全球網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.華北計算機系統工程研究所，北京 100083)

0 引言

隨著計算機技術的發展，網絡已經成為國家經濟社會存在、運行和發展的重要基礎，網絡空間已經成為公認的人類生產生活的“第二類生存空間”，網絡一旦受損，幾乎所有的社會系統都將無法運行或發揮作用。因此，亟需對網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測和防護[1]。

網絡空間測繪地圖的繪制，對政府監督部門、網絡管理部門、互聯網金融行業和互聯網廣告行業，都有著巨大的幫助，是網信行業的基礎平臺[2]。

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

1 全球網絡空間情況

本章節從AS和IP地址兩個級別詳細闡述全球網絡空間的情況。

1.1 全球AS網絡空間資源情況

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)上方球的大小代表該國家(或地區)AS數量的多少，球越大，說明擁有的AS數量越多、網絡空間建設越完善、網絡越發達。

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數量卻大于中國大陸，美國擁有的AS數量遠大于中國大陸；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)。2019年2月份時，全球的AS數量有86 446個，擁有AS的國家(或地區)有236個；14個國家(或地區)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數量越多，顏色越淺表示與其連接的AS數量越少，白色表示未與其直連的國家(或地區)。

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)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)，占比是61.02%，因此，中國大陸與超過半數的國家(或地區)的AS不能夠直接相連。同時，中國大陸與美國的連接AS數量最多。

在擁有AS的236個國家(或地區)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)，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)中，英國未直連的國家(或地區)有土庫曼斯坦、格陵蘭和秘魯等79個，占比是33.47%。同時，英國與美國連接的AS數量最多。

1.1.3 AS的層次情況

全球核心骨干網由11個AS構成，如表1所示。

表1 11個全球核心骨干網

一個AS通過PC關系(Provider to Customer，即提供商到客戶關系)能夠達到的AS數量，為該AS所管轄的AS數量。首先，按照每個AS所管轄的AS數量對全球AS進行排名。對其中20個國家(或地區)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)分層

從圖5中可以看出，1)第一層，即全球核心骨干網[5]，分別是美國、德國、瑞典和意大利。2)第二層，距離骨干網最近的是英國、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網末端的第六層。因此，中國大陸需加強骨干網的建設，提升在網絡空間中的話語權。

1.1.4 中國大陸與“一帶一路”國家的網絡空間連通性

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絡空間中也不直接連接。因此，中國大陸需要加強網絡建設，豐富與“一帶一路”國家網絡連接的多樣性，促進共同發展。

1.2 全球IP地址網絡空間資源情況

1.2.1 全球IP地址分配使用狀態

圖7是全球42億IP V4地址的分配使用狀態[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地址數量排名前五國家(或地區)的IP地址數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絡直連情況

圖7 全球IP地址分配使用狀態

序號國家(或地區)IP地址數量占全球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地址數量排名前五國家(或地區)的IP地址數量與其分配使用情況。從表2可以看出，美國有豐富的IP地址網絡資源，它的IP地址數量約有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地址數量降低了一個量級。美國在全球網絡空間中占據的IP地址網絡資源最多。

美國、中國大陸、日本、德國和英國的IP地址分配使用狀態如圖8所示。

圖8 數量排名前五國家(或地區)的IP地址分配使用狀態

結合表2和圖8可以看出，在IP地址數量排名前五的美國、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地址數量最多，并且美國的已路由-未使用和未路由的IP地址總數量和總占比都最多，說明美國為未來網絡空間的發展預留了足夠的空間。

2 有待進一步研究的問題

通過上述對網絡空間測繪技術國內外現狀研究與分析可見，當前關于網絡空間測繪技術的研究已經取得了一定進展，但是，實現對網絡空間資源的精確測繪，仍有一些問題亟待解決。

1)問題一：實現對實體資源的高精度地理位置映射。

服務器、路由器、網絡主機等網絡實體資源是網絡空間資源的重要組成部分，是網絡空間測繪技術關注的重要對象之一。但上述網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，其網絡唯一標識IP地址也不包含位置信息。現有基于IP的網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，定位精度和定位結果的可靠性仍有待提高。

2)問題二：將網絡資源進行更好地可視化展示。

網絡空間資源類型多樣，規模龐大；地理空間和社會空間數據同樣多源異構，如何將三種空間數據進行格式轉換和信息融合，實現對網絡空間數據、地理空間數據和社會空間數據的一體化實時動態可視化表達，并能夠基于地理空間基礎數據對網絡節點的地理位置映射精度和可靠性進行分析，是網絡空間繪制技術需要解決的問題之一。

3 結論

如何將網絡空間、地理空間和社會空間進行相互映射，將虛擬、動態的網絡空間測繪成一份動態、實時、可靠、有效的網絡空間地圖，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，促進人類經濟社會與信息化的融合發展，構成網絡測繪工作的根本意義。