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近年來基于IPv4協(xié)議的因特網(wǎng)得到了蓬勃發(fā)展。無論是網(wǎng)絡覆蓋的范圍與網(wǎng)絡容量，還是網(wǎng)民數(shù)量與業(yè)務類型都在飛速增長。計算機網(wǎng)絡、電信網(wǎng)絡和有線電視網(wǎng)三網(wǎng)正在走向融合的基于IP技術的下一代網(wǎng)絡(NGN)。在IP技術得到歷史、現(xiàn)在和未來網(wǎng)絡建設者青睞和追棒的同時，必須清醒地認識到IPv4技術本身還存在諸多不完善的地方。服務質量(QoS)、安全性以及地址短缺等問題是IPv4網(wǎng)絡目前所面臨的一些關鍵問題，這些可能“致命”的缺點正在阻礙著IP技術和業(yè)務的進一步普及和應用。本文討論地址短缺問題的解決方案，目前大致有兩類：
(1)“開源”，即使用地址長度更大的下一代IP協(xié)議——IPv6，這是一種中長期的解決方案;
(2)“節(jié)流”，即盡量提高對現(xiàn)有IPv4地址資源的利用率，比如使用私有復用加各種網(wǎng)絡地址(端口)翻譯的技術，是一些中短期解決方案。
2 提高地址利用率
這里首先介紹“節(jié)流”技術。目前已經(jīng)提出了的或者已經(jīng)使用的提高IPv4地址利用率的方法有：
*地址回收：IP標準化組織因特網(wǎng)工程任務組(IETF)已發(fā)出號召，希望那些早年分配得到了“過量”地址的機構和組織，能夠歸還他們不大可能用得上的地址資源，但目前看來收效甚微。
*更嚴格的地址分配策略：以前因特網(wǎng)地址名字分配(IANA)機構的地址分配策略是按照“預期最大規(guī)模”分配地址中間，而現(xiàn)在為了降低IP地址的分配速率，已經(jīng)將策略改成了“目前需要規(guī)模”。
*無類域間路由(CIDR)：隨著B類地址接近耗盡，利用CIDR技術，打破地址類型(如A類、B類和C類)的劃分，采用多個連續(xù)C類地址做聚合進行分配。CIDR技術的采用使得Internet路由表的增長速度近年來有所減緩。
*撥號接入：用戶撥號接入時，利用點到點協(xié)議(PPP)和動態(tài)主機配置協(xié)議(DHCP)為其按需動態(tài)分配IP地址，實現(xiàn)地址復用。
*可變長子網(wǎng)掩碼(VLSM)：通過把一個企業(yè)的企業(yè)網(wǎng)(Intranet)劃分成不同規(guī)模的子網(wǎng)，提高地址空間的利用率。
*私有地址加網(wǎng)絡地址翻譯：在企業(yè)網(wǎng)內(nèi)使用“私有”的IP地址，不同企業(yè)網(wǎng)之間的地址可以重用。當在私有地址網(wǎng)絡中的用戶與Internet通信時，二者之間必須做網(wǎng)絡地址翻譯，因為企業(yè)網(wǎng)所使用的編址與Internet的編址不在一個統(tǒng)一的地址空間內(nèi)。IETF規(guī)定的私有地址的范圍為10/8，172.16/12，192.168/16三段(RFC 1918)。這是目前使用最多的，也是效率最高的一種解決地址短缺的問題的方法。當然企業(yè)只所以選擇使用RFC 1918規(guī)定的私有地址，有時也不僅僅是因為地址復用的原因，還有安全，控制等其它方面的考慮。
3 NAT存在的問題
當企業(yè)網(wǎng)使用私有IPv4編址時，與Internet的編址(公有IPv4)不在一個統(tǒng)一的地址空間內(nèi)。因此，當這些網(wǎng)絡中的設備與Internet通信時，就必須在網(wǎng)絡的邊界處進行地址翻譯，典型的翻譯技術包括網(wǎng)絡地址翻譯(NAT)和網(wǎng)絡地址端口翻譯(NAPT)兩類，以下統(tǒng)稱為NAT。“節(jié)流技術”NAT存在的主要技術限制有[RFC 2993]：
*當企業(yè)網(wǎng)與其它網(wǎng)絡通信時，NAT會影響網(wǎng)絡性能，降低網(wǎng)絡吞吐量。
*破壞了原來的Internet端到端的設計理念(端到端的透明性)，只適用于客戶/服務器模型的應用，不適用于Peer-to-Peer(P2P)的應用模型。如在這種模型下，PUSH業(yè)務的推廣就很受限制。
*在維護連接狀態(tài)和動態(tài)映射信息的設備中，有可能會產(chǎn)生單點故障。
*使得增加企業(yè)網(wǎng)站點與Internet連接可靠性的多宿主(Multi-home)技術更加復雜。
*阻礙了在網(wǎng)絡層提供安全服務。
*當企業(yè)網(wǎng)需要與其它專用網(wǎng)絡融合時，可能會出現(xiàn)地址沖突(重疊)問題。
*NAPT和特定域IP(Realm Specific ip,rsip)增加了運營的復雜性。
*使得版本3的簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議(SNMPv3)的認證機制更為復雜和甚至無效。
*很多高層應用協(xié)議與之不兼容[RFC 3027]。比如有些應用(IPSec，Kerberos/5等)無法穿越NAT，而有些(如FTP，H.323，SIP，SMTP，RSVP，DNS，SNMP等)則需要借助應用層網(wǎng)關(ALG)才能夠實現(xiàn)。而當借助ALG枝術時，每出現(xiàn)一種新應用就必須在NAT上考慮增加對該應用的支持，違反了IP技術獨立于高層應用的思想。
4 IPv6爭議
這里介紹“開源”技術。雖然IPv4的設計基于20世紀70年代中期的技術水平，以及當時非常有限的運行經(jīng)驗，但基于IPv4的Internet取得的巨大成功已經(jīng)證明IPv4的設計根本上是非常成功的。在20世紀90年代設計IPv6時，有充足的理由堅持在IPv6中最大限度地保留IPv4的特點，只增加地址長度就可以了。但根據(jù)這些年來Internet的運營經(jīng)驗，應該對IPv4的其他部分也做一些“革命性”的改變。與IPv4協(xié)議相比，IPv6協(xié)議最大的變化就是明顯簡化了報頭的設計，這主要體現(xiàn)在：
*簡化頭的格式，所有包頭都使用固定長度;
*減少包處理敏感的部分，如校驗和以及分片處理;
*地址長度增加為128bit。
雖然IETF已經(jīng)選擇將IPv6作為下一代Internet(NGN)的協(xié)議，但業(yè)內(nèi)對IPv6技術仍然存在一些爭議，甚至言過其實的說法。
(1)服務質量(QoS)保證。IPv6頭在性能方面確實有一定的改進，比如去掉了校驗和字段，但這與目前研究的所謂的QoS保征完全不是一回事情。目前解決IP QoS的技術主要是DiffServ，InterServ和多協(xié)議標記交換(MPLS)，而它們同時適用于IPv4和IPv6。換言之，IPv6將使用與IPv4相同的技術來解決QoS問題，不會因為使用了IPv6，服務質量就會得到保證。
(2)安全保證。IPv4和IPv6都是使用IPSec協(xié)議來提供安全性保證，區(qū)別只是IPv4對IPSec的要求是可選的，IPv6對IPSec的要求是強制的。但IPv6對IPSec的強制性要求只是實現(xiàn)上的，并不要求應用中都一定使用，因為一是沒這個必要，二是都使用會對性能產(chǎn)生重大影響。因此從這點上說二者的安全性幾乎是等價的，不存在IPv6一定會比IPv4更安全的可能性。
(3)更好的移動性支持。不應否認IPv6對移動性的支持(Mobbie IP)比IPv4更好，但需要注意的是：只有在Mobile IP業(yè)務有實際的市場應用價值的前提下，才可能探討采用什么樣的方式支持會更好一些?Mobile IP從誕生至今仍然沒有得到廣泛的應用，根本原因在于缺乏“Killer Application(殺手應用)”，也就是說還沒有出現(xiàn)一種像E-mail。WWW那樣極大地推動了Internet發(fā)展的應用，必須或最好使用Mobile IP來支持�；蛟S將來會有這樣的應用出現(xiàn)(如3G的普及)，但現(xiàn)在沒有，至少不明顯或沒有得到大規(guī)模的普及。
(4)根據(jù)Internet Society刊登的一篇報告，對IPv6還存在以下的誤解或言過其實的說法：
*移動性必須使用IPv6。
*IPv6更適合于無線網(wǎng)絡。
*只有IPv6支持自動配置。
*IPv6解決了路由可擴展性問題。
*IPv6能夠更好地支持快速前綴重編號。
*IPv6提供了對Multi-home地更好支持。
5 小結
有人認為IPv4地址將很快耗盡，因此IPv6將在近年內(nèi)得到大規(guī)模商用，這是存在疑問的。根據(jù)IANA提供的資料，目前還有大約36%的公用IPv4地址(大約15億個)沒有被分配，因此地址短缺的問題并沒有想象的或有些媒體或廠家所描述的那么嚴重和緊迫。雖然IANA現(xiàn)在對IPv4地址的申請政策趨于嚴格，但如果運營商確實有需求，一般還是能夠申請到的。以現(xiàn)在的IP地址分配速度不變，據(jù)保守估計也要到2015年以后IPv4地址才會用光。
其次，一般認為移動數(shù)據(jù)業(yè)務需要大量的IP地址空間資源，必須使用IPv6地址，但現(xiàn)在的實際情況是很多移動數(shù)據(jù)運營商并未采用Internet的完全開放的商業(yè)模型，而是更喜歡“Walled Garden”的商業(yè)模型，即把用戶限制在一個封閉的網(wǎng)絡范圍內(nèi)，因為這樣做運營商能夠更容易地控制業(yè)務和用戶，計費方便，而且安全性也更高。而當采用“Walled Garden”商業(yè)模型時，移動數(shù)據(jù)網(wǎng)與Internet形成隔離的編址域，因此運營商幾乎不約而同地選擇使用更加成熟、廉價和更熟悉的(私有)IPv4編址。
第三，IPv6的128bit的地址中間多到可以讓“地球上的每粒沙子都分配到一個IP地址”，也就是說IPv6的地址空間將不再是稀有資源。既然不是稀有資源，將來也不大可能成為稀有資源，那么即使獲得更多的IPv6地址空間，又有多少現(xiàn)實意義呢?
第四，NAT技術和IPv6都能夠解決地址短缺問題。筆者以為NAT最核心的問題是會破壞Internet的端到端的透明性，因此只適用于客戶/服務器模式的應用。而IPv6最大的好處是能夠支持Peer to Peer(P2P)的應用，因為它不會破壞Internet端到端的透明性。因此，只有當P2P模式的應用(如游戲)大行其道時，才是必須部署IPv6的時候。
來源：ZDNet
