或地區(qū))的IP地址數(shù)量與其分配使用情況。從表2可以看出，美國有豐富的IP地址網(wǎng)絡資源，它的IP地址數(shù)量約有15.84億，占全球42億IP地址的36.88%。中國大陸的IP地址數(shù)量約有3.4億，占比是8.00%，排名第二。與美國相比，中國大陸的IP地址數(shù)量降低了一個量級。美國在全球網(wǎng)絡空間中占據(jù)的IP地址網(wǎng)絡資源最多。

美國、中國大陸、日本、德國和英國的IP地址分配使用狀態(tài)如圖8所示。

圖8 數(shù)量排名前五國家(或地區(qū))的IP地址分配使用狀態(tài)

結(jié)合表2和圖8可以看出，在IP地址數(shù)量排名前五的美國、中國大陸、日本、德國和英國中，1)在已使用IP地址的數(shù)量上，美國最多，中國大陸次之，日本和德國緊隨其后，英國最少；2)在已路由-未使用IP地址和未路由IP地址的總占比上，美國最高，英國次之，日本和中國大陸緊隨其后，德國最低。

因此，就IP地址資源而言，美國擁有的IP地址數(shù)量最多，并且美國的已路由-未使用和未路由的IP地址總數(shù)量和總占比都最多，說明美國為未來網(wǎng)絡空間的發(fā)展預留了足夠的空間。

2 有待進一步研究的問題

通過上述對網(wǎng)絡空間測繪技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀研究與分析可見，當前關(guān)于網(wǎng)絡空間測繪技術(shù)的研究已經(jīng)取得了一定進展，但是，實現(xiàn)對網(wǎng)絡空間資源的精確測繪，仍有一些問題亟待解決。

1)問題一：實現(xiàn)對實體資源的高精度地理位置映射。

服務器、路由器、網(wǎng)絡主機等網(wǎng)絡實體資源是網(wǎng)絡空間資源的重要組成部分，是網(wǎng)絡空間測繪技術(shù)關(guān)注的重要對象之一。但上述網(wǎng)絡實體資源自身通常不具備定位功能，且無法向外界通告自身位置，其網(wǎng)絡唯一標識IP地址也不包含位置信息?，F(xiàn)有基于IP的網(wǎng)絡實體定位方法雖然取得了很大進展，但高精度IP地址的位置信息及其可靠性難以保證，因此，定位精度和定位結(jié)果的可靠性仍有待提高。

2)問題二：將網(wǎng)絡資源進行更好地可視化展示。

網(wǎng)絡空間資源類型多樣，規(guī)模龐大；地理空間和社會空間數(shù)據(jù)同樣多源異構(gòu)，如何將三種空間數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換和信息融合，實現(xiàn)對網(wǎng)絡空間數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)和社會空間數(shù)據(jù)的一體化實時動態(tài)可視化表達，并能夠基于地理空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡節(jié)點的地理位置映射精度和可靠性進行分析，是網(wǎng)絡空間繪制技術(shù)需要解決的問題之一。

3 結(jié)論

如何將網(wǎng)絡空間、地理空間和社會空間進行相互映射，將虛擬、動態(tài)的網(wǎng)絡空間測繪成一份動態(tài)、實時、可靠、有效的網(wǎng)絡空間地圖，為決策者提供有價值的情報信息，從而降低決策的風險和不確定性，促進人類經(jīng)濟社會與信息化的融合發(fā)展，構(gòu)成網(wǎng)絡測繪工作的根本意義。