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進入實質性階段。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？本文將對這個問題進行探討。
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)字分配機構)來說，在將來（預計2011年8月份所有地址分配完），已經(jīng)沒有地址可供分配。從這一點來說，IPv4地址已經(jīng)分配完了。
但是，由于運營商、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，在很久的一段時間內（可能幾年甚至十幾年的時間）都不用為IPv4的地址發(fā)愁。從這點來看，可能許多運營商會為IPv4的地址發(fā)愁。但是，這也只是“表面”的問題，如果運營商改進地址的分配方式，在未來的幾年中甚至更長的時間中，將不會為IPv4的地址發(fā)愁。接下來我們介紹運營商是怎么管理與分配自己手中的IPv4地址的。
對于運營商來說，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時才臨時分配一個IPv4地址，并且在斷開連接后回收這些地址供其他用戶使用。當一個運營商的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)或個人用戶越來越多時，運營商怎樣使用手中的地址，并且能滿足用戶的需要呢？我個人的觀點是，運營商并非沒有IPv4地址，而是由于管理等問題，造成了大量的IPv4地址的浪費，才造成IPv4地址的緊缺。為了說明這個問題，我們通過幾個例子進行介紹。
1 目前運營商地址規(guī)劃方法浪費了大量的地址
實例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)關是61.x.y.6。用戶同時將這個地址作為其門戶網(wǎng)站的地址（映射TCP的80端口到內部的Web服務器）。
實例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)關是219.x.y.1。
從這兩個實例來看，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，在這兩個實例中，都浪費了大量的地址。
對于實例1來說，一個相當于C類的地址池（例如本例中的61.x.y.0/24）一共有256個IP地址，但最多只能為64個單位提供接入，其浪費率是75%，這種網(wǎng)絡連接方式網(wǎng)絡拓撲如圖1所示。
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圖1 傳統(tǒng)IPv4分配方式
【說明】當子網(wǎng)掩碼是255.255.255.252時，可以將一個C類地址劃分為64位子網(wǎng)，每個子網(wǎng)有4個地址，由于每個子網(wǎng)的第1個地址作為網(wǎng)絡地址、最后1個地址作為廣播地址不能使用，運營商一端需要使用1個地址，這樣只有1個地址供用戶使用。
對于實例2來說，一個相當于C類的地址，使用子網(wǎng)掩碼255.255.255.248時，每個單位有5個可用地址，可以分配給32個單位，實際可用地址是160個，有接近一半的時候被浪費。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。
我想，如果運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”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)絡接入的用戶，在局端進行相應的修改之后，只要通知企業(yè)用戶更改自己的網(wǎng)關地址、子網(wǎng)掩碼就可以繼續(xù)使用原來的地址，而對于運營商來說，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地址基礎上，可供使用的地址以及節(jié)省的地址將大大增加。改進后的網(wǎng)絡拓撲如圖2所示。
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圖2 改進方式
改進之后可能出現(xiàn)的問題有：
（1）由于采用“交換”方式接入，這樣會導致多個用戶（如圖2中的用戶1～用戶253）在同一個子網(wǎng)，這樣用戶如果錯誤的設置IP地址，或者盜用IP地址，會造成地址沖突問題。要避免這個問題也比較簡單，可以在交換機上采用IP與MAC地址綁定的方法進行。
（2）在圖1的網(wǎng)絡中，每個用戶屬于一個網(wǎng)絡，不同的用戶之間是禁止“廣播”的，但改為圖2之后，由于多個用戶屬于同一個網(wǎng)絡，用戶之間會產(chǎn)生廣播流量。同樣，通過在交換機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動態(tài)的、合法的IP地址。實際上，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。大量寬帶用戶關心的是上網(wǎng)的速度、下載速度，從來沒有人關心自己使用的是私網(wǎng)地址還是公網(wǎng)地址，因為每少有人使用ADSL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，具體那一個我記不清了）使用的就是10.0.0.0/8的私網(wǎng)地址。計算機
從理論上計算，每個IP地址使用TCP或UDP的1～65535個端口，而每個用戶瀏覽網(wǎng)頁、下載時，最多使用200個以內的端口。從這點來計算，每個公網(wǎng)地址大約可以為300個用戶同時提供NAPT的服務。
即使用戶需要使用ADSL對外提供服務，運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，這樣相對于現(xiàn)在使用動態(tài)IP來說，對外提供的服務地址會固定（為寬帶用戶提供固定的私網(wǎng)地址并在運營商一般在公網(wǎng)地址做端口映射）。
目前，許多“小”運營商，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，中國的大學擁有大量的IPv4地址，以筆者的高校來說，目前擁有16個C類地址（202.x.192.0/20），雖然每個教職工上網(wǎng)獲取一個動態(tài)的公網(wǎng)地址，但這些地址已經(jīng)在網(wǎng)絡中心的路由器上進行了限制（只允許訪問外面、外面不能訪問內部），這些地址，從本質上來說，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根服務器都在國外，對國內的安全造成影響，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，國內的網(wǎng)站會全部癱瘓。在我看來，這些也是有點杞人憂天：
不管怎么訪問DNS，都要通過國內大運營商（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，架設國內的DNS服務器，或者提前使用DNS緩存的方式，保存DNS服務器的查詢結果，完全可以在很短的時間內再建DNS服務器。要知道，我們訪問網(wǎng)站，最終是要換成DNS域名所對應的IP地址，才能訪問網(wǎng)站的。只要網(wǎng)站存在國內，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地址的對應關系，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進入實質性階段。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？本文將對這個問題進行探討。
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)字分配機構)來說，在將來（預計2011年8月份所有地址分配完），已經(jīng)沒有地址可供分配。從這一點來說，IPv4地址已經(jīng)分配完了。
但是，由于運營商、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，在很久的一段時間內（可能幾年甚至十幾年的時間）都不用為IPv4的地址發(fā)愁。從這點來看，可能許多運營商會為IPv4的地址發(fā)愁。但是，這也只是“表面”的問題，如果運營商改進地址的分配方式，在未來的幾年中甚至更長的時間中，將不會為IPv4的地址發(fā)愁。接下來我們介紹運營商是怎么管理與分配自己手中的IPv4地址的。
對于運營商來說，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時才臨時分配一個IPv4地址，并且在斷開連接后回收這些地址供其他用戶使用。當一個運營商的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)或個人用戶越來越多時，運營商怎樣使用手中的地址，并且能滿足用戶的需要呢？我個人的觀點是，運營商并非沒有IPv4地址，而是由于管理等問題，造成了大量的IPv4地址的浪費，才造成IPv4地址的緊缺。為了說明這個問題，我們通過幾個例子進行介紹。
1 目前運營商地址規(guī)劃方法浪費了大量的地址
實例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)關是61.x.y.6。用戶同時將這個地址作為其門戶網(wǎng)站的地址（映射TCP的80端口到內部的Web服務器）。
實例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)關是219.x.y.1。
從這兩個實例來看，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，在這兩個實例中，都浪費了大量的地址。
對于實例1來說，一個相當于C類的地址池（例如本例中的61.x.y.0/24）一共有256個IP地址，但最多只能為64個單位提供接入，其浪費率是75%，這種網(wǎng)絡連接方式網(wǎng)絡拓撲如圖1所示。
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圖1 傳統(tǒng)IPv4分配方式
【說明】當子網(wǎng)掩碼是255.255.255.252時，可以將一個C類地址劃分為64位子網(wǎng)，每個子網(wǎng)有4個地址，由于每個子網(wǎng)的第1個地址作為網(wǎng)絡地址、最后1個地址作為廣播地址不能使用，運營商一端需要使用1個地址，這樣只有1個地址供用戶使用。
對于實例2來說，一個相當于C類的地址，使用子網(wǎng)掩碼255.255.255.248時，每個單位有5個可用地址，可以分配給32個單位，實際可用地址是160個，有接近一半的時候被浪費。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。
我想，如果運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”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)絡接入的用戶，在局端進行相應的修改之后，只要通知企業(yè)用戶更改自己的網(wǎng)關地址、子網(wǎng)掩碼就可以繼續(xù)使用原來的地址，而對于運營商來說，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地址基礎上，可供使用的地址以及節(jié)省的地址將大大增加。改進后的網(wǎng)絡拓撲如圖2所示。
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圖2 改進方式
改進之后可能出現(xiàn)的問題有：
（1）由于采用“交換”方式接入，這樣會導致多個用戶（如圖2中的用戶1～用戶253）在同一個子網(wǎng)，這樣用戶如果錯誤的設置IP地址，或者盜用IP地址，會造成地址沖突問題。要避免這個問題也比較簡單，可以在交換機上采用IP與MAC地址綁定的方法進行。
（2）在圖1的網(wǎng)絡中，每個用戶屬于一個網(wǎng)絡，不同的用戶之間是禁止“廣播”的，但改為圖2之后，由于多個用戶屬于同一個網(wǎng)絡，用戶之間會產(chǎn)生廣播流量。同樣，通過在交換機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動態(tài)的、合法的IP地址。實際上，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。大量寬帶用戶關心的是上網(wǎng)的速度、下載速度，從來沒有人關心自己使用的是私網(wǎng)地址還是公網(wǎng)地址，因為每少有人使用ADSL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，具體那一個我記不清了）使用的就是10.0.0.0/8的私網(wǎng)地址。計算機
從理論上計算，每個IP地址使用TCP或UDP的1～65535個端口，而每個用戶瀏覽網(wǎng)頁、下載時，最多使用200個以內的端口。從這點來計算，每個公網(wǎng)地址大約可以為300個用戶同時提供NAPT的服務。
即使用戶需要使用ADSL對外提供服務，運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，這樣相對于現(xiàn)在使用動態(tài)IP來說，對外提供的服務地址會固定（為寬帶用戶提供固定的私網(wǎng)地址并在運營商一般在公網(wǎng)地址做端口映射）。
目前，許多“小”運營商，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，中國的大學擁有大量的IPv4地址，以筆者的高校來說，目前擁有16個C類地址（202.x.192.0/20），雖然每個教職工上網(wǎng)獲取一個動態(tài)的公網(wǎng)地址，但這些地址已經(jīng)在網(wǎng)絡中心的路由器上進行了限制（只允許訪問外面、外面不能訪問內部），這些地址，從本質上來說，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根服務器都在國外，對國內的安全造成影響，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，國內的網(wǎng)站會全部癱瘓。在我看來，這些也是有點杞人憂天：
不管怎么訪問DNS，都要通過國內大運營商（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，架設國內的DNS服務器，或者提前使用DNS緩存的方式，保存DNS服務器的查詢結果，完全可以在很短的時間內再建DNS服務器。要知道，我們訪問網(wǎng)站，最終是要換成DNS域名所對應的IP地址，才能訪問網(wǎng)站的。只要網(wǎng)站存在國內，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地址的對應關系，是肯定可以訪問的！
