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，并對其進行技術層面上的改進。

關鍵詞：無線移動通信運營商；IPv4；分配原理

1 引言

IPv4（Internet Protocol version 4網際協議版本4），是互聯網協議（Internet Protocol，IP）的第四個版本，也是第一個被廣泛使用，構成現今互聯網技術的基石的協議。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絡上，例如端對端的串行數據鏈路(PPP協議和SLIP協議)，衛星鏈路等等。

IP地址即：也可以稱為互聯網地址或Internet地址。是用來唯一標識網絡終端（包括計算機、手機等等）的邏輯地址。每一個連網的網絡終端都依靠IP地址來標識自己。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的電話。全世界的電話號碼都是唯一的。IP地址也是一樣。

網絡終端只有分配得到了一個用來唯一標識此網絡終端的IP地址，此網絡終端才能在此網絡當中數據交換通信。要了解無線移動通信地址分配，首先了解其網絡結構。

2 網絡結構

無線移動通信各大運營商的網絡一般都相對獨立，但共同具有覆蓋范圍大、結構復雜、用戶聚增、業務量多和容量升級等特點。網絡結構如圖1所示。

對于各大運營商網絡來講，由于地址分配問題只是網絡業務層面的問題，與網絡物理結構基本上沒有關系，所以這里只從業務層面來考慮網絡結構。

2.1 覆蓋范圍大

運營商網絡規模一般都非常大。中國移動、中國聯通、中國電信和中國網通的網絡幾乎覆蓋了整個中國大陸。

2.2 結構復雜

一般來講，運營商網絡包括省際和省內骨干網絡，各省內又包含許多城域網，城域網下又有許多用戶駐地網通過接入網連接進來。另外，運營商網絡還需要有互聯網出口以及和其他國內或國外運營商之間的網際連接。

2.3 用戶聚增

隨著經濟的發展和消費觀念的進步，用戶對數據產品的需求不斷增加，用戶數也在急劇地上升。據統計，2011年全年，國內3G用戶新增8046.9萬戶，總數突破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 業務量多

運營商網絡承載的業務都是多種多樣的，包括語音、數據、圖像、多媒體通信與信息服務等等，幾乎囊括了所有可以想見的相關業務。

2.5 容量升級

隨著用戶規模的不斷增長，用戶對業務要求的不斷發展，運營商網絡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絡進行擴容。另外，隨著競爭的逐漸加劇，也驅動著運營商不斷采用新的技術來搶占市場先機，從而對其網絡不斷地進行升級改造。

3.分配原理

CNNIC（China Internet Network Information Center，中國互聯網絡信息中心）發布了第27次中國互聯網絡發展狀況統計報告，目前，我國IPv4地址數量達到2.78億，面臨分發完畢。根據運營商網絡所具有的特點，很顯然IP地址資源枯竭，所以通過相關的技術原理進行IP地址分配，目前是通過：地址轉換、動態編址技術和IPv6技術等方法來實現。

3.1 地址轉換

地址轉換有兩種：NAT和PAT。

NAT（Network Address Translation）網絡地址轉換技術是節約地址的非常有效的方法之一，它通過使用私有地址來節約公有地址的使用。NAT屬于接入廣域網(WAN)技術，是一種將私有（保留）地址轉化為合法IP地址的轉換技術，它被廣泛應用于各種類型Internet接入方式和各種類型的網絡中。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絡外部的攻擊，隱藏并保護網絡內部的計算機。

PAT（Port Address Translation）端口地址轉換技術，在NAT時，考慮一種情形，就是只有一個公網地址，而內部有多個私有地址，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，實際上是動態的），此時實際上就是PAT了。PAT普遍應用于接入設備中，它可以將中小型的網絡隱藏在一個合法的IP地址后面。PAT與動態地址NAT不同，它將內部連接映射到外部網絡中的一個單獨的IP地址上，同時在該地址上加上一個由NAT設備選定的TCP端口號。也就是采用Port Multiplexing技術，改變外出數據的源Port的技術將多個內部IP地址映射到同一個外部地址。

3.2 動態編址技術

動態編址技術可以通過DHCP來實現。DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態主機設置協議）是一個局域網的網絡協議，使用UDP協議工作，主要有兩個用途：給內部網絡或網絡服務供應商自動分配IP地址給用戶給內部網絡管理員作為對所有計算機作中央管理的手段。當一個設備連接到網絡時，該設備會向DHCP服務器申請租借IP地址。當該設備與網絡斷開連接時，就會放棄剛才所租借的IP地址，DHCP服務器就可以把該IP地址分配給其他設備了。

如果某些設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，則可以使用動態分配的方法。同時讓多數用戶用動態地址而一小部分用戶用靜態地址，或者說為服務器等為外界提供網絡服務的設施分配靜態地址，而其他人則分配給動態地址。

3.3 IPv6技術

IPv6是IP協議的第六版，它的出現不僅徹底地解決了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，這個數量是巨大的，使用IPv6的網絡堪稱全IP網絡。

IPv6技術是最終解決IP地址分配的方案，因為IPv4到IPv6還需相關技術的發展完善成熟，全IP網絡是一個長期演進的過程，最終還需要相當長一段時間內使用相關的過渡及，因此一段時間內，IPv4和IPv6還將共存。

4 總結

運營商網絡具有覆蓋范圍大、結構復雜、用戶聚增、業務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劃，不僅從技術上，同時在制度上配合操作，才能使網絡更加穩定、更加高效地運行。

參考文獻

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[2] 申海.《下一代互聯網協議IPv6》[J]. 沈陽師范大學學報(自然科學版).2004- 10.