IP 地址的现状与发展

摘要:随着Internet用户和可上网的终端数量的激增,IP地址空间日趋枯竭,IP地址的扩充需求也愈加迫切。新一代寻址方案IPv6将成为未来因特网的主流协议。

关键词:IP地址;IPv4;IPv6

1　IP地址的现状

目前在Internet中广泛使用的是IPv4(IP协议版本4)协议,在该协议中分配给每个网络终端设备的IP地址为32位,即人们熟悉的由4个十进制数字组成的IP地址。其中一半地址为A类,分配给大规模网络,共可标识126个物理网络,网内主机地址多达1700万个。剩余的地址空间又取其一半作为B类地址,应用于中等规模网络,该类地址可标识的网络总数是A类地址的127倍,而网内主机地址仅为A类地址的。再将剩余地址的一部分定义为C类,多用于校园网之类的小网络中,它可定义约200万台个物理网络,每个网内仅允许容纳254台主机。

IPv4这样分层次、分类管理的目的是可使路由器只进行网络地址的识别,因此,可以有效减少路由表的容量,提高报文传输率。

IPv4在过去甚至当前的网络通信中扮演着不可替代的角色,但是,随着网络技术的不断发展,网络空间继续扩大,IPv4地址空间的耗尽已是发展危机。这是由于IPv4严重的浪费了许多潜在的地址资源,两级层次结构的编址方式和地址分类方法妨碍了它的发展。由于分配权的问题,国际上IPv4地址分配非常不公正。据统计,中国互连网用户已达2500多万用户,但仅分配到181个B类地址和1936个C类地址,共计约1300万个IPv4地址,而美国麻省理工大学拥有1700万个,IBM公司拥有3300万个,美国政府竟分配到了1.68亿个IP地址。对于如此紧迫的威胁,寻求技术上的突破是关键的也是唯一可行的办法。

在网络技术高速发展的今天,Internet用户和可上网终端数量激增,而每一种设备都需要独立的地址以相互区分。由于中国地址资源的现状,动态IP地址的使用比较广泛,即用户在每次上网时,都由ISP临时分配IP地址,下网后,该地址又可分配给其他用户。动态分配IP地址可以有效的节省地址资源,提高网络利用率,但是这种方式不能满足实时通信的要求。在通信领域提及率越来越高的一个词就是根本不可能实现的。目前,在国内的宽带接入市场,也已出现因IP地址缺乏而带来的问题。当前主流的三种接入方式———ADSL、有线电缆、快速以太网从技术角度都能够保证用户处在一直在线的状态,但事实上,由于没有充裕的IP地址,不少宽带服务商仍然采用动态分配地址的方式,上网前仍然需要一个“虚拟拨号”的过程,而且用户还要冒拨不上去的危险。这背离宽带接入的初衷。从服务商的角度讲,可分配的IP地址不足也会造成用户推广的困难。

在我国,IP地址的扩充已经刻不容缓,其主要原因有:中国的Internet用户数量正在以难以估计的速度增长;由于宽带城域网这类推广计划需要大量IP地址,地址缺乏的问题已经开始制约发展;此外,实时IP业务的大规模商用使现在的IPv4显得捉襟见肘。

由此可见,IP地址紧张的问题已经凸现出来。在我国,这个问题尤为突出。并且,地址资源的不足也将严重制约网络的发展。

2　IP地址的发展前景

为了缓解IP地址紧张的现状,IETF(Internet En-gineering Task Force)提出了避免Internet崩溃的短期解决方案———CIDR(无类域间路由选择),而长期解决方案则是采用全新的IPv6(IP协议版本6)协议。IPv6是下一代互联网的关键技术,它的最大优势就是极大地扩充了IP地址资源。

IPv6提供的是128位的地址,可容纳个地址数量。如此庞大的地址空间提供了巨大的扩展能力,并且具有大范围的内聚合路由能力。在RFC1884中规定,IPv6可分为三类地址:①单点传送地址或称单播,该类地址具有单一接口,提供端—端的连通性,它可为ISP提供Internet专用地址;②任意点传送地址或称组播,该类地址提供一组接口,属于不同节点,通过多接口分配同一单点扩送地址,从而形成任意点传送地址;③多点传送或称群集,该类地址也提供一组接口,目的地址共享一个网络地址的主机集合,这类地址可取代IPv4中的广播。此外,还有两种特殊的IPv6单点播送地址被定义为过渡机制,允许路由器在IPv4网络基础上动态对IPv6分组进行路由选择。它们分别是:

(1)兼容IPv4的IPv6单点播送地址,其地址格式为:80bit保留(设置0)16位保留(设置0)32位IPv4 Address(2)映射IPv4的IPv6单点播送地址,其地址格式为:80bit保留(设置1)16位保留(设置1)32位IPv4 Address以上两种格式,本质上都是利用开隧道的方式穿越一个不兼容的网络进行传输。IPv6还支持许多其它特性,如音频、视频文件实时传输,端—端的安全协议等。

Internet已呈现出向移动互连方向发展的趋势,手机上网已不陌生,电视上网、冰箱上网、汽车上网等,许多高科技公司都在研发这方面的技术,甚至已经出现了成熟产品。当未来每个移动终端设备都能上网时,IP地址资源将更为紧张。而IPv6由于提供了巨大的地址空间,消除了移动IP应用的发展障碍,这将极大的刺激移动互连网的发展。3G标准化组织3GPP已经采纳IPv6作为多媒体服务的必选协议,IPv6将在未来全IP移动网络中起着核心作用。

3　IPv4—IPv6网际协议的过渡

IPv6并不是简单地把IPv4地址从32位升级到128位,它涉及到的问题非常复杂。IPv6并不与IPv4兼容,而IPv4正在被广泛使用,所以从IPv4向IPv6过渡将是一个长期的过程。

在过渡阶段的初期,可能支持IPv6的网络节点相互之间无法通信,因为它们之间存在着IPv4的阻隔。RFC1933和RFC2185定义了一系列可行的过渡机制,以确保新老系统相互兼容和渐进过渡,同时又不影响整个因特网的功能。目前有以下几种方法可以解决协议过渡遇到的问题:第一种方法是在网络设备和终端设备上设置IPv4和IPv6双协议栈以同时支持两种协议的服务;如果不是针对直接的IPv6的服务,则可以使用第二种方法———隧道技术,即把IPv6的报文封装在IPv4的报文中进行传输;第三种方法是将IPv4地址嵌入到IPv6地址中,IPv6主机被分配以可与IPv4实现交互的地址,IPv4主机地址能够被映射为IPv6地址;第四种方法是使用地址和协议翻译器(NAT),但其中的问题是破坏了IP通信的端到端特性和互连网的开放性,并会对移动IP的应用造成障碍;最后一种方法是采用IPv6 IPv4报头转换技术,该项技术适用于IPv6在因特网上已占据统治地位的情况。

双IP协议站技术是确保新的IPv6节点与现存的IPv4节点系统保持兼容的最简单的方法。一个IPv6 IPv4节点同时拥有1个128位IPv6地址和1个32位IPv4地址,两个地址不必相关。IPv6 IPv4节点可以通过自动配置来获得它的IPv6地址,也可以使用DHCP、BOOTP或手动配置的方法获得它的IPv4地址。当IPv6 IPv4节点希望与另一个节点通信时,它必须知道其系统类型以及应该发送什麽样的分组。DNS服务器在这个过程中起着十分关键的作用。在DNS中为IPv6定义了一种新的记录类型AAAA,以实现主机域名与IPv6地址的映射。

当需要互相通信的IPv6或IPv6 IPv4系统被IPv4网络隔离开时,IPv6分组就必须利用隧道技术穿过IPv4网络。其原理是IPv6分组被封装进IPv4数据报中,即在IPv6分组上加载一个完整的IPv4报头,该协议号是41,表示数据部分为IPv6分组。隧道技术有两种方式:自动隧道技术(Automatic Tun-neling)和配置隧道技术(Configured Tunneling)。自动隧道技术的实现依赖于IPv4兼容地址。其机制是:发送节点利用IPv6源地址和目的地址(或IPv4兼容地址)的低32位创建相应的IPv4地址,IPv6分组进行封装;接收节点的网络接口层识别出收到的分组属于IPv4,将它们传向双IP协议IPv4部分;网络接口层IPv4收到数据报,去掉IPv4报头,并将最初的IPv6分组“横向”传到网络接口层的IPv6部分;IPv6模块比较目的IPv6地址与自身地址,若吻合,则接着处理扩展头,将数据传输到IPv6报头中指定的上层协议,否则,根据路由表转发该分组。配置隧道技术被用于实现主机路由器和路由器路由器之间的通信。发送主机或转发路由器要经过预先配置,使路由器具有一个隧道端地址,该地址为IPv4兼容地址其封装过程大致与自动隧道技术的封装过程相同,只是IPv4的目的地址不再从IPv6目的地址衍生,而是来自隧道端地址的低32位。

当因特网向IPv6过渡到一定阶段后,网络上将会出现大量的IPv6节点。在IPv6节点与IPv4节点进行通信时,就需要两种不同节点之间进行报头转换。转换工作由两个异构网络之间的IPv6 IPv4边界路由器完成。转换路由器去掉收到的IPv6分组报头,代之以相应的IPv4报头,或者相反。

4结束语

随着网络技术的不断发展与成熟,IP地址资源不足的尴尬局面必将会消除,但这需要网络技术人员和所有网络用户的共同努力和耐心的等待。IPv6具有坚实的理论基础和无限的拓展空间,这必将使Internet网络的发展具有无可限量的前景。