港口管理與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源的探討

摘要：Internet以及大量的LAN均使用TCP/IP協(xié)議作為通信協(xié)議，而當(dāng)前IP協(xié)議的版本主要是IPv4。IPv4自身存在某些缺陷需要更新?lián)Q代，突出表現(xiàn)在地址即將耗盡。本文主要論述了IPv4的缺點(diǎn)、IPv6的特點(diǎn)，以及IPv4向IPv6過渡的問題，以便更好的為港口管理現(xiàn)代化服務(wù)。
關(guān)鍵詞：IPv4  IPv6  地址  網(wǎng)絡(luò)
        現(xiàn)代社會(huì)被認(rèn)為進(jìn)入了信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)應(yīng)用深入到了社會(huì)的各個(gè)方面，網(wǎng)絡(luò)在港口管理中的應(yīng)用也日益廣泛。但同時(shí)，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)資源也近為枯竭，這對(duì)計(jì)算機(jī)在港口管理或其他方面的應(yīng)用產(chǎn)生了直接影響，所以，較為充分的挖掘計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)資源迫在眉睫，這樣也可以為港口管理提供更專業(yè)的服務(wù)。
        一、IPv4的缺點(diǎn)
        1.IPv4的地址資源近為枯竭
        在IPv4協(xié)議中，32個(gè)二進(jìn)制數(shù)位用來表示IP地址的長(zhǎng)度。同時(shí)，IP地址可以大致的分為三類：A、B、C類分別適用于大型企業(yè)、中型企業(yè)和小型企業(yè)。其地址可以區(qū)分的網(wǎng)絡(luò)數(shù)量分別為128、16384、2097152，而在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，可容納的主機(jī)數(shù)量分別為16777216、65536、256。
        早期的IP地址分配，由于一個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)只能標(biāo)識(shí)254個(gè)主機(jī)，而大多數(shù)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)數(shù)量都遠(yuǎn)多于254，因此，不得不為他們分配B類地址。這不僅造成了IP地址資源的極大浪費(fèi)，也使得B類地址面臨同樣被分配殆盡的危險(xiǎn)。
        2.IPv4的路由選擇問題
        在Internet上傳輸?shù)腎Pv4分組必須從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由選擇到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)以到達(dá)其目的地。問題在于路由表的長(zhǎng)度將隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)量的增加而變長(zhǎng)。而路由表越長(zhǎng)，路由器在表中查詢正確路由的時(shí)間就越長(zhǎng)，使得路由選擇效率日益低下。這個(gè)問題比地址資源枯竭更加制約了互聯(lián)網(wǎng)的增長(zhǎng)。
        3.性能方面有優(yōu)化余地
        最初的IPv4，旨在尋找最優(yōu)的方法進(jìn)行可靠、高效的異種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，使得不同的計(jì)算機(jī)和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)互操作。但實(shí)際上IPv4在諸多地方都可以進(jìn)行性能上的優(yōu)化和改進(jìn)，如關(guān)于最大傳輸單元的設(shè)定、IP頭的設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)和使用、IP選項(xiàng)的應(yīng)用等都有優(yōu)化的余地。
        4.安全性有待改進(jìn)
        隨著虛擬專用網(wǎng)軟件和硬件產(chǎn)品的引入，拓寬了原有的安全隧道協(xié)議及機(jī)制，也使得IP安全性的問題日益暴露。如加密在應(yīng)用層中進(jìn)行，則公開了很多信息。因?yàn)閰⑴c處理的一些進(jìn)程及系統(tǒng)的相關(guān)信息會(huì)通過攜帶它的IP數(shù)據(jù)被泄露，雖然應(yīng)用層數(shù)據(jù)其本身已被加密。
        5.移動(dòng)性及管理支持
        在早期的Internet中，多數(shù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是通過靜態(tài)連接實(shí)現(xiàn)與Internet的互連，極少改變。而由于現(xiàn)實(shí)中的工作及計(jì)算機(jī)的移動(dòng)性越來越強(qiáng)，其相應(yīng)的要求也越來越高。雖然IPv4也根據(jù)現(xiàn)實(shí)的需求做出了一些改變，但事實(shí)上，IPv4是不具備支持移動(dòng)性和網(wǎng)絡(luò)管理能力的，在其基礎(chǔ)上的各種努力也是徒然。
        6.IPv4選項(xiàng)的問題
        由于IPv4頭中有一個(gè)可變長(zhǎng)的、用于說明特殊功能的選項(xiàng)字段，但很多的數(shù)據(jù)包又不支持IP選項(xiàng)，路由器通常會(huì)把這些數(shù)據(jù)包當(dāng)做無法識(shí)別的特例進(jìn)行擱置，只有在對(duì)路由器總體性能沒有什么影響才加以識(shí)別和處理。因此，IPv4選項(xiàng)對(duì)性能的較大影響，使它們的使用也受到較大影響。
        二、IPv6的特點(diǎn)
        IPv6相比于IPv4的改進(jìn)主要可以體現(xiàn)在以下五個(gè)方面：
        1.擴(kuò)展地址
        IPv6與IPv4有不同的地址格式。IPv6的一個(gè)IP地址由8個(gè)地址節(jié)構(gòu)成，每節(jié)包含16個(gè)地址位，用4個(gè)十六進(jìn)制數(shù)表示，并用冒號(hào)來分隔節(jié)與節(jié)。除了128位的地址資源空間，IPv6還有一種稱為可聚合全局單點(diǎn)廣播的地址，這是一種具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的地址，專門為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信設(shè)計(jì)。 
        IPv6地址用128位的標(biāo)識(shí)符指定接口和接口組。它的地址類型可以分為三種：?jiǎn)尾ィㄒ粋�(gè)單接口有一個(gè)相應(yīng)的標(biāo)識(shí)符）、任意播送（一般屬于不同節(jié)點(diǎn)的一組接口有一個(gè)標(biāo)識(shí)符）、多點(diǎn)播送（一般屬于不同節(jié)點(diǎn)的一組接口有一個(gè)標(biāo)識(shí)符）。IPv6的地址結(jié)構(gòu)中除了把32位地址空間擴(kuò)展到了128位外，還調(diào)整了IP主機(jī)可能獲得的不同類型的地址。如IPv6用任意點(diǎn)播地址取代了廣播地址。
        2.簡(jiǎn)化頭格式
        IPv6中包含有8個(gè)字段（其中兩個(gè)是源地址和目的地址），總長(zhǎng)為40字節(jié)。而IPv4中，包含選項(xiàng)時(shí)長(zhǎng)度可達(dá)到60字節(jié)，長(zhǎng)度沒有選項(xiàng)時(shí)則為20字節(jié)，但至少有12個(gè)不同字段。IPv6通過使用如固定格式包頭、減少需檢查和處理字段的數(shù)量等方法，使其有更高的選路效率。而所有包頭長(zhǎng)度的統(tǒng)一也使得包頭更為簡(jiǎn)化，改變了IP的某些工作方式，包頭長(zhǎng)度字段也不再需要。
        3.更支持?jǐn)U展和選項(xiàng)
        在IPv4中可以在IP頭的尾部加入選項(xiàng)，但Pv6中在單獨(dú)的擴(kuò)展頭中加入選項(xiàng)。這樣，只有在必要時(shí)，才會(huì)對(duì)選項(xiàng)頭進(jìn)行檢查和處理。
        IPv6中對(duì)多種不同的擴(kuò)展頭標(biāo)都進(jìn)行了規(guī)范的定義，表明它們應(yīng)由下一個(gè)頭標(biāo)域的值來標(biāo)識(shí)，并且每種的頭部都應(yīng)該是可選的，只有當(dāng)多于一種頭部出現(xiàn)時(shí)，它們才必須在固有頭部后面緊挨的位置。同時(shí)，擴(kuò)展頭標(biāo)應(yīng)加在IP分組的基本頭標(biāo)之后，這是對(duì)擴(kuò)展頭標(biāo)進(jìn)行的特殊處理。
        4.流標(biāo)識(shí)
        在IPv4中，對(duì)所有包大致同等對(duì)待，這意味著每個(gè)包都是由中間路由器按照自己的方式來處理的。路由器并不能具體記錄對(duì)將來的包如何進(jìn)行處理，因?yàn)槠洳⒉桓�蹤隨機(jī)的兩臺(tái)主機(jī)間所發(fā)送的包。但在IPv6中，實(shí)現(xiàn)了流的概念，從而使中間路由器對(duì)這些包進(jìn)行特殊處理成為可能。其中，流指的是從一個(gè)特定源向一個(gè)特定目的地發(fā)送的包序列。
    5.安全性能的提高
        IPv6用兩種安全性拓展實(shí)現(xiàn)安全性能的提高：IP身份驗(yàn)證頭和IP封裝安全性凈荷。身份驗(yàn)證是通過報(bào)文摘要功能來實(shí)現(xiàn)的，它對(duì)包的安全可靠性進(jìn)行檢查和計(jì)算。而封裝安全性則通過加密IP包的凈荷，或加密整個(gè)IP包，之后以隧道方式在Internet上進(jìn)行傳輸，以實(shí)現(xiàn)安全機(jī)制。
        三、IPv4向IPv6的過渡
        作為新一代IP協(xié)議，IPv6的根本目的是取代IPv4。但是在IPv6完全取代IPv4之前，將不可避免地會(huì)存在一個(gè)雙協(xié)議共存時(shí)期。如何協(xié)調(diào)兩者的共存互通，是一個(gè)重要問題。
        1.雙協(xié)議棧
        雙協(xié)議棧對(duì)網(wǎng)絡(luò)端來說，是訪問IPv6及IPv4服務(wù)的關(guān)鍵。同時(shí)，移動(dòng)終端在沒有翻譯器的網(wǎng)絡(luò)中，想要同時(shí)訪問IPv6和IPv4服務(wù)，必須采用雙協(xié)議棧才能做到。運(yùn)營(yíng)商也應(yīng)該將其網(wǎng)絡(luò)中的邊緣路由器變成雙棧路由器。
        2.隧道技術(shù)
        隧道技術(shù)即傳輸方在IPv4的包里封裝IPv6，并在目的地將IPv4解封，獲得相應(yīng)的IPv6包。
        3.翻譯器技術(shù)
        與IPv4中的網(wǎng)絡(luò)地址翻譯相似，翻譯器經(jīng)常破壞端到端的服務(wù)，并且經(jīng)常使網(wǎng)絡(luò)潛在的單點(diǎn)失效。所以，在用翻譯器之前應(yīng)該對(duì)終端透明，并經(jīng)過慎重的度量，要不然，就需要修改相應(yīng)的翻譯器。
        四、結(jié)語
        IPv4面臨的一系列問題隨著計(jì)算機(jī)的普及和用戶人數(shù)的增加日益突出，最明顯的應(yīng)該是IP地址資源的殆盡，還有一些其它方面的問題，如性能及安全性問題、路電器選擇效率低下問題、IP選項(xiàng)的支持問題、移動(dòng)性和網(wǎng)絡(luò)管理能力的支持問題等。同時(shí)，IPv6對(duì)IPv4在多個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)，如地址的拓展、頭格式的簡(jiǎn)化、支持?jǐn)U展和選預(yù)，身份驗(yàn)和保密和流標(biāo)識(shí)等。所以，用IPv6逐步取代IPv4而成為通用的網(wǎng)絡(luò)層通訊協(xié)議，能大大優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源，從而更好地為港口管理現(xiàn)代化服務(wù)。
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