淺析無線移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商IPv4地址分配

熊俊

摘要：本文詳細(xì)介紹無線移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商在IPv4地址上的分配原理，同時(shí)也分析了不足之處，并對(duì)其進(jìn)行技術(shù)層面上的改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：無線移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)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(gè)版本，也是第一個(gè)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(yùn)行在各種各樣的底層網(wǎng)絡(luò)上，例如端對(duì)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(shí)網(wǎng)絡(luò)終端（包括計(jì)算機(jī)、手機(jī)等等）的邏輯地址。每一個(gè)連網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)終端都依靠IP地址來標(biāo)識(shí)自己。就很類似于我們的電話號(hào)碼樣的。通過電話號(hào)碼來找到相應(yīng)的電話。全世界的電話號(hào)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(gè)用來唯一標(biāo)識(shí)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(dòng)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(dòng)通信各大運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)一般都相對(duì)獨(dú)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(jí)等特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

對(duì)于各大運(yùn)營(yíng)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(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)規(guī)模一般都非常大。中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信和中國(guó)網(wǎng)通的網(wǎng)絡(luò)幾乎覆蓋了整個(gè)中國(guó)大陸。

2.2 結(jié)構(gòu)復(fù)雜

一般來講，運(yùn)營(yíng)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(jìn)來。另外，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)還需要有互聯(lián)網(wǎng)出口以及和其他國(guó)內(nèi)或國(guó)外運(yùn)營(yíng)商之間的網(wǎng)際連接。

2.3 用戶聚增

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和消費(fèi)觀念的進(jìn)步，用戶對(duì)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(jì)，2011年全年，國(guó)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(jì)增長(zhǎng)2595.9萬戶，EVDO用戶全年增長(zhǎng)2400萬戶，TD用戶全年增長(zhǎng)3051萬戶。無線移動(dòng)通信正全速前進(jìn)，Internet將被裝入每個(gè)人的口袋之中。

2.4 業(yè)務(wù)量多

運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)都是多種多樣的，包括語(yǔ)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(jí)

隨著用戶規(guī)模的不斷增長(zhǎng)，用戶對(duì)業(yè)務(wù)要求的不斷發(fā)展，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)往往會(huì)無法滿足用戶的需要，這也促使運(yùn)營(yíng)商不得不對(duì)其網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容。另外，隨著競(jìng)爭(zhēng)的逐漸加劇，也驅(qū)動(dòng)著運(yùn)營(yíng)商不斷采用新的技術(shù)來?yè)屨际袌?chǎng)先機(jī)，從而對(duì)其網(wǎng)絡(luò)不斷地進(jìn)行升級(jí)改造。

3.分配原理

CNNIC（China Internet Network Information Center，中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心）發(fā)布了第27次中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告，目前，我國(guó)IPv4地址數(shù)量達(dá)到2.78億，面臨分發(fā)完畢。根據(jù)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)所具有的特點(diǎn)，很顯然IP地址資源枯竭，所以通過相關(guān)的技術(shù)原理進(jìn)行IP地址分配，目前是通過：地址轉(zhuǎn)換、動(dòng)態(tài)編址技術(shù)和IPv6技術(shù)等方法來實(shí)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(hù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的計(jì)算機(jī)。

PAT（Port Address Translation）端口地址轉(zhuǎn)換技術(shù)，在NAT時(shí)，考慮一種情形，就是只有一個(gè)公網(wǎng)地址，而內(nèi)部有多個(gè)私有地址，這個(gè)時(shí)候NAT就要通過映射UDP和TCP端口號(hào)來跟蹤記錄不同的會(huì)話，比如用戶A、B、C同時(shí)訪問CSDN，則NAT路由器會(huì)將用戶A、B、C訪問分別映射到1088、1098、23100（舉例而已，實(shí)際上是動(dòng)態(tài)的），此時(shí)實(shí)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(gè)合法的IP地址后面。PAT與動(dòng)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(gè)單獨(dú)的IP地址上，同時(shí)在該地址上加上一個(gè)由NAT設(shè)備選定的TCP端口號(hào)。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(gè)內(nèi)部IP地址映射到同一個(gè)外部地址。

3.2 動(dòng)態(tài)編址技術(shù)

動(dòng)態(tài)編址技術(shù)可以通過DHCP來實(shí)現(xiàn)。DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動(dòng)態(tài)主機(jī)設(shè)置協(xié)議）是一個(gè)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(gè)用途：給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商自動(dòng)分配IP地址給用戶給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)管理員作為對(duì)所有計(jì)算機(jī)作中央管理的手段。當(dāng)一個(gè)設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)時(shí)，該設(shè)備會(huì)向DHCP服務(wù)器申請(qǐng)租借IP地址。當(dāng)該設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)斷開連接時(shí)，就會(huì)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(dòng)態(tài)分配的方法。同時(shí)讓多數(shù)用戶用動(dòng)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(dòng)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(shí)它還為主機(jī)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(shí)還對(duì)IPv4的地址分配、安全性和移動(dòng)性等方面進(jìn)行了有效的改進(jìn)。

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

IPv6技術(shù)是最終解決IP地址分配的方案，因?yàn)镮Pv4到IPv6還需相關(guān)技術(shù)的發(fā)展完善成熟，全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)長(zhǎng)期演進(jìn)的過程，最終還需要相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)使用相關(guān)的過渡及，因此一段時(shí)間內(nèi)，IPv4和IPv6還將共存。

4 總結(jié)

運(yùn)營(yíng)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(jí)等特點(diǎn)，這就強(qiáng)烈要求在進(jìn)行地址分配時(shí)，需要進(jìn)行詳細(xì)分析和仔細(xì)規(guī)劃，不僅從技術(shù)上，同時(shí)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(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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