運營商網絡結構及IP地址分配原則

2019-11-04 20:47:09

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　　一、運營商網絡結構及其特點
　　對于運營商網絡來講，由于地址分配問題只是網絡業務層面的問題，與網絡物理結構基本上沒有關系，所以這里只從業務層面來考慮網絡結構。參考業務層面網絡結構圖如下所示。
　　運營商網絡結構及IP地址分配原則

　　圖1 業務層面網絡結構圖
　　運營商的網絡一般都具有網絡規模龐大、結構復雜、用戶規模不斷發展、承載業務多種多樣、不斷進行升級改造等特點。
　　
　　1．規模龐大
　　
　　運營商網絡規模一般都比較大。像中國電信、中國網通等的網絡都覆蓋了大半個中國，中國移動、中國聯通的網絡則幾乎覆蓋了整個中國大陸，這樣的網絡規模在世界范圍內都是排在第一位的。
　　
　　2．結構復雜
　　
　　一般來講，運營商網絡包括省際和省內骨干網絡，各省內又包含許多城域網，城域網下又有許多用戶駐地網通過接入網連接進來。另外，運營商網絡還需要有互聯網出口以及和其他國內或國外運營商之間的網際連接。
　　
　　3．用戶不斷增加
　　
　　隨著經濟的發展和消費觀念的進步，用戶對數據產品的需求不斷增加，用戶數也在急劇地上升。據統計，截至2004年2月底，我國固定電話用戶數達到28108.1萬戶，移動電話用戶數達到29030.5萬戶；而寬帶用戶數量在2004年的頭第一季度中，2月比1月凈增近百萬戶，而3月比2月更是凈增140多萬戶，累計達到1399.5萬戶。另據報道，2003年底游戲用戶數量達到1900萬，2004年將達到3200萬。
　　
　　4．承載業務多種多樣
　　
　　運營商網絡承載的業務都是多種多樣的，包括語音、數據、圖像、多媒體通信與信息服務等等，幾乎囊括了所有可以想見的業務。
　　
　　5．需要不斷擴容升級
　　
　　隨著用戶規模的不斷增長，用戶對業務要求的不斷發展，運營商網絡往往會無法滿足用戶的需要，這也促使運營商不得不對其網絡進行擴容。另外，隨著競爭的逐漸加劇，也驅動著運營商不斷采用新的技術來搶占市場先機，從而對其網絡不斷地進行升級改造。
　　
　　二、運營商網絡ip地址分配的原則
　　由于運營商網絡具有上述特點，所以在進行運營商網絡IP地址分配時，應該遵循以下九大原則。
　　
　　1．自治原則
　　
　　公共互聯網絡被劃分成幾個大的自治區域，每個大自治區域中有被劃分成幾個小的自治區域。運營商的網絡也可以這樣進行治理。雖然運營商的網絡比較龐大，但是假如將整個網絡分切成小塊的網絡，每個小塊的網絡治理與網絡其他部分相對獨立，這樣治理起來就比較方便了。實際上，運營商的整個網絡相對于整個網絡世界來講就是一個小塊的網絡，這個網絡還可以依據省份劃分成各個省網，各個省網之間的網絡連接就構成了省際骨干網；每個省網又可以分成多個地市網絡，每個地市網絡可以形成一個城域網，各城域網之間相互連接就構成了省內骨干網；用戶駐地網可以通過各種各樣的接入方式連接到城域網邊緣的匯聚點上。這樣，我們可以將運營商的網絡劃分成等級不同的自治網絡——省網、城域網、用戶駐地網等，這樣治理起來就比較方便了。對于較大的省網、城域網和用戶駐地網等網絡內部的地址分配，也可以按照這種方法劃分成多個小區域。
　　
　　2．順序原則
　　
　　按照自治原則將網絡進行邏輯劃分后，就可以根據地域、設備分布及區域內用戶數量來進行子網規劃。這樣就充分考慮了網絡層次和路由協議的規劃，通過聚合網絡減少網絡中路由的數目和地址維護的數量，充分體現了分層治理的思想。同時，IP地址規劃要和網絡層次規劃、路由協議規劃、流量規劃等結合起來考慮。在進行地址分配時，為了提高地址分配效率和地址利用率，最好按照一定的順序進行。選擇的順序可以是自上而下的順序，也可以是自下而上的順序，還可以是二者結合使用。
　　
　　3．可持續發展原則
　　
　　由于網絡用戶數持續高速增長，全國性大集團性用戶不斷增加，再加上政府上網工程和電子商務的全面啟動，電信網絡所要承載的業務量和業務種類越來越多，這使得電信網絡需要頻頻進行技術升級、改造和擴容。所以，在進行地址分配時必須要從分考慮到這些因素，為網絡的每個部分留有部分地址冗余，這樣才能保證網絡的可持續發展。
　　
　　4．可聚合原則
　　
　　互聯網日新月異的發展和日益龐大的規模令當初設計互聯網絡的專家始料不及。在路由表的急劇膨脹情況下，可聚合原則是網絡地址分配時所必須遵守的最高原則。原因有以下兩個方面。第一，根據IPv4地址的三種主要類型來分配地址已經造成了互聯網絡地址資源的嚴重浪費，A類地址已經分配殆盡，很快B類地址也將耗盡，目前正在進行C類網絡地址的分配。路由表在IP地址分配基本單位逐漸減小的情況下，正變得越來越大。第二，IPv6地址與IPv4地址在較長的時間之內還要共存，這使得網絡不僅要承擔原本就非常龐大的IPv4路由，還要額外承擔新增加的IPv6。而且由于IPv6地址空間非常龐大，假如規劃不好，其路由條目也可能會非常龐大，而且還會以較高的速度急劇增長。可聚合原則要求我們在進行地址規劃時，應提供足夠的路由冗余功能。
　　
　　5．與過渡技術相結合原則
　　
　　由于現在網絡要由IPv4向IPv6過渡，而每種過渡技術對網絡又有不同的要求，因此在地址分配時要充分考慮到所使用過渡技術的特點。實際上，每一種過渡技術都有其非凡的地址使用要求。在使用6to4過渡技術時，就一定要為該6to4網絡分配以2002開頭的IPv6地址；在配置自動隧道時，要求執行隧道功能的節點的IPv6地址為IPv4兼容地址等。
　　
　　6．靜態分配與動態分配相結合原則
　　
　　既然地址有限，而且網絡地址治理又是一個非常單調且復雜的工作，為了節約地址和減少網絡維護治理的工作量，在地址分配時需要采用靜態分配與動態分配相結合的方法。假如某些設備必須要有固定的地址，可以分配給它們固定的地址；假如沒有必要使用固定地址，則可以使用動態分配（包括有狀態自動配置和無狀態自動配置）的方法。但是，由于動態編址的一個最大缺點是外界無法找到某臺具體的主機，假如想給外界提供某項網絡服務，就不能實現了。所以，在使用動態編址技術時，有時還需要采用混合方法進行地址分配，也就是讓多數用戶用動態地址而一小部分用戶用靜態地址，或者說為服務器等為外界提供網絡服務的設施分配靜態地址，而其他人則分配給動態地址。
　　
　　7．公網地址與私網地址相結合原則
　　
　　可用的公網地址數量究竟有限，而可用的私網地址數量卻非常多，是解決地址數量不足的良方之一。
　　
　　8．盡量節約IPv4地址的使用
　　
　　由于IPv4地址較少，所以對于IPv4地址的使用需要格外節約。IPv4地址的節約可以通過動態編址技術和NAT技術來實現。
　　
　　動態編址技術可以通過DHCP來實現。當一個設備連接到網絡時，該設備會向DHCP服務器申請租借IP地址。當該設備與網絡斷開連接時，就會放棄剛才所租借的IP地址，DHCP服務器就可以把該IP地址分配給其他設備了。
　　
　　NAT技術是節約地址的非常有效的方法之一，它通過使用私有地址來節約公有地址的使用。一般采用私有地址的本地網有兩種方案。一種是整個本地網都采用私有地址，在本地出口處實現NAT；另外一種是本地網的骨干層采用公有地址，商業區或企業采用公有地址，住宅小區采用私有地址，小區通過NAT接入到本地網。這兩種方法都有其各自的缺點。第一種方法的缺點是出口NAT性能要求較高，本地網提供對外的服務網站較困難，企業上網要經過兩次NAT等；第二種方法的缺點是小區用戶訪問城域服務需要通過NAT，影響寬帶增值業務的開展，使寬帶網喪失寬帶的優勢，并且需要較多的NAT設備，成本較高，維護困難。近來又有人提出了混合地址解決方案，其基本思想是，本地網內公有地址和私有地址完全混合使用，內部公有地址和私有地址之間不做地址轉換，本地網的路由設備不區分公有、私有地址，同時支持公有、私有地址路由；網絡出口采用混合地址交換路由器進行地址轉換，僅僅對私有地址數據報文進行地址轉換，公有地址報文按正常路由轉發；小區個人用戶寬帶接入分配私有地址，如個別用戶非凡需要，也可以通過隧道撥號方式獲得公有地址；企業用戶分配公有地址，企業內部一般已經采用私有地址建立內部網，并通過NAT設備接入互聯網；本地數據中心的服務器分配公有地址；對于較大的城市或地區，整個地區的私有地址還是統一編址，實現NAT功能和混合地址交換功能的路由器可以放在網絡匯聚層，并對數據報文進行有選擇地址轉換。這種解決方案與前兩種方案相比具有明顯的優點。第一，解決寬帶接入小區占用大量地址問題，緩解地址資源不夠的壓力；第二，用私有地址的個人用戶訪問城域服務，不必經過NAT，因此在城域范圍內，VoIP、網絡會議等增值業務不會受到NAT的限制；第三，城域內可以提供對外部Internet的服務，也不受NAT的限制；第四，企業用戶上網不必通過兩次NAT，企業網出口一般采用代理實現地址轉換，城域出口對已經做了地址轉換的報文不再做轉換處理；第五，采用混合地址交換路由器實現地址轉換，可以配置轉換策略，控制靈活。而且僅對部分報文進行轉換，性能較高。
　　
　　9．盡量使用IPv6地址
　　
　　盡管IPv4網絡規模非常強大，但是IPv6取代IPv4是遲早的事，因此在地址規劃時假如能夠使用IPv6地址，最好使用IPv6地址。
　　
　　三、結論
　　運營商網絡具有規模龐大、結構復雜、用戶不斷增加、需要不斷擴容升級等特點，這就要求在進行地址分配時，需要進行仔細規劃，遵循上述地址分配九大原則，才能使得網絡穩定、高效地運行，走上可持續發展之路。

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