基于互聯網地址協議的應用與發展研究

[摘 要] 目前互聯網中廣泛使用的IP地址協議IPv4面臨著諸如地址匱乏等各種各樣的問題，無法再采用“打補丁”的方式解決，迫切需要一種新協議的出現，IPv6協議應運而生。IPv6協議具有眾多IPv4無法比擬的優勢，雖然它仍需經歷一段時間較長的發展與完善的歷程，但其廣泛應用是必然的。

[關鍵詞] IPv4； IPv6； 地址空間； 發展； 研究

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2013 . 16. 048

[中圖分類號] TP393 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2013）16- 0077- 02

1 IPv4協議簡介

建立計算機網絡，首先需要建立一個全網地址系統，為每一臺聯網主機或路由器分配一個全網唯一的地址，來保證計算機之間的正常通信。這個地址系統就是通過IP協議來實現的。IP即Internet Protocol，它是TCP/IP協議族中網絡層的協議，是TCP/IP協議族的核心協議。目前IP協議的版本號是4，也就是IPv4協議，IPv4協議從1981年的第一階段發展至今已經使用了30多年。

在IPv4協議中，IP地址是一個32位的二進制數。為了書寫方便，用點分十進制數來表示。IPv4協議把IP地址分為了5類，分別為A、B、C、D、E類。其中廣大計算機網絡用戶使用的是A、B、C類IP地址，D類和E類用于多播地址或實驗來使用。

2 IPv4的不足和缺陷

隨著互聯網技術的飛速發展，越來越多的計算機用戶要求接入計算機網絡。然而，在建立計算機網絡初期，設計者們設計的編址方案主要是針對大型機互聯，并沒有預見到個人計算機和網絡會有如此之快的發展速度，因此，現行的IPv4協議漸漸暴露出了它的不足和缺陷，具體體現在以下幾個方面。

2.1 地址空間瀕臨枯竭

IPv4定義的IP地址共有32位，原則上可以分配232 個地址，大約43億個，除去D類和E類不能被用戶使用的地址，可供分配的地址就更少了，目前，IPv4地址已經分配完畢。

2.2 地址分配貧富不均

舉例來說，IPv4規定A類地址的網絡號為8位，主機號為24位，一個A類地址可容納的主機個數為224-2個，大約有1 600多萬臺主機，即使一個非常大的機構也不可能使用1 600多萬臺主機，存在嚴重的浪費問題。同理，B類地址的浪費問題也很嚴重。IP地址的有效利用率很低。

2.3 路由器工作效率低下

一個網絡中分配的IP地址越多，路由表越大，路由器查詢速度變慢，時間增長，效率降低，最終會不堪重負。

3 對IPv4有效使用的改進

針對IPv4的種種問題，研究者提出了幾種解決方案。

3.1 劃分子網

將IPv4的兩層結構進一步劃分為三層結構，通過幾個單位共同使用一個A類或B類地址提高IPv4地址利用率。這種方法已普遍應用于IPv4協議中。

3.2 超網技術

超網技術也被稱為無類域間路由CIDR（Classless Inter Domain Routing）技術。技術核心是將現有的IP地址合并成較大的、具有更多主機地址的路由域，從而減少路由表的大小，減輕路由器的負擔，但實質上，使用超網技術并沒有擴大IP地址空間。

3.3 網絡地址轉換NAT技術

網絡地址轉換NAT（Network Address Translation）技術是目前已經廣泛應用的技術。其核心是為每一個單位分配一個或少量幾個外用的IP地址，用于訪問Internet。而在單位內部，給每一臺主機分配的是不能夠在Internet上直接使用的、內部獨立分配的IP地址，這個內部IP地址符合IPv4協議標準，能夠在單位內部計算機之間進行通信。但如果單位內部計算機想要訪問Internet，必須通過運行網絡地址轉換NAT的主機或路由器，將內部IP地址轉換成外用的IP地址去訪問。這樣，只給單位分配IP地址即可，個人主機并不分配真正的IP地址，極大地減少了IP地址的分配數量。NAT技術主要應用于內部網絡和虛擬專用網絡中，以及ISP（Internet Service Provider）提供的撥號服務上，ISP甚至不給用戶分配靜態的IP地址，只是隨機分配給用戶一個動態的IP地址，用完即釋放。但是NAT技術增加了計算機網絡的隱性成本，它只能算是解決IPv4地址缺乏問題的臨時方案。

4 IPv6協議的推出及應用前景

通過以上內容的分析，要真正解決IPv4協議的不足和缺陷，不能僅僅只在IPv4協議的基礎上修修補補，迫切需要一種新協議的出現，那么IPv6協議誕生了。

IPv6是下一版本的互聯網協議，也可以說是下一代互聯網的協議。單從數量級上來說，IPv6采用128位地址長度，所擁有的地址容量達到2128個，比IPv4多了大約296個，幾乎可以不受限制地提供IP地址。IPv6協議可分配的IP地址，達到了在地球的每平方米面積上1 000多個的密度。

IPv6協議有效地解決了IP地址短缺問題的同時，還在許多方面提出了改進。例如，支持自動配置，用戶不再需要自己手動設置IP地址，地址自動設定。此外，在安全性、擴展性、服務質量、地址結構合理性方面都有了進一步的提高和完善。

雖然IPv6協議具有許多IPv4協議無法比擬的優點，但是從IPv4過渡到IPv6并不簡單。主要體現在：

（1） IPv6并非完美的，不可能解決所有問題，只能在發展中不斷完善，這需要時間和成本。

（2） 現有的軟硬件基礎設施對IPv6的支持還不充分，整體應用IPv6勢必需要巨大的人力、財力投入，這是設備制造商、網絡運營商、網絡連接提供商等難以接受的，因為他們正從IPv4上獲得穩定的收益，而構建IPv6網絡的成本需要相當長的時間才能收回。

（3） IPv4升級到IPv6不僅僅涉及到技術問題和商業問題，還有政治問題。美國是互聯網的發源地，長期在信息技術領域處于國際領先地位，擁有世界上74%的IP地址，地址空間緊張的壓力感受并不強烈，不急于向IPv6過渡，因此美國對IPv6并不重視，這就影響了IPv6的快速發展。

雖然IPv6的廣泛應用存在著各種各樣的阻力，但是從長遠看，IPv6有利于互聯網的持續和長久發展。我國以及亞太的一些國家，如韓國和日本等，已經走在了促進IPv6產業發展的前列。最近，美國的態度也在發生著改變，美國軍方已經開始采用IPv6，美國國防部已經具體部署了IPv6的進度安排。

任何一個新協議從誕生到廣泛應用都需要一個過程，經過一個較長的IPv4和IPv6共存的時期，IPv6最終會完全取代IPv4在互聯網上占據統治地位。

主要參考文獻

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