汪涛：超级IP协议理论基础,解密100%兼容IPv4原因

    100%兼容IPv4基础上突破IPv4地址空间限制，表面看来这几乎是一个不可能的事情，但如果对号码兼容升级的基本理论深入研究的话，这个目标不仅可以实现，而且方法远不止一个。

    号码空间问题绝不是IP地址唯一遇到的，而是编号领域非常普遍的问题。只要是号码，就肯定存在号码空间问题，当号码空间不够时需要升级也是非常普遍的。号码的升级中有三个要素会与升级的兼容性有关，分别是：号码位长、编号规则和号码分配。

    如果号码空间不足的话，必须要升位，并改变号码的位长，这是任何号码升位中都必然要遇到的。升位后的号码是否兼容原号码取决于编号规则和号码分配，而不是号码长度。只要编号规则和号码分配不变，升位后的号码就与原号码100%兼容，或者接近100%兼容。如果编号规则和号码分配发生变化，即使号码长度不变，也会与原号码不兼容。

    例如，我们现在广泛使用的电话号码就经常发生升位，但由于升位后编号规则和号码分配都没有发生变化，因此升位后的号码与原号码的兼容性是非常高的。这个升位过程主要是修改一下交换机的数据配置就可以了，绝对不会出现要将网上所有交换机和终端全部换光才能升位的事情。

    中国18位长度的第二代身份证号码升位过程，虽然与原15位的第一代证号码编号规则不完全相同，但尽可能保持了原号码编号规则及号码分配，因此兼容性也非常高。第二代身份证前6位的地区号码完全没有变化，中间时间号码第一代证是6位长度，年份是两位；二代证只是年份增长到4位，月份和日期是不变的。时间之后的3位序列号也没有改变，后面增加了1位校验码。

    从上面分析可以看出，只要编号规则和号码分配不发生变化，或者虽然有变化，但尽可能延续原有的号码规则和分配，则升位过程也非常平滑和兼容。

一般号码升位采用两种方式：

    一是通过插入方式扩展某些字段来升位。例如电话号码升位一般是区号不发生变化，仅仅在用户号码前增加1位或2位数字，或者是有些地区号码发生改变，但国家代码和用户号码不变；

    二是增加新字段，其它字段保持不变。中国第二代身份证升位过程即采用了插入（年份插入）的方法，也采用了增加新字段（增加了1位的校验位）的方法。

    对于IPv4地址来说，如果采用以上常规的两种方法是非常困难的。由于IPv4地址在位长格式上有非常严格的定义，因此只要在IPv4地址中间插入一定的字节，基本上就等于另外一个IP协议了。如果在IPv4地址上增加新的字段，也基本等于另外一个IP协议。但是，这并不意味着IPv4地址以“不改变编号规则和号码分配前提下增加位长”的目标不可能实现。

    我们发现：如果将IPv4地址整数倍地扩展，那么就完全可以实现在不改变编号规则和号码分配前提下实现IP地址的扩展。例如两个IPv4拼起来，或者3个、4个IPv4地址拼起来，这样就会形成新的号码中内部的所有片段部分都是IPv4的编号规则和号码分配，从而可以实现与IPv4最大程度的兼容。我们把这种方式称为n×IPv4（n为正整数）的升位方式。事实上，2001年，有两个科学家，叫P.Francis 和 R.Gummadi就曾提出过IPNL技术，这事实上就是2×IPv4的方式，但由于其设计依然较复杂，并没有获得大规模实用。

    当采用多个IPv4地址拼起来以后，实质上就会形成多个IPv4地址层次，超级IP技术把这叫作“层区”。其实，我们现在已经大规模商用化的NAT就已经是一种分了层区的IPv4地址。例如我们现在经常在电脑上看到的192.168.1.23这样的地址就是私网地址，它是RFC1918规定的地址。但是，由于NAT没有对每个私网区域进行编址，因此这种私网地址在端到端的通透性上是有缺陷的。现在很多网络通讯软件工程师花极大力气做的“私网穿透”软件就是为了解决这个问题，私网穿透是现在网络编程中非常著名的一个问题，只要是搞P2P编程的工程师们几乎都知道这个问题。

    如果我们利用n×IPv4理论对私网地址区进行编址，就可以即能实现对私网穿透问题的彻底解决，同时也极大地扩展了IPv4地址。

    事实上，NAT技术的引入本身就是为了解决IPv4地址不足问题的，并非只有IPv6是为了实现这个目的。相比IPv6多年的投入巨大，进展甚微，NAT技术虽然存在很大局限，但却在悄无声息之中快速普及，成为市场上的事实标准了。这表明这种“最高程度兼容现有IPv4协议基础上，以分层区的方案解决IPv4地址不足问题”的方式是有巨大的现实市场生命力的。

    超级IP协议用严格的技术语言来表达可以被称为“可伸缩的n×IPv4协议”。它解决了n×IPv4实现中的所有关键技术难题。关于这个协议具体实现的技术细节，请看下集：超级IP协议实现。

另参见:

  汪涛: 谁在拒绝IPv6？

  汪涛: 超级IP协议横空出世，IPv6进程面临彻底终止(1)

  汪涛: 超级IP协议横空出世，IPv6进程面临彻底终止(2)

  汪涛: 超级IP协议横空出世，IPv6进程面临彻底终止(3)

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