IP地址對IP網絡的影響

追溯至70年代后期、80年代初期，IP剛誕生的時候，幾乎無人想到IP和Internet會發展為上萬個不同網絡、數千萬個主機的規模。在描述早期IP實現的文檔RFC814(名字、地址、端口和路由)中，只使用了32位地址中的8位來標識網絡。即，這些互聯網絡最多只支持256個網絡。即使較復雜的實現也使用比較簡單的尋址機制，即單個網絡使用一個選路表項來指定，每個網絡內部的單個主機使用一個主機表項來指定。

主機名和網絡域名與主機地址和網絡地址是通過簡單的表鏈接到一起的。如果一個主機的網絡地址改變了，例如由于網絡重構而導致地址變化，就必須更新相關的表。如果一個網絡域的地址改變，也必須更新選路表。主機地址的變化只需要在主機所在的域內進行更新，而網絡地址的變化還需要對外部路由器的表進行更新。通過使用域名系統(DNS)服務器可以簡化這種情形，而DNS還有待充分地規范和實現。在DNS的支持下，節點可訪問DNS服務器以查詢與主機名字相對應的網絡地址。因此應用程序無需考慮IP地址，除非主機名所對應的IP地址可能改變。

然而，使用IP地址作為主機或節點的全球唯一標識已經有很長的歷史，而且暫時還很穩定。即，不僅每個IP主機和網絡都是通過唯一地址標識的，而且在一段時間內，該地址將保持不變。直到90年代中期，這種方案的效果一直很好。當Internet作為一種通信媒體，大規模地提供給各機構和個人訪問，如同使用電信業務一樣，此時IP地址的使用和分發也隨之發生了變化。此前，大多數使用IP和Internet的公司直接向負責編址的授權機構申請網絡地址和網絡域，直接負責自己的Internet(或Internet的前身，如NSFNet或ARPANet)連接，或與某些專業網絡廠商(如Bolt，Beranek和Newman，即BBN)合作負責。

但是，當Internet進入商用之后，情況就發生了變化。尤其是隨著負責編址的授權機構對地址進行嚴格管理，單獨的機構不再直接控制其IP地址。這些授權機構把編址任務交給ISP來代理，并且與CIDR共同使用，這樣就可以對路由進行集聚。由于選路表的膨脹，集聚路由成為一個重要特性。

這種趨勢導致IP尋址發生了巨大變化。首先，若一個機構改變了其ISP，可能必須要隨之改變其網絡地址。其次，由于對IP地址的控制更加嚴格，一個有500個節點的機構可能只能得到255個節點的地址空間。本章將介紹一些與IP尋址機制相關的IP尋址分支，以及這些分支與IPv6選路的關系。

標識符和定位符

RFC2101(目前IPv4地址行為)發布于1997年2月，該文檔描述了IPv4地址的使用如何隨時間的推移而變化。它的要點在于對標識符和定位符的使用進行了區分。文檔中將標識符定義為“兩臺主機的通信會話的整個生存期內使用的位串，用于對其中一臺主機相對于另一臺進行標識”。即，在用于Internet通信時，標識符看起來類似源主機的IP地址。而定位符被定義為“用于對某個特定包必須交付的位置進行標識的位串，例如它可用于在Internet拓撲中對目的主機所連接的位置進行定位”。即，定位符看起來類似目的主機的IP地址。

因此，標識符用于標識源端，而定位符用于標識目的端。這樣做很直觀，也很合理，主機IP地址既可以用作標識符，也可用作定位符。但是給予定位功能(即發現目的地)的優先權高于標識功能(即了解數據的源頭)。即，與能夠準確了解包的源頭卻不能交付該包相比，能夠首先交付包然后再找出其源頭更重要。

RFC2101的作者指出，對于標識符和定位符的要求有兩個重要區別：一是唯一性，二是持久性。

首先討論唯一性。對于通信節點雙方來說，標識符必須是唯一的，即各節點之間進行通信時，其標識符都必須唯一。有唯一合法IP地址的主機能夠通過識別有唯一合法IP地址的任何其他主機，且連接到同一個互聯網的所有此類主機都是唯一的。而另一方面，對于相互通信的路由器而言，定位符僅在某些情況下要求是唯一的。即，在同一選路域內，定位符必須唯一，但在不同的選路域內，定位符可以重疊。例如，一個路由器可以將10號網絡連接到其他網絡，但不能將兩個或多個10號網絡互相連接，否則即使規范沒有禁止轉發10號網絡的包，路由器也不知道該向哪條鏈路上發送目的地址為10號網絡的包。

現在考慮持久性。標識符的生存期要比定位符長。標識符至少要保持到兩個節點間的通信結束。如果在通信過程中，一個節點的標識符有所改變，另一個節點則無法對后續包正確尋址。而另一方面，定位符只在相關的選路機制需要時才起作用。即，對于在節點通信過程中定位符改變的情況，路由器有能力進行處理。

目前，盡管定位符和標識符大多來源于節點的IPv4地址，但兩者還是有不同的屬性，且其理想化特性不同而且不一致。例如，理想的標識符只在節點初次安裝到網絡上時分配一次，其后永遠不變。理想的標識符與一個節點相捆綁，并且只捆綁到一個節點，不能再重新使用或重新分配，這樣就可以一直將該標識符與該節點相鏈接，而不會鏈接到其他節點?？傊畼俗R符的功能是將節點作為數據源進行標識。

而另一方面，定位符用于確定包必須向何處發送，它不需要持續很長時間，但是它應該描述在網絡拓撲中節點實際所處的位置。這樣，如果主機在網絡拓撲中的位置由于某種原因而改變，定位符也隨之改變。例如，如果主機從一個網絡中遷移到另一個網絡中，在理想情況下，其定位符應該改變。同樣，如果主機所連接的網絡重新編號，主機的定位符也隨之變化。

RFC2101的作者已注意到，不論作為定位符或標識符，IP地址都不理想。由于IP地址不再是全球唯一的，例如網絡號10代表了共享同一網絡和主機地址的相當大一部分IP節點，因此它不是理想的標識符。同時IP地址缺乏持久性的情況越來越多，因此它更不適合作為標識符。對于依靠DHCP來分配臨時IP地址的網絡，今天這個IP地址由一個節點使用，明天可能由另一個節點使用。

同樣，IP地址作為定位符也有其不足。其一，網絡號10無法說明此節點在互聯網中的位置。其二，由于歷史原因，網絡地址無法說明該網絡與其他網絡的位置關系。當然隨著越來越多的網絡路由使用CIDR進行集聚，這種情況發生了一些變化。某一CIDR塊內的網絡地址通常由負責該塊的機構來處理。但是，對于B類網絡，或在CIDR廣泛應用之前已分配地址的網絡，其地址無法說明此網絡在Internet中的位置。其三，如果改變ISP，網絡拓撲隨之發生變化，但是除非該機構對網絡重新編號，否則網絡地址無法反映這種拓撲的變化，而重新編號又使IP地址作為標識符的穩定性受到影響。

地址分配、無縫互操作和網絡拓撲

RFC2008(Internet選路的不同地址分配策略的含義)發布于1996年10月，該文檔提出了有關IP選路的一些問題，并描述了地址分配的“當前最好慣例”。此文檔的基本前提是對“地址借出”方法的研究，相對于傳統的“地址所有權”方法，該方法極大地改善了性能和擴展性。

換言之，該RFC鼓勵能夠采用地址借出方法的機構使用由其ISP分配的IP地址，一旦機構改變其ISP，地址也要隨之變化。這意味著該機構是向ISP暫借其IP地址，而ISP負責為客戶集聚業務。通過集聚，ISP只需維護更少的路由，且Internet的整個擴展性得以改善。但是，集聚也意味著如果機構決定改變ISP，就必須改變其IP地址，以便新的ISP可以對其路由進行集聚。
另一種方法—地址所有權方法導致了地址表的急劇膨脹。但數據流是由其他節點導向一個特定的IP地址時，即在使用IP地址作為標識符時，IP地址還是有很好的實用價值。

然而，使用IP地址作為標識符將導致很多問題。首先，在處理網絡業務、升級或改變節點功能方面，用戶因此損失了相當多的靈活性。使用DNS，用戶可以將一個邏輯名字(如www.loshin.com)捆綁到一個地址，該地址可能隨時間變化。例如，用戶很容易將其web站點的捆綁從已過時的80486微機上移到第三方web呈現供應商所運行的高端SMP服務器上，用戶只需將其邏輯名的DNS映射從一個IP地址改變為另一個IP地址。

靈活性的用途很大。在上例中，Internet呈現供應商需要將用戶的域名映射為自己服務器的IP地址，需要為用戶個人系統分配新的主機名。更重要的是，必須要求IP應用程序只使用邏輯節點名，而不能使用IP地址，這樣這些應用才能在IPv4和IPv6鏈路上無縫互操作。如果應用程序只涉及邏輯節點名，就可以采用其他方法來實現節點名和節點地址的映射。有關取決于IPv6的協議這方面及其他方面的論題將在第10章討論。

使用地址借出方法的最大優點是IP地址可以反映出網絡拓撲。在圖8-1中，ISPB為Acme公司分配了一個網絡地址，這樣該公司就可以通過ISPB連接到ISPQ，再通過ISPZ連接到Internet。如果所有的IP地址都借給用戶，網絡的性能和可擴展性就可以獲得顯著提高。對于要發送給Acme公司的包，圖中的源節點知道首先要選路到ISPZ，對于鏈接到ISPZ左邊的所有網絡，都使用該路由。如圖所示，在ISPZ只有三條路由，分別連接到其客戶ISPP、ISPQ和ISPR。同樣，ISPQ也只需要有三條路由，分別連接到其客戶ISPA、ISPB和ISPC。

Acme公司從ISPB借用IP地址，如果改變ISP，就必須重新編號。例如，該公司認為ISPA能提供更好的服務且價格更低。此時，ISPQ就必須改變其選路表以呈現Acme公司的新地址，但是對于已經向Acme公司發送的包，更高層的ISP和Internet內另一側的路由器仍然通過ISPZ進行選路。Acme公司可以決定自己需要只來自上一層ISP的高層服務，此時需要改變更多的路由。但是，該公司應該注意到地址借出能夠顯著改善擴展能力和性能，代價是一旦改變ISP，或其ISP改變了上級ISP，就必須對該公司的網絡重新進行編號。RFC2008的作者指出如果使用某種NAT或應用網關，可以無需對內部主機重新編號。他們還指出，集聚和地址借出的目的不應是構造盡可能小的選路表，而應是減緩現有選路表的增長速度，以確保額外的增長不會影響到選路的性能。

IP路由集聚和地址借出使IP地址能反映Internet拓撲

此出提出的問題和IPv4尋址機制密切相關，但是這些RFC的寫作都是以向IPv6升級為前提的，指出IPv4的可以改進之處有助于說明IPv6尋址從何處及如何改進。

原文轉自：http://www.kjueaiud.com