1、基于互联网地址协议的应用与发展研究摘 要 目前互联网中广泛使用的 IP 地址协议 IPv4 面临着诸如地址匮乏等各种各样的问题，无法再采用“打补丁”的方式解决，迫切需要一种新协议的出现，IPv6 协议应运而生。IPv6 协议具有众多 IPv4 无法比拟的优势，虽然它仍需经历一段时间较长的发展与完善的历程，但其广泛应用是必然的。 关键词 IPv4； IPv6； 地址空间； 发展； 研究 doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2013 . 16. 048 中图分类号 TP393 文献标识码 A 文章编号 1673 - 0194（2013）16- 00
2、77- 02 1 IPv4 协议简介 建立计算机网络，首先需要建立一个全网地址系统，为每一台联网主机或路由器分配一个全网唯一的地址，来保证计算机之间的正常通信。这个地址系统就是通过 IP 协议来实现的。IP 即 Internet Protocol，它是 TCP/IP 协议族中网络层的协议，是 TCP/IP 协议族的核心协议。目前IP 协议的版本号是 4，也就是 IPv4 协议，IPv4 协议从 1981 年的第一阶段发展至今已经使用了 30 多年。 在 IPv4 协议中，IP 地址是一个 32 位的二进制数。为了书写方便，用点分十进制数来表示。IPv4 协议把 IP 地址分为了 5 类，分别为
3、A、B、C、D、E 类。其中广大计算机网络用户使用的是 A、B、C 类 IP 地址，D 类和 E 类用于多播地址或实验来使用。 2 IPv4 的不足和缺陷 随着互联网技术的飞速发展，越来越多的计算机用户要求接入计算机网络。然而，在建立计算机网络初期，设计者们设计的编址方案主要是针对大型机互联，并没有预见到个人计算机和网络会有如此之快的发展速度，因此，现行的 IPv4 协议渐渐暴露出了它的不足和缺陷，具体体现在以下几个方面。 2.1 地址空间濒临枯竭 IPv4 定义的 IP 地址共有 32 位，原则上可以分配 232 个地址，大约43 亿个，除去 D 类和 E 类不能被用户使用的地址，可供分配的
4、地址就更少了，目前，IPv4 地址已经分配完毕。 2.2 地址分配贫富不均 举例来说，IPv4 规定 A 类地址的网络号为 8 位，主机号为 24 位，一个 A 类地址可容纳的主机个数为 224-2 个，大约有 1 600 多万台主机，即使一个非常大的机构也不可能使用 1 600 多万台主机，存在严重的浪费问题。同理，B 类地址的浪费问题也很严重。IP 地址的有效利用率很低。 2.3 路由器工作效率低下 一个网络中分配的 IP 地址越多，路由表越大，路由器查询速度变慢，时间增长，效率降低，最终会不堪重负。 3 对 IPv4 有效使用的改进 针对 IPv4 的种种问题，研究者提出了几种解决方案。
5、 3.1 划分子网 将 IPv4 的两层结构进一步划分为三层结构，通过几个单位共同使用一个 A 类或 B 类地址提高 IPv4 地址利用率。这种方法已普遍应用于 IPv4协议中。 3.2 超网技术 超网技术也被称为无类域间路由 CIDR（Classless Inter Domain Routing）技术。技术核心是将现有的 IP 地址合并成较大的、具有更多主机地址的路由域，从而减少路由表的大小，减轻路由器的负担，但实质上，使用超网技术并没有扩大 IP 地址空间。 3.3 网络地址转换 NAT 技术 网络地址转换 NAT（Network Address Translation）技术是目前已经广泛
6、应用的技术。其核心是为每一个单位分配一个或少量几个外用的IP 地址，用于访问 Internet。而在单位内部，给每一台主机分配的是不能够在 Internet 上直接使用的、内部独立分配的 IP 地址，这个内部 IP地址符合 IPv4 协议标准，能够在单位内部计算机之间进行通信。但如果单位内部计算机想要访问 Internet，必须通过运行网络地址转换 NAT 的主机或路由器，将内部 IP 地址转换成外用的 IP 地址去访问。这样，只给单位分配 IP 地址即可，个人主机并不分配真正的 IP 地址，极大地减少了 IP 地址的分配数量。NAT 技术主要应用于内部网络和虚拟专用网络中，以及 ISP（In
7、ternet Service Provider）提供的拨号服务上，ISP甚至不给用户分配静态的 IP 地址，只是随机分配给用户一个动态的 IP地址，用完即释放。但是 NAT 技术增加了计算机网络的隐性成本，它只能算是解决 IPv4 地址缺乏问题的临时方案。 4 IPv6 协议的推出及应用前景 通过以上内容的分析，要真正解决 IPv4 协议的不足和缺陷，不能仅仅只在 IPv4 协议的基础上修修补补，迫切需要一种新协议的出现，那么IPv6 协议诞生了。 IPv6 是下一版本的互联网协议，也可以说是下一代互联网的协议。单从数量级上来说，IPv6 采用 128 位地址长度，所拥有的地址容量达到2128
8、 个，比 IPv4 多了大约 296 个，几乎可以不受限制地提供 IP 地址。IPv6 协议可分配的 IP 地址，达到了在地球的每平方米面积上 1 000 多个的密度。 IPv6 协议有效地解决了 IP 地址短缺问题的同时，还在许多方面提出了改进。例如，支持自动配置，用户不再需要自己手动设置 IP 地址，地址自动设定。此外，在安全性、扩展性、服务质量、地址结构合理性方面都有了进一步的提高和完善。 虽然 IPv6 协议具有许多 IPv4 协议无法比拟的优点，但是从 IPv4 过渡到 IPv6 并不简单。主要体现在： （1） IPv6 并非完美的，不可能解决所有问题，只能在发展中不断完善，这需要时
9、间和成本。 （2） 现有的软硬件基础设施对 IPv6 的支持还不充分，整体应用IPv6 势必需要巨大的人力、财力投入，这是设备制造商、网络运营商、网络连接提供商等难以接受的，因为他们正从 IPv4 上获得稳定的收益，而构建 IPv6 网络的成本需要相当长的时间才能收回。 （3） IPv4 升级到 IPv6 不仅仅涉及到技术问题和商业问题，还有政治问题。美国是互联网的发源地，长期在信息技术领域处于国际领先地位，拥有世界上 74%的 IP 地址，地址空间紧张的压力感受并不强烈，不急于向 IPv6 过渡，因此美国对 IPv6 并不重视，这就影响了 IPv6 的快速发展。 虽然 IPv6 的广泛应用存
10、在着各种各样的阻力，但是从长远看，IPv6有利于互联网的持续和长久发展。我国以及亚太的一些国家，如韩国和日本等，已经走在了促进 IPv6 产业发展的前列。最近，美国的态度也在发生着改变，美国军方已经开始采用 IPv6，美国国防部已经具体部署了IPv6 的进度安排。 任何一个新协议从诞生到广泛应用都需要一个过程，经过一个较长的 IPv4 和 IPv6 共存的时期，IPv6 最终会完全取代 IPv4 在互联网上占据统治地位。 主要参考文献 1 郎为明. 下一代网络技术原理与应用M. 北京：机械工业出版社，2006. 2 谢希仁. 计算机网络教程M. 北京：人民邮电出版社，2002. 3 刘韵洁. 下一代网络M. 北京：人民邮电出版社，2005.
