IPv4的地址真的用光了嗎
近期我看到有些文章說，IPv4的地址已經(jīng)用光了，或者說，已經(jīng)分配完了。將來沒有IPv4的地址可供分配了，所以IPv6進(jìn)入實(shí)質(zhì)性階段。那么，IPv4的地址是否真的用光了、是否已經(jīng)沒有地址可供分配了？本文將對這個(gè)問題進(jìn)行探討。
首先，所謂IPv4地址將要分配完，這是對管理Internet地址的部門-IANA(The Internet Assigned Numbers Authority，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字分配機(jī)構(gòu))來說，在將來（預(yù)計(jì)2011年8月份所有地址分配完），已經(jīng)沒有地址可供分配。從這一點(diǎn)來說，IPv4地址已經(jīng)分配完了。
但是，由于運(yùn)營商、先期獲得地址的公司或企業(yè)，有大量的IPv4地址可供使用，對于這些公司或企業(yè)來說，在很久的一段時(shí)間內(nèi)（可能幾年甚至十幾年的時(shí)間）都不用為IPv4的地址發(fā)愁。從這點(diǎn)來看，可能許多運(yùn)營商會為IPv4的地址發(fā)愁。但是，這也只是“表面”的問題，如果運(yùn)營商改進(jìn)地址的分配方式，在未來的幾年中甚至更長的時(shí)間中，將不會為IPv4的地址發(fā)愁。接下來我們介紹運(yùn)營商是怎么管理與分配自己手中的IPv4地址的。
對于運(yùn)營商來說，需要IPv4地址的用戶主要有兩類，一類是為用戶通過光纖或其他專線接入，并且給這些用戶分配一些固定IP地址；另一類用戶則是不需要獲得固定IP地址、并且只有在連接到Internet時(shí)才臨時(shí)分配一個(gè)IPv4地址，并且在斷開連接后回收這些地址供其他用戶使用。當(dāng)一個(gè)運(yùn)營商的IPv4地址總數(shù)已經(jīng)固定并且不再增加，但需要接入Internet的企業(yè)或個(gè)人用戶越來越多時(shí)，運(yùn)營商怎樣使用手中的地址，并且能滿足用戶的需要呢？我個(gè)人的觀點(diǎn)是，運(yùn)營商并非沒有IPv4地址，而是由于管理等問題，造成了大量的IPv4地址的浪費(fèi)，才造成IPv4地址的緊缺。為了說明這個(gè)問題，我們通過幾個(gè)例子進(jìn)行介紹。
1 目前運(yùn)營商地址規(guī)劃方法浪費(fèi)了大量的地址
實(shí)例1：
某政府單位，通過網(wǎng)通10M光纖接入Internet，網(wǎng)通為其分配的IP地址是61.x.y.6，子網(wǎng)掩碼是255.255.255.252，網(wǎng)關(guān)是61.x.y.6。用戶同時(shí)將這個(gè)地址作為其門戶網(wǎng)站的地址（映射TCP的80端口到內(nèi)部的Web服務(wù)器）。
實(shí)例2：某單位，通過電信光纖接入Internet，電信為其分配的IP地址是219.x.y.2～219.x.y.6，子網(wǎng)掩碼是255.255.255.248，網(wǎng)關(guān)是219.x.y.1。
從這兩個(gè)實(shí)例來看，網(wǎng)通、電信劃分（規(guī)劃）IPv4地址、管理IPv4地址是沒有任何問題的，目前許多的運(yùn)營商，基本上也都是這樣管理與分配IP地址的。但是，在這兩個(gè)實(shí)例中，都浪費(fèi)了大量的地址。
對于實(shí)例1來說，一個(gè)相當(dāng)于C類的地址池（例如本例中的61.x.y.0/24）一共有256個(gè)IP地址，但最多只能為64個(gè)單位提供接入，其浪費(fèi)率是75%，這種網(wǎng)絡(luò)連接方式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。
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圖1 傳統(tǒng)IPv4分配方式
【說明】當(dāng)子網(wǎng)掩碼是255.255.255.252時(shí)，可以將一個(gè)C類地址劃分為64位子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)有4個(gè)地址，由于每個(gè)子網(wǎng)的第1個(gè)地址作為網(wǎng)絡(luò)地址、最后1個(gè)地址作為廣播地址不能使用，運(yùn)營商一端需要使用1個(gè)地址，這樣只有1個(gè)地址供用戶使用。
對于實(shí)例2來說，一個(gè)相當(dāng)于C類的地址，使用子網(wǎng)掩碼255.255.255.248時(shí)，每個(gè)單位有5個(gè)可用地址，可以分配給32個(gè)單位，實(shí)際可用地址是160個(gè)，有接近一半的時(shí)候被浪費(fèi)。目前采用255.255.255.248這種子網(wǎng)掩碼的劃分方式，目前決大多數(shù)單位，都是這種情況。
對于更大一些的單位，可能一次性獲取的IP地址會多一些，例如，運(yùn)營商可能會劃分28位（子網(wǎng)掩碼255.255.255.240）甚至更大的子網(wǎng)，但這樣也會造成地址的浪費(fèi)。
我想，如果運(yùn)營商改變以往用戶的接入方式（以前接入雙方都是通過“路由器”來接入的），改為類似現(xiàn)在局域網(wǎng)中的“交換機(jī)”接入方式，或者，仍然用路由器方式接入，但劃分更大的子網(wǎng)，例如劃分24位（子網(wǎng)掩碼為255.255.25.0）的子網(wǎng)。這樣的改造同樣適合于現(xiàn)在已經(jīng)有網(wǎng)絡(luò)接入的用戶，在局端進(jìn)行相應(yīng)的修改之后，只要通知企業(yè)用戶更改自己的網(wǎng)關(guān)地址、子網(wǎng)掩碼就可以繼續(xù)使用原來的地址，而對于運(yùn)營商來說，這樣將節(jié)省大量的地址，用于再分配。在現(xiàn)有數(shù)量的IPv4地址基礎(chǔ)上，可供使用的地址以及節(jié)省的地址將大大增加。改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。
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圖2 改進(jìn)方式
改進(jìn)之后可能出現(xiàn)的問題有：
（1）由于采用“交換”方式接入，這樣會導(dǎo)致多個(gè)用戶（如圖2中的用戶1～用戶253）在同一個(gè)子網(wǎng)，這樣用戶如果錯(cuò)誤的設(shè)置IP地址，或者盜用IP地址，會造成地址沖突問題。要避免這個(gè)問題也比較簡單，可以在交換機(jī)上采用IP與MAC地址綁定的方法進(jìn)行。
（2）在圖1的網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)用戶屬于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，不同的用戶之間是禁止“廣播”的，但改為圖2之后，由于多個(gè)用戶屬于同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，用戶之間會產(chǎn)生廣播流量。同樣，通過在交換機(jī)上配置策略也能解決。
2 ADSL家庭上網(wǎng)用戶可以使用私網(wǎng)地址
對于網(wǎng)通、電信等大的運(yùn)營商來說，家庭寬帶用戶或者PSTN撥號用戶，每次獲取的都是一個(gè)動態(tài)的、合法的IP地址。實(shí)際上，對于這些用戶，完全可以使用私有地址，沒必要為其分配公網(wǎng)地址。大量寬帶用戶關(guān)心的是上網(wǎng)的速度、下載速度，從來沒有人關(guān)心自己使用的是私網(wǎng)地址還是公網(wǎng)地址，因?yàn)槊可儆腥耸褂肁DSL做自己的網(wǎng)站發(fā)布到外面供他人訪問。
以前中國電信（電信沒有拆分前），163（或169，具體那一個(gè)我記不清了）使用的就是10.0.0.0/8的私網(wǎng)地址。計(jì)算機(jī)
從理論上計(jì)算，每個(gè)IP地址使用TCP或UDP的1～65535個(gè)端口，而每個(gè)用戶瀏覽網(wǎng)頁、下載時(shí)，最多使用200個(gè)以內(nèi)的端口。從這點(diǎn)來計(jì)算，每個(gè)公網(wǎng)地址大約可以為300個(gè)用戶同時(shí)提供NAPT的服務(wù)。
即使用戶需要使用ADSL對外提供服務(wù)，運(yùn)營商也可以為這些用戶提供公網(wǎng)地址，或者提供端口映射服務(wù)，這樣相對于現(xiàn)在使用動態(tài)IP來說，對外提供的服務(wù)地址會固定（為寬帶用戶提供固定的私網(wǎng)地址并在運(yùn)營商一般在公網(wǎng)地址做端口映射）。
目前，許多“小”運(yùn)營商，為用戶提供的就是私網(wǎng)地址。
3 高校擁有大量的IPv4地址
目前，中國的大學(xué)擁有大量的IPv4地址，以筆者的高校來說，目前擁有16個(gè)C類地址（202.x.192.0/20），雖然每個(gè)教職工上網(wǎng)獲取一個(gè)動態(tài)的公網(wǎng)地址，但這些地址已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中心的路由器上進(jìn)行了限制（只允許訪問外面、外面不能訪問內(nèi)部），這些地址，從本質(zhì)上來說，和使用私網(wǎng)地址沒有什么區(qū)別。
4 DNS問題
即然問題說到這，我再說一下DNS問題。一些專家說，DNS根服務(wù)器都在國外，對國內(nèi)的安全造成影響，將來一旦戰(zhàn)爭爆發(fā)，中國會受制于人—-—國外DNS不允許訪問了，國內(nèi)的網(wǎng)站會全部癱瘓。在我看來，這些也是有點(diǎn)杞人憂天：
不管怎么訪問DNS，都要通過國內(nèi)大運(yùn)營商（電信、移動或聯(lián)通）的國際光纖訪問國外，如果萬一國外的DNS不允許訪問，我們在國際光纖的出口之中，架設(shè)國內(nèi)的DNS服務(wù)器，或者提前使用DNS緩存的方式，保存DNS服務(wù)器的查詢結(jié)果，完全可以在很短的時(shí)間內(nèi)再建DNS服務(wù)器。要知道，我們訪問網(wǎng)站，最終是要換成DNS域名所對應(yīng)的IP地址，才能訪問網(wǎng)站的。只要網(wǎng)站存在國內(nèi)，用DNS不能訪問、用IP地址還不能訪問嗎？用IP地址不能訪問（許多網(wǎng)站只允許DNS名稱訪問）、我們修改本地的hosts文件、自己創(chuàng)建域名與IP地址的對應(yīng)關(guān)系，是肯定可以訪問的！
近期我看到有些文章說，IPv4的地址已經(jīng)用光了，或者說，已經(jīng)分配完了。將來沒有IPv4的地址可供分配了，所以IPv6進(jìn)入實(shí)質(zhì)性階段。那么，IPv4的地址是否真的用光了、是否已經(jīng)沒有地址可供分配了？本文將對這個(gè)問題進(jìn)行探討。
首先，所謂IPv4地址將要分配完，這是對管理Internet地址的部門-IANA(The Internet Assigned Numbers Authority，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字分配機(jī)構(gòu))來說，在將來（預(yù)計(jì)2011年8月份所有地址分配完），已經(jīng)沒有地址可供分配。從這一點(diǎn)來說，IPv4地址已經(jīng)分配完了。
但是，由于運(yùn)營商、先期獲得地址的公司或企業(yè)，有大量的IPv4地址可供使用，對于這些公司或企業(yè)來說，在很久的一段時(shí)間內(nèi)（可能幾年甚至十幾年的時(shí)間）都不用為IPv4的地址發(fā)愁。從這點(diǎn)來看，可能許多運(yùn)營商會為IPv4的地址發(fā)愁。但是，這也只是“表面”的問題，如果運(yùn)營商改進(jìn)地址的分配方式，在未來的幾年中甚至更長的時(shí)間中，將不會為IPv4的地址發(fā)愁。接下來我們介紹運(yùn)營商是怎么管理與分配自己手中的IPv4地址的。
對于運(yùn)營商來說，需要IPv4地址的用戶主要有兩類，一類是為用戶通過光纖或其他專線接入，并且給這些用戶分配一些固定IP地址；另一類用戶則是不需要獲得固定IP地址、并且只有在連接到Internet時(shí)才臨時(shí)分配一個(gè)IPv4地址，并且在斷開連接后回收這些地址供其他用戶使用。當(dāng)一個(gè)運(yùn)營商的IPv4地址總數(shù)已經(jīng)固定并且不再增加，但需要接入Internet的企業(yè)或個(gè)人用戶越來越多時(shí)，運(yùn)營商怎樣使用手中的地址，并且能滿足用戶的需要呢？我個(gè)人的觀點(diǎn)是，運(yùn)營商并非沒有IPv4地址，而是由于管理等問題，造成了大量的IPv4地址的浪費(fèi)，才造成IPv4地址的緊缺。為了說明這個(gè)問題，我們通過幾個(gè)例子進(jìn)行介紹。
1 目前運(yùn)營商地址規(guī)劃方法浪費(fèi)了大量的地址
實(shí)例1：
某政府單位，通過網(wǎng)通10M光纖接入Internet，網(wǎng)通為其分配的IP地址是61.x.y.6，子網(wǎng)掩碼是255.255.255.252，網(wǎng)關(guān)是61.x.y.6。用戶同時(shí)將這個(gè)地址作為其門戶網(wǎng)站的地址（映射TCP的80端口到內(nèi)部的Web服務(wù)器）。
實(shí)例2：某單位，通過電信光纖接入Internet，電信為其分配的IP地址是219.x.y.2～219.x.y.6，子網(wǎng)掩碼是255.255.255.248，網(wǎng)關(guān)是219.x.y.1。
從這兩個(gè)實(shí)例來看，網(wǎng)通、電信劃分（規(guī)劃）IPv4地址、管理IPv4地址是沒有任何問題的，目前許多的運(yùn)營商，基本上也都是這樣管理與分配IP地址的。但是，在這兩個(gè)實(shí)例中，都浪費(fèi)了大量的地址。
對于實(shí)例1來說，一個(gè)相當(dāng)于C類的地址池（例如本例中的61.x.y.0/24）一共有256個(gè)IP地址，但最多只能為64個(gè)單位提供接入，其浪費(fèi)率是75%，這種網(wǎng)絡(luò)連接方式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。
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圖1 傳統(tǒng)IPv4分配方式
【說明】當(dāng)子網(wǎng)掩碼是255.255.255.252時(shí)，可以將一個(gè)C類地址劃分為64位子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)有4個(gè)地址，由于每個(gè)子網(wǎng)的第1個(gè)地址作為網(wǎng)絡(luò)地址、最后1個(gè)地址作為廣播地址不能使用，運(yùn)營商一端需要使用1個(gè)地址，這樣只有1個(gè)地址供用戶使用。
對于實(shí)例2來說，一個(gè)相當(dāng)于C類的地址，使用子網(wǎng)掩碼255.255.255.248時(shí)，每個(gè)單位有5個(gè)可用地址，可以分配給32個(gè)單位，實(shí)際可用地址是160個(gè)，有接近一半的時(shí)候被浪費(fèi)。目前采用255.255.255.248這種子網(wǎng)掩碼的劃分方式，目前決大多數(shù)單位，都是這種情況。
對于更大一些的單位，可能一次性獲取的IP地址會多一些，例如，運(yùn)營商可能會劃分28位（子網(wǎng)掩碼255.255.255.240）甚至更大的子網(wǎng)，但這樣也會造成地址的浪費(fèi)。
我想，如果運(yùn)營商改變以往用戶的接入方式（以前接入雙方都是通過“路由器”來接入的），改為類似現(xiàn)在局域網(wǎng)中的“交換機(jī)”接入方式，或者，仍然用路由器方式接入，但劃分更大的子網(wǎng)，例如劃分24位（子網(wǎng)掩碼為255.255.25.0）的子網(wǎng)。這樣的改造同樣適合于現(xiàn)在已經(jīng)有網(wǎng)絡(luò)接入的用戶，在局端進(jìn)行相應(yīng)的修改之后，只要通知企業(yè)用戶更改自己的網(wǎng)關(guān)地址、子網(wǎng)掩碼就可以繼續(xù)使用原來的地址，而對于運(yùn)營商來說，這樣將節(jié)省大量的地址，用于再分配。在現(xiàn)有數(shù)量的IPv4地址基礎(chǔ)上，可供使用的地址以及節(jié)省的地址將大大增加。改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。
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圖2 改進(jìn)方式
改進(jìn)之后可能出現(xiàn)的問題有：
（1）由于采用“交換”方式接入，這樣會導(dǎo)致多個(gè)用戶（如圖2中的用戶1～用戶253）在同一個(gè)子網(wǎng)，這樣用戶如果錯(cuò)誤的設(shè)置IP地址，或者盜用IP地址，會造成地址沖突問題。要避免這個(gè)問題也比較簡單，可以在交換機(jī)上采用IP與MAC地址綁定的方法進(jìn)行。
（2）在圖1的網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)用戶屬于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，不同的用戶之間是禁止“廣播”的，但改為圖2之后，由于多個(gè)用戶屬于同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，用戶之間會產(chǎn)生廣播流量。同樣，通過在交換機(jī)上配置策略也能解決。
2 ADSL家庭上網(wǎng)用戶可以使用私網(wǎng)地址
對于網(wǎng)通、電信等大的運(yùn)營商來說，家庭寬帶用戶或者PSTN撥號用戶，每次獲取的都是一個(gè)動態(tài)的、合法的IP地址。實(shí)際上，對于這些用戶，完全可以使用私有地址，沒必要為其分配公網(wǎng)地址。大量寬帶用戶關(guān)心的是上網(wǎng)的速度、下載速度，從來沒有人關(guān)心自己使用的是私網(wǎng)地址還是公網(wǎng)地址，因?yàn)槊可儆腥耸褂肁DSL做自己的網(wǎng)站發(fā)布到外面供他人訪問。
以前中國電信（電信沒有拆分前），163（或169，具體那一個(gè)我記不清了）使用的就是10.0.0.0/8的私網(wǎng)地址。計(jì)算機(jī)
從理論上計(jì)算，每個(gè)IP地址使用TCP或UDP的1～65535個(gè)端口，而每個(gè)用戶瀏覽網(wǎng)頁、下載時(shí)，最多使用200個(gè)以內(nèi)的端口。從這點(diǎn)來計(jì)算，每個(gè)公網(wǎng)地址大約可以為300個(gè)用戶同時(shí)提供NAPT的服務(wù)。
即使用戶需要使用ADSL對外提供服務(wù)，運(yùn)營商也可以為這些用戶提供公網(wǎng)地址，或者提供端口映射服務(wù)，這樣相對于現(xiàn)在使用動態(tài)IP來說，對外提供的服務(wù)地址會固定（為寬帶用戶提供固定的私網(wǎng)地址并在運(yùn)營商一般在公網(wǎng)地址做端口映射）。
目前，許多“小”運(yùn)營商，為用戶提供的就是私網(wǎng)地址。
3 高校擁有大量的IPv4地址
目前，中國的大學(xué)擁有大量的IPv4地址，以筆者的高校來說，目前擁有16個(gè)C類地址（202.x.192.0/20），雖然每個(gè)教職工上網(wǎng)獲取一個(gè)動態(tài)的公網(wǎng)地址，但這些地址已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)中心的路由器上進(jìn)行了限制（只允許訪問外面、外面不能訪問內(nèi)部），這些地址，從本質(zhì)上來說，和使用私網(wǎng)地址沒有什么區(qū)別。
4 DNS問題
即然問題說到這，我再說一下DNS問題。一些專家說，DNS根服務(wù)器都在國外，對國內(nèi)的安全造成影響，將來一旦戰(zhàn)爭爆發(fā)，中國會受制于人—-—國外DNS不允許訪問了，國內(nèi)的網(wǎng)站會全部癱瘓。在我看來，這些也是有點(diǎn)杞人憂天：
不管怎么訪問DNS，都要通過國內(nèi)大運(yùn)營商（電信、移動或聯(lián)通）的國際光纖訪問國外，如果萬一國外的DNS不允許訪問，我們在國際光纖的出口之中，架設(shè)國內(nèi)的DNS服務(wù)器，或者提前使用DNS緩存的方式，保存DNS服務(wù)器的查詢結(jié)果，完全可以在很短的時(shí)間內(nèi)再建DNS服務(wù)器。要知道，我們訪問網(wǎng)站，最終是要換成DNS域名所對應(yīng)的IP地址，才能訪問網(wǎng)站的。只要網(wǎng)站存在國內(nèi)，用DNS不能訪問、用IP地址還不能訪問嗎？用IP地址不能訪問（許多網(wǎng)站只允許DNS名稱訪問）、我們修改本地的hosts文件、自己創(chuàng)建域名與IP地址的對應(yīng)關(guān)系，是肯定可以訪問的！
