浅析无线移动通信运营商IPv4地址分配

熊俊

摘要：本文详细介绍无线移动通信运营商在IPv4地址上的分配原理，同时也分析了不足之处，并对其进行技术层面上的改进。

关键词：无线移动通信运营商；IPv4；分配原理

1 引言

IPv4（Internet Protocol version 4网际协议版本4），是互联网协议（Internet Protocol，IP）的第四个版本，也是第一个被广泛使用，构成现今互联网技术的基石的协议。1981年 Jon Postel 在RFC791中定义了IP，IPv4可以运行在各种各样的底层网络上，例如端对端的串行数据链路(PPP协议和SLIP协议)，卫星链路等等。

IP地址即：也可以称为互联网地址或Internet地址。是用来唯一标识网络终端（包括计算机、手机等等）的逻辑地址。每一个连网的网络终端都依靠IP地址来标识自己。就很类似于我们的电话号码样的。通过电话号码来找到相应的电话。全世界的电话号码都是唯一的。IP地址也是一样。

网络终端只有分配得到了一个用来唯一标识此网络终端的IP地址，此网络终端才能在此网络当中数据交换通信。要了解无线移动通信地址分配，首先了解其网络结构。

2 网络结构

无线移动通信各大运营商的网络一般都相对独立，但共同具有覆盖范围大、结构复杂、用户聚增、业务量多和容量升级等特点。网络结构如图1所示。

对于各大运营商网络来讲，由于地址分配问题只是网络业务层面的问题，与网络物理结构基本上没有关系，所以这里只从业务层面来考虑网络结构。

2.1 覆盖范围大

运营商网络规模一般都非常大。中国移动、中国联通、中国电信和中国网通的网络几乎覆盖了整个中国大陆。

2.2 结构复杂

一般来讲，运营商网络包括省际和省内骨干网络，各省内又包含许多城域网，城域网下又有许多用户驻地网通过接入网连接进来。另外，运营商网络还需要有互联网出口以及和其他国内或国外运营商之间的网际连接。

2.3 用户聚增

随着经济的发展和消费观念的进步，用户对数据产品的需求不断增加，用户数也在急剧地上升。据统计，2011年全年，国内3G用户新增8046.9万户，总数突破1.28亿户。其中，WCDMA用户全年累计增长2595.9万户，EVDO用户全年增长2400万户，TD用户全年增长3051万戶。无线移动通信正全速前进，Internet将被装入每个人的口袋之中。

2.4 业务量多

运营商网络承载的业务都是多种多样的，包括语音、数据、图像、多媒体通信与信息服务等等，几乎囊括了所有可以想见的相关业务。

2.5 容量升级

随着用户规模的不断增长，用户对业务要求的不断发展，运营商网络往往会无法满足用户的需要，这也促使运营商不得不对其网络进行扩容。另外，随着竞争的逐渐加剧，也驱动着运营商不断采用新的技术来抢占市场先机，从而对其网络不断地进行升级改造。

3.分配原理

CNNIC（China Internet Network Information Center，中国互联网络信息中心）发布了第27次中国互联网络发展状况统计报告，目前，我国IPv4地址数量达到2.78亿，面临分发完毕。根据运营商网络所具有的特点，很显然IP地址资源枯竭，所以通过相关的技术原理进行IP地址分配，目前是通过：地址转换、动态编址技术和IPv6技术等方法来实现。

3.1 地址转换

地址转换有两种：NAT和PAT。

NAT（Network Address Translation）网络地址转换技术是节约地址的非常有效的方法之一，它通过使用私有地址来节约公有地址的使用。NAT属于接入广域网(WAN)技术，是一种将私有（保留）地址转化为合法IP地址的转换技术，它被广泛应用于各种类型Internet接入方式和各种类型的网络中。NAT不仅完美地解决了IP地址不足的问题，而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击，隐藏并保护网络内部的计算机。

PAT（Port Address Translation）端口地址转换技术，在NAT时，考虑一种情形，就是只有一个公网地址，而内部有多个私有地址，这个时候NAT就要通过映射UDP和TCP端口号来跟踪记录不同的会话，比如用户A、B、C同时访问CSDN，则NAT路由器会将用户A、B、C访问分别映射到1088、1098、23100（举例而已，实际上是动态的），此时实际上就是PAT了。PAT普遍应用于接入设备中，它可以将中小型的网络隐藏在一个合法的IP地址后面。PAT与动态地址NAT不同，它将内部连接映射到外部网络中的一个单独的IP地址上，同时在该地址上加上一个由NAT设备选定的TCP端口号。也就是采用Port Multiplexing技术，改变外出数据的源Port的技术将多个内部IP地址映射到同一个外部地址。

3.2 动态编址技术

动态编址技术可以通过DHCP来实现。DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机设置协议）是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作，主要有两个用途：给内部网络或网络服务供应商自动分配IP地址给用户给内部网络管理员作为对所有计算机作中央管理的手段。当一个设备连接到网络时，该设备会向DHCP服务器申请租借IP地址。当该设备与网络断开连接时，就会放弃刚才所租借的IP地址，DHCP服务器就可以把该IP地址分配给其他设备了。

如果某些设备必须要有固定的地址，可以分配给它们固定的地址；如果没有必要使用固定地址，则可以使用动态分配的方法。同时让多数用户用动态地址而一小部分用户用静态地址，或者说为服务器等为外界提供网络服务的设施分配静态地址，而其他人则分配给动态地址。

3.3 IPv6技术

IPv6是IP协议的第六版，它的出现不仅彻底地解决了IP地址不足的问题，同时它还为主机接口提供不同类型的地址配置，如全球地址、全球单播地址、多播地址、任播地址和链路本地地址等，同时还对IPv4的地址分配、安全性和移动性等方面进行了有效的改进。

IPv4提供4段8位共计32位的IP地址，即有2^32-1个地址（除去一个全零的）。IPv6提供8段16位共计128位的IP地址，即有2^128-1个地址（除去一个全零的），大约IPv6中可能的地址有3.4×10^38个，这个数量是巨大的，使用IPv6的网络堪称全IP网络。

IPv6技术是最终解决IP地址分配的方案，因为IPv4到IPv6还需相关技术的发展完善成熟，全IP网络是一个长期演进的过程，最终还需要相当长一段时间内使用相关的过渡及，因此一段时间内，IPv4和IPv6还将共存。

4 总结

运营商网络具有覆盖范围大、结构复杂、用户聚增、业务量多和容量升级等特点，这就强烈要求在进行地址分配时，需要进行详细分析和仔细规划，不仅从技术上，同时在制度上配合操作，才能使网络更加稳定、更加高效地运行。

参考文献

[1] 李津生，洪佩琳.《下一代Internet的网络技术》[M].人民邮电出版社，2000.

[2] 申海.《下一代互联网协议IPv6》[J]. 沈阳师范大学学报(自然科学版).2004- 10.