全球网络空间测绘地图研究综述

2019-05-27任国明田占奎

网络安全与数据管理 2019年5期

王永，李翔，任国明，田占奎

(1.郑州埃文计算机科技有限公司，河南郑州 450016；2.华北计算机系统工程研究所，北京 100083)

0 引言

随着计算机技术的发展，网络已经成为国家经济社会存在、运行和发展的重要基础，网络空间已经成为公认的人类生产生活的“第二类生存空间”，网络一旦受损，几乎所有的社会系统都将无法运行或发挥作用。因此，亟需对网络空间实施高效的管理、合理的资源分配以及有效的安全监测和防护[1]。

网络空间测绘地图的绘制，对政府监督部门、网络管理部门、互联网金融行业和互联网广告行业，都有着巨大的帮助，是网信行业的基础平台[2]。

本文从AS和IP两个级别详细阐述全球网络空间的资源分布情况，旨在为网络空间资源测绘理论及技术的研究和发展贡献力量。

1 全球网络空间情况

本章节从AS和IP地址两个级别详细阐述全球网络空间的情况。

1.1 全球AS网络空间资源情况

1.1.1 全球AS的国家分布情况

全球AS的国家分布情况如图1所示。国家(或地区)上方球的大小代表该国家(或地区)AS数量的多少，球越大，说明拥有的AS数量越多、网络空间建设越完善、网络越发达。

图1 全球AS的国家分布情况

从图1可以看出，1)中国大陆与美国和巴西的面积相差不大，但是巴西拥有的AS数量却大于中国大陆，美国拥有的AS数量远大于中国大陆；中国大陆的面积是印度的3倍，但是中国大陆拥有的AS数量却小于印度；中国大陆的面积远大于日本，但是中国大陆拥有的AS数量却与日本相差不大[3-4]。2)俄罗斯的面积是美国的2倍，但是其拥有的AS数量远小于美国。3)苏丹的面积比英国和日本面积都大，但是其拥有的AS数量却远小于英国和日本。

1.1.2 国家AS的直连情况

全球共有250个国家(或地区)。2019年2月份时，全球的AS数量有86 446个，拥有AS的国家(或地区)有236个；14个国家(或地区)未拥有AS。任意两个国家中的AS至少有一对AS直连，可以认为这两个国家能够相互直连。

中国大陆、美国、英国的AS直连的国家数量分别为91、206、156。图2、图3和图4分别是中国大陆、美国、英国的AS直连国家的分布情况；4张图中颜色越深表示与其连接的AS数量越多，颜色越浅表示与其连接的AS数量越少，白色表示未与其直连的国家(或地区)。

图2 中国大陆AS直连的国家

图3 美国AS直连的国家

在拥有AS的236个国家(或地区)中，中国大陆AS直连的国家最少，未覆盖的有缅甸、格陵兰和墨西哥等144个国家(或地区)，占比是61.02%，因此，中国大陆与超过半数的国家(或地区)的AS不能够直接相连。同时，中国大陆与美国的连接AS数量最多。

在拥有AS的236个国家(或地区)中，美国AS未直连的有乌兹别克斯坦、阿富汗和南苏丹等29个国家(或地区)，占比是12.29%。同时，美国与加拿大、英国和澳大利亚连接的AS数量最多。

图4 英国AS直连的国家

在拥有AS的236个国家(或地区)中，英国未直连的国家(或地区)有土库曼斯坦、格陵兰和秘鲁等79个，占比是33.47%。同时，英国与美国连接的AS数量最多。

1.1.3 AS的层次情况

全球核心骨干网由11个AS构成，如表1所示。

表1 11个全球核心骨干网

一个AS通过PC关系(Provider to Customer，即提供商到客户关系)能够达到的AS数量，为该AS所管辖的AS数量。首先，按照每个AS所管辖的AS数量对全球AS进行排名。对其中20个国家(或地区)按照排名情况进行分层，分层情况如图5所示。

图5 20个国家(或地区)分层

从图5中可以看出，1)第一层，即全球核心骨干网[5]，分别是美国、德国、瑞典和意大利。2)第二层，距离骨干网最近的是英国、新加坡、巴西和俄罗斯；印度、瑞士、日本和中国大陆处于第三层。3)苏丹、叙利亚、古巴和博茨瓦纳处于互联网末端的第六层。因此，中国大陆需加强骨干网的建设，提升在网络空间中的话语权。

1.1.4 中国大陆与“一带一路”国家的网络空间连通性

加入“一带一路”倡议的国家目前有66个，与中国大陆网络直接连接的国家有43个，与中国大陆不直接相连的国家有23个，如图6所示。

可以看出，中国大陆与相邻的塔吉克斯坦和缅甸在网络空间中也不直接连接。因此，中国大陆需要加强网络建设，丰富与“一带一路”国家网络连接的多样性，促进共同发展。

1.2 全球IP地址网络空间资源情况

1.2.1 全球IP地址分配使用状态

图7是全球42亿IP V4地址的分配使用状态[5-6]。可以看出，全球仍然有0.4亿(0.87%)的未分配IP地址、8.1亿(18.83%)的未路由IP地址和15.4亿(35.84%)的未使用IP地址。因此，除了保留5.9亿(13.80%)的IP地址外，仍然有23.9亿的IP地址还没有使用，比13.1亿(30.66%)已使用的IP地址还多了10.8亿，全球IP地址远远没有耗尽。

1.2.2 全球IP地址的国家分布情况

IP地址数量排名前五国家(或地区)的IP地址数量与其分配使用情况[7-9]如表2所示。

图6 “一带一路”国家与中国大陆的网络直连情况

图7 全球IP地址分配使用状态

序号国家(或地区)IP地址数量占全球IP地址的比例已使用IP已路由-未使用IP未路由IP1美国1 583 771 69936.88%333 502 67221.06%673 202 25342.51%577 066 77436.43%2中国大陆343 575 8968.00%141 706 54141.24%158 374 77546.10%43 494 58012.66%3日本207 970 1354.84%85 803 11741.26%87 688 13142.16%34 478 88716.58%4德国126 856 2132.95%59 061 67846.56%60 017 09647.31%7 777 4396.13%5英国12 3695 8192.88%47 398 17638.32%36 163 19329.24%40 134 45032.45%总计2 440 186 54556.82%---

表2是IP地址数量排名前五国家(或地区)的IP地址数量与其分配使用情况。从表2可以看出，美国有丰富的IP地址网络资源，它的IP地址数量约有15.84亿，占全球42亿IP地址的36.88%。中国大陆的IP地址数量约有3.4亿，占比是8.00%，排名第二。与美国相比，中国大陆的IP地址数量降低了一个量级。美国在全球网络空间中占据的IP地址网络资源最多。

美国、中国大陆、日本、德国和英国的IP地址分配使用状态如图8所示。

图8 数量排名前五国家(或地区)的IP地址分配使用状态

结合表2和图8可以看出，在IP地址数量排名前五的美国、中国大陆、日本、德国和英国中，1)在已使用IP地址的数量上，美国最多，中国大陆次之，日本和德国紧随其后，英国最少；2)在已路由-未使用IP地址和未路由IP地址的总占比上，美国最高，英国次之，日本和中国大陆紧随其后，德国最低。

因此，就IP地址资源而言，美国拥有的IP地址数量最多，并且美国的已路由-未使用和未路由的IP地址总数量和总占比都最多，说明美国为未来网络空间的发展预留了足够的空间。

2 有待进一步研究的问题

通过上述对网络空间测绘技术国内外现状研究与分析可见，当前关于网络空间测绘技术的研究已经取得了一定进展，但是，实现对网络空间资源的精确测绘，仍有一些问题亟待解决。

1)问题一：实现对实体资源的高精度地理位置映射。

服务器、路由器、网络主机等网络实体资源是网络空间资源的重要组成部分，是网络空间测绘技术关注的重要对象之一。但上述网络实体资源自身通常不具备定位功能，且无法向外界通告自身位置，其网络唯一标识IP地址也不包含位置信息。现有基于IP的网络实体定位方法虽然取得了很大进展，但高精度IP地址的位置信息及其可靠性难以保证，因此，定位精度和定位结果的可靠性仍有待提高。

2)问题二：将网络资源进行更好地可视化展示。

网络空间资源类型多样，规模庞大；地理空间和社会空间数据同样多源异构，如何将三种空间数据进行格式转换和信息融合，实现对网络空间数据、地理空间数据和社会空间数据的一体化实时动态可视化表达，并能够基于地理空间基础数据对网络节点的地理位置映射精度和可靠性进行分析，是网络空间绘制技术需要解决的问题之一。