CN101277309A

CN101277309A - 一种ip地址系统及在其中建立用户间通信连接的方法

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Publication number: CN101277309A
Application number: CNA2007100737412A
Authority: CN
Inventors: 汪涛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: CN101277309B

Abstract

本发明涉及一种IP地址系统及在其中建立用户间通信连接的方法。该系统将IP网络划分为多个可持续扩展的IP层级，每个IP层级包括至少一个元IP地址区，各元IP地址间通过归属关系形成树形的结构，树根只有一个，即为处于C1层的元IP地址区；位于C1层的元IP地址区包括UNS服务层。当主叫UNS用户发起呼叫请求时，可通过UNS服务层发现其超级传输路径，将该路径封装到超级传输协议中，接着可建立任意元IP地址区用户之间的呼叫。此外，该系统可对应等效为无限大的IP地址空间，从根本上解决了IPv4地址匮乏的问题。本发明可100％兼容现有IPv4地址系统，接近100％地兼容现有传输层协议和其它协议，商业应用成本极低，可实现完全平滑过渡。

Description

一种IP地址系统及在其中建立用户间通信连接的方法

技术领域

本发明涉及IP网络技术领域，更具体地说，涉及一种基于用户名系统(UserName System，简称UNS)和超级传输协议(Super Transfer Control Protocol，简称STCP)的IP地址系统及在该系统中建立用户间通信连接的方法。

背景技术

随着计算机和通信技术的飞速发展，在未来的网络层采用全IP(InternetProtocol，网际协议)技术已经是各界公认的结论。IP技术最大的特点是实现了业务与网络的分离，这正是未来网络发展所必须具备的关键特点。在IP网络中，IP地址是实现路由和寻址的一个关键因素。然而，由于IPv4本身地址空间有限且分配不均，随着互联网用户的飞速发展，IP地址空间匮乏情况越来越严重，IPv4地址空间耗尽是目前面临的一个非常迫切的问题。

目前解决IPv4地址空间耗尽这个问题有两种方法：一种是长期的方法；另一种是短期的方法。对于长期的方法就是：采用新的地址空间更大的IP地址协议，目前主要是IPv6协议。但是，如果采用全新的IPv6协议，那么与现有的IPv4地址不能直接兼容，需要全世界的路由器全部升级，这是一个非常困难的问题。而对于短期方法的基本思想大致分为三个发展阶段：

第一阶段，提高地址分配效率，引入子网、超网等技术，无类别域间路由选择(Classless and Subnet Address Extensions and Supernetting，简称CIDR)参见RFC1519，这种方法是通过改进IP地址类别表达，从而减少因A、B、C三类地址之间过大的容量差别而带来的地址浪费。

这种方法的好处就是增加的地址与已有的IPv4地址在使用上没有任何区别，但缺点在于仅仅是减少IPv4地址的浪费，并不能带来地址空间实质性的增加，对解决IPv4地址空间耗尽这个问题的帮助有限。

第二阶段，通过NAT方法实现地址重复使用，参见RFC1631。这种方法是通过选取一些只在私网(Stub Domain)中使用的地址，组建成封闭的私网。私网中的IP地址可以在其他私网中重复使用。当私网的数据包传到公网时，在边界上把它翻译成一个公网的地址，这些公网的地址是可以动态地表达私网中不同的IP地址，从而实现地址的动态重复使用。

第三阶段，利用IP地址的端口进行私网地址映射NAPT，参见RFC3022，当这些私网用户在访问公网时，一般采用网络地址转换(NAT)+动态的端口转换(PAT)技术来解决地址转换问题。当私网内部设备试图访问外部网络时，NAT技术可将其私有的IP地址转换成合法的IP地址。PAT技术可解决合法IP地址紧缺的问题，PAT将私有地址+TCP/UDP端口转换并为一个合法地址+一个TCP/UDP端口，这样可有多个私有地址映射为一个合法地址，用不同的TCP/UDP端口进行区分。NAT与PAT通常被同时使用，称为网络地址端口转换(NAPT)。

这种方法也就是将边界上承担映射的公网IP地址端口映射为私网里的某个套接字(IP地址+Port)，从而使边界上单个公网IP地址可同时表达多个私网的IP地址，使得地址重复使用能力大为增加，目前私网主要倾向采用NAPT方式。

上述第二阶段、第三阶段所述的方法中，NAT和NAPT可极大提高IP地址的重用能力，特别是NAPT可在一个IP地址上产生大量新的IP地址空间，事实上已经具备了地址扩展功能，从而根本上突破IPv4地址空间限制的潜力。但是NAPT也存在一些缺陷：首先，动态的NAPT表可能很大，从而影响性能，特别是当地址扩展的倍数越高时，NAPT地址表会成比例地扩大，这样对地址扩展的倍数会带来很大的限制；其次，由于端口号采用2个字节表示，最大空间为65535，从而使IPv4地址扩展的倍数从根本上受到TCP端口最大容量的限制。

另外，还有一个更为关键的问题是：一般情况下，私网地址只具有单向的可访问性，即只能从私网呼叫公网，而不能反过来从公网呼叫私网。同样地，不同私网之间的呼叫也受到限制。这在根本上改变了IP地址端到端可访问的本质特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述IP地址空间不足，无法在任意用户间直接建立通信连接的缺陷，提供一种简单方便的、100％兼容IPv4协议、且可无限扩展IPv4地址空间的IP地址系统，以及在该系统中建立任意两个用户间的通信连接的方法。

本发明一方面构造一种基于用户名系统和超级传输协议的IP地址系统，其中包括IP网络，所述IP网络包括至少两个IP层级，所述IP层级可根据需要持续扩展；每个所述IP层级包括至少一个元IP地址区，各元IP地址间通过归属关系形成树形的结构，树根只有一个，即为处于C1层的元IP地址区；位于C1层的元IP地址区包括用户名系统服务层。

在本发明所述的IP地址系统中，所述元IP地址区为具有统一编址的IP网络区域；在元IP地址区内，所有IP地址是唯一的，且采用统一的IP地址结构；各个元IP地址区的IP地址位长相同、但允许地址结构不同。

在本发明所述的IP地址系统中，所述元IP地址区间的连接处为元网关，同一个所述元网关的IP地址相同。

在本发明所述的IP地址系统中，所述归属关系包括直接归属关系和间接归属关系；所述直接归属关系是指与其归属的元IP地址区差一个层级，通过元网关直接连接的归属关系；所述间接归属关系是相差超过一个层级，通过中间的直接归属元IP地址区建立的归属关系。

在本发明所述的IP地址系统中，各个C1层以下IP层级中的元IP地址区，与其直接归属的上层元IP地址区之间的元网关IP地址，其中之一被称为该元IP地址区的子编号；各个元IP地址区的子编号加上其直接归属和所有直到C1层的间接归属的元IP地址区子编号为该元IP地址区的编号；元IP地址区之间的归属路径是指所有需要穿过的元IP地址区的子编号对应的元网关IP地址的连接路径。

在本发明所述的IP地址系统中，所述元IP地址区间还包括横向连接和斜向连接，所述横向连接是指同一层级的不同元IP地址区之间的非归属连接，所述斜向连接是指不同层级的不同元IP地址区之间的不具有间接归属关系的直接连接。

本发明另一方面还提供了一种在上述IP地址系统中建立用户间通信连接的方法，其中包括以下步骤：(a)主叫用户名系统用户通过用户名系统服务层向被叫用户名系统用户发起呼叫请求；(b)用户名系统服务层向主叫用户名系统用户返回：从主叫用户名系统用户终端到被叫用户名系统用户终端，所需要穿过的所有元网关IP地址的超级传输路径；(c)建立主叫用户名系统用户和被叫用户名系统用户之间的通信。

在本发明所述的方法中，所述步骤(c)中包括：(c1)将步骤(b)中得到的超级传输路径，按照IP包传递的路径次序封装在超级传输协议的超级传输协议包头字段中。所述超级传输协议包括超级传输控制协议STCP和超级用户数据报协议SUDP；所述超级传输协议包头包括以下字段：映射IP地址MIPA、映射IP地址总数Totalnum、当前映射阶段号Stagenum和校验和Checksum。

在本发明所述的方法中，所述步骤(c)中还包括以下步骤：(c2)当IP包到达元网关时，对超级传输协议进行处理，其中包括：(c21)判断当前映射阶段号Stagenum是否小于映射IP地址总数Totalnum，如果是则转到步骤(c22)，否则已成功完成主叫用户名系统用户和被叫用户名系统用户之间一个IP包的通信连接；(c22)进行IP地址置换：将上一个阶段的目的IP地址置换为源IP地址，从当前映射阶段号对应的映射位置上提取出目的IP地址，将前一阶段的源IP地址置换到当前映射阶段号对应的映射位置；(c23)将当前映射阶段号Stagenum加1，重新计算IP包头和超级传输协议包头的校验和，并继续转发该IP包。

由上述技术方案可知，本发明的IP地址系统将IP网络划分为可持续扩展的n个IP层级，从而对应等效为长度为n*32比特的IP地址空间，从根本上解决了IP地址匮乏的问题。通过用户名系统服务层可获知超级传输路径，该路径包括从主叫用户终端到被叫用户终端所需要穿过的所有元网关的IP地址，通过超级传输协议即可直接建立任意用户间的通信连接。此外，本发明可100％兼容目前使用的IPv4地址系统，接近100％地兼容现有传输层协议(TCP和UDP)和其它协议，因此商业应用成本极低，并且可以完全平滑地从现有地址系统过渡。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明中具有多个IP层级的IP网络结构示意图；

图2是本发明建立用户间通信连接的流程图；

图3是本发明中处理超级传输协议的流程图。

具体实施方式

1、本发明中常用的英文缩写词

UNS：User Name System，用户名系统；

TCP：Transmission Control Protocol，传输控制协议；

UDP：User Datagram protocol，用户数据报协议；

STCP：Super Transmission Control Protocol，超级传输控制协议；

SUDP：Super User Datagram protocol，超级用户数据报协议。

2、系统结构

如图1所示，在本发明优选实施例中，将IP网络划分为多个IP层级，分别为C1层、C2层、C3层……Cn层(n最大为128)。IP层级可以根据需要进行持续地扩展，在图1中，C4层之下还可以按照类似方式扩展出C5、C6…等IP层级。

每个IP层级包括至少一个元IP地址区，元IP地址区是指具有统一编址的IP网络区域。在元IP地址区内，所有IP地址是唯一的，且遵守相同的地址结构。不同元IP地址区可以分别采用位长相同、但结构不同的IP地址协议进行编址。C1层只有一个元IP地址区，其它各层可根据需要划分为任意数目个元IP地址区。不同元IP地址区可以相互连接，其连接处称为“元网关”。两个不同元IP地址区之间的元网关可以不止一个。

各元IP地址区之间通过归属关系建立起一个树形的结构。树根只有一个，就是处于C1层的元IP地址区。所有元IP地址区都必须通过这种归属关系建立与C1层的连接。归属关系包括直接归属关系和间接归属关系。直接归属关系是指与其归属的元IP地址区差一个层级，并且通过元网关连接的归属关系。例如，所有C2层的元IP地址区都直接归属C1层的元IP地址区。间接归属关系是指相差超过一个层级，并且通过中间的直接归属元IP地址区建立的归属关系。例如所有C3层的元IP地址区与C1层的元IP地址区都是间接归属关系。

根据不同元IP地址区之间归属关系的不同，元网关可以分为以下三类：

归属元网关：两个具有直接归属关系的元IP地址区之间，必须有且仅有一个决定其归属性质的元网关；

准归属元网关：连接两个具有直接归属关系的元网关，但不作为决定归属关系的元网关；

非归属元网关：不具有直接归属关系的元IP地址区之间的连接。

为元网关分配的IP地址为元网关IP地址。尽管元网关连接的是两个不同的元IP地址区，但从两个不同的元IP地址区来看，同一个元网关的IP地址必须是相同的。

为了在全网唯一标识各个元IP地址区，必须为各元IP地址区进行编号。C1层只有一个IP地址区，因此不必编号。而各个C2及C2以下IP层级的元IP地址区与其直接归属的上层元IP地址区的元网关中的一个元网关IP地址为该元IP地址区的子编号。各个元IP地址区的子编号，加上其直接归属和所有直到C1层的间接归属的元IP地址区子编号，就成为全网唯一的元IP地址区标识。因此，元IP地址区的编号长度是不一样的。其长度是其层级数减1，然后乘以单个元IP地址(如，IPv4地址)的长度。例如位于C4层的元IP地址区编号长度就是(4-1)*32＝96Bits。编号组合的次序是上层子编号在前，依次往后。

例如一个C4层的元IP网络子编号是10.11.12.13，其直接归属的C3层网络子编号是14.15.16.17，其间接归属的C2层网络子编号是18.19.20.21，该元IP地址区完整编号是96位：

18.19.20.21.14.15.16.17.10.11.12.13；

其直接归属的C3层元IP地址区完整编号是64位：

18.19.20.21.14.15.16.17；

其间接归属的C2层元IP地址区完整编号是32位：

18.19.20.21。

元IP地址区之间的归属路径是由元IP地址区子编号对应的元网关IP地址连接路径决定的。

一般情况下，任意两个不同元IP地址区之间的通信，必须至少经过共同归属的最低层级元IP地址区进行中转才能获得。如果共同归属的最低层级元IP地址区只有C1时，中间穿越的元IP地址区最大可达到两个进行通信的元IP地址区的IP层级数相加再减去1。每次穿越一个元IP地址区需要映射一次元网关IP地址，该地址即为映射IP地址，所以总共需要的映射IP地址数量是中间需要穿越的元IP地址区的数量再减去1。例如两个位于C4的元IP地址区，其最低层的共同归属元IP地址区为C1，则它们之间进行通信至少要穿过4+4-1＝7个元IP地址区，并且需要6个映射IP地址。

当两个不同的元IP地址区之间进行通信时所需穿过的元IP地址区增大到一定数量时，它们之间的通信量也将随之增大到一定程度，这样就在一定程度上给网络带来了较大的负担。因此，为了减少IP包穿过的元IP地址区数量，在本系统中容许各个不同元IP地址区之间进行非直接归属关系的连接。同一层级的不同元IP地址区之间的非归属连接连接为“横向连接”，不同层级的不同元IP地址区之间的连接为“斜向连接”。斜向连接的两个元IP地址不能够具有间接归属关系。因为如果原来具有间接归属关系的元IP地址建立了直接的连接，则他们的归属关系就应当要发生变化，这样容易造成归属关系的混乱，进而会对元IP地址区的编号带来一定的麻烦。

3、基本方法及其实现方式

3.1、超级传输协议的包头格式

在TCP协议和UDP协议的协议包头之前增加超级传输协议包头，分别形成超级传输控制协议(STCP)和超级用户数据报协议(SUDP)。在本发明中，将STCP和SUDP通称为超级传输协议。

为了在IP网络中识别这两种协议，在IPv4头中的协议号中选择定义2个号码分别作为STCP和SUDP的标识。目前RFC1700里IPv4头中协议号只分配到100，而101以后的都没有分配。因此可以作如下分配：

Decimal Keyword Protocol

101 STCP Super Transmission Control

102 SUDP Super User Datagram

即如果IPv4头的协议号字段的值为101，则表示该IP包携带的是STCP包，而如果IPv4头的协议号字段的值为102，则表示该IP包携带的是SUDP包。元网关可根据该标识决定对IP包决定进行何种处理。

如表1所示，是现有TCP的包头格式。TCP包头格式中各部分的定义可参见RFC0793。如表2所示，是STCP协议的包头格式。

表1 TCP的包头格式

表2 STCP的包头格式

比较表1和表2，可知STCP协议在现有TCP协议包头之前增加的超级传输协议包头包括以下字段：

映射IP地址总数Totalnum，表示映射IP地址的数量；

当前映射阶段号Stagenum，是当前元网关处理的映射IP地址的标示；

校验和Checksum，是映射IP地址字段中所有信息的校验和；

映射IP地址字段MIPA1……MIPAn，是各映射IP地址，其数量取决于Totalnum；

其它部分与原有传输协议的包头格式完全相同。

如表3所示，是UDP协议的包头格式。UDP的包头格式定义可参见RFC0768。如表4所示，是SUDP协议的包头格式。类似地，比较表3和表4可见，SUDP协议在UDP协议的协议包头之前增加了超级传输协议包头字段，该超级传输协议包头字段的定义与STCP协议中的相同。

表3 UDP的包头格式

表4 SUDP的包头格式

3.2、用户间通信连接的建立

当任何一个支持超级传输协议的终端连接到网络上后，都会向位于C1层的UNS服务层注册自己所处元IP地址区编号、IP地址等信息。UNS服务层已经存储所有元IP地址区元网关的IP地址。具体注册的方法和元网关的管理、元网关的选择等不属于本发明的范围，所以不在本发明中考虑。

如图2所示，是在用户间建立通信连接的流程图。首先，当一个UNS用户要发起向另一个UNS用户的呼叫时，主叫UNS用户通过UNS服务层向被叫UNS用户发起呼叫请求。接着，UNS服务层向主叫UNS用户返回其超级传输路径，该路径包含了所有从主叫UNS用户到被叫UNS用户需要穿过的元网关IP地址。该超级传输路径可以为穿过C1元IP地址区的归属路径、准归属路径，以及可能不用穿过C1元IP地址区，通过横向连接或斜向连接的非归属较短路径。生成超级传输路径的算法不在本发明中规定。这些元网关IP地址将按照IP包传递的路径次序封装在超级传输协议包头中。随后，当IP包到达某元IP地址区的元网关时，将对超级传输协议进行处理，并将其转发到下一个所需穿过的元IP地址区。直到该IP包到达被叫UNS用户终端，至此就成功地建立主叫UNS用户和被叫UNS用户之间一个IP包的通信连接。

3.3、超级传输协议的处理

当IP包到达元网关时，需要对超级传输协议进行处理。如图3所示，首先判断当前映射阶段号Stagenum是否小于映射IP地址总数Totalnum，如果是则将进行IP地址置换，否则表示所到达的已经是最后的被叫终端，此时已成功建立主叫UNS用户和被叫UNS用户之间的通信连接，再将该通信连接交给经过略加调整的传统传输协议(TCP或UDP)进行处理。这个调整仅仅为将现有的套接字结构“IP地址+端口Port号”改为“元IP地址区号+IP地址+端口Port号”，其它传输协议处理过程与现有协议完全一样。IP地址置换包括将上一个阶段的目的IP地址置换为源IP地址，从当前映射阶段号对应的映射位置上提取出目的IP地址，将前一阶段的源IP地址置换到当前映射阶段号对应的映射位置。接着将当前映射阶段号Stagenum加1，重新计算IP包头和超级传输协议包头的校验和，然后再继续转发到下一目的IP地址所在的元IP地址区。

假设一个超级传输IP包传递路径依次为：IP0、IP1、IP2……IPm-1、IPm，其中IP0为主叫终端的IP地址，IPm为被叫终端的IP地址，IP1……IPm-1为元网关IP地址，Totalnum为m-1。

由于在本发明的系统结构中规定同一元网关的IP地址相同，这样就可以成倍地减少超级传输协议中映射IP地址的数量。

在初始阶段，超级传输协议中的IP地址的配置如下：

源IP地址：IP0；

目的IP地址：IP1；

映射IP地址在超级传输协议包头中的排列次序为：

IP2

IP3

…

IPm-1

IPm

Stagenum为0

超级传输IP包到达第一个元网关并进入第二个元IP地址区后，元网关进行如下基本的处理：

首先判断Stagenum是否小于Totalnum，如果Stagenum＝Totalnum，表明所到达的已经是最后的被叫终端。

如果Stagenum＜Totalnum，则进行下述IP地址置换：

将上一个阶段的目的IP地址置换为源IP地址：IP1；

从当前到达元网关阶段号对应的映射位置上提取出目的IP地址：IP2；

将前一阶段的源IP地址置换到当前到达元网关阶段号对应的映射位置上；

映射IP地址在超级传输协议包头中的排列次序为：

IP0

IP3

…

IPm-1

IPm

Stagenum+1为1

一般地，当超级传输IP包到达第t个元网关时，进行的处理如下：

如果Stagenum＜Totalnum，则进行下述IP地址置换：

将上一个阶段的目的IP地址置换为源IP地址：IPt；

从当前到达元网关阶段号对应的映射位置上提取出目的IP地址：IPt+1；

映射IP地址在超级传输协议包头中的排列次序为：

IP0

IP1

…

IPt-1

IPt+2

…

IPm-1

TPm

Stagenum+1为t

最后一个阶段的超级传输包设置为：

源IP地址：IPm-1

目的IP地址：IPm

映射IP地址在超级传输协议包头中的排列次序为：

IP0

IP1

…

IPm-3

IPm-2

Stagenum+1为m-1

3.4、STCP与TCP和UDP的兼容

STCP并不处理一般传输层所遇到的问题，它仅仅会改变套接字。因为过去TCP/IP表示不同连接的ID是用套接字，即IP地址加PORT号来表示的。而采用了多层元IP地址区之后，实质上是扩展了IP地址，这样单单使用主机所处元IP地址区的IP地址加PORT号就不一定能够唯一地标示网上所有不同的连接。例如，一个主机可能同时与两个不同元IP地址区的主机建立了连接，而这两个不同的主机由于处于不同的元IP地址区，它们的IP地址就很有可能是相同的，这样直接加上PORT号也有可能是相同的。

因此，STCP的超级套接字就要采用三个部分相加组成，第一部分是区别元IP地址区的编号，第二部分是IP地址，第三部分是PORT号，也就是元IP地址区的区别标示加上传统TCP的套接字。要区别元IP地址区直接可以采用的方法是使用元IP地址区编号。但问题是这个编号并不一定直接地体现在STCP数据包中。如果要从UNS层或其它地方提取这个元IP地址区编号，将会增加软件处理的复杂度。而映射IP地址的组合也同样可以唯一地区分元IP地址区，而且它们的数据是直接包含在数据包中的，因此超级套接字的第一部分可以采用映射IP地址中所有元网关IP地址的组合来表达。其它所有部分的处理则与TCP完全一致。

4、本发明的优点

本发明的一个优点是：在元网关处，不需要有映射表的支持，而只需要非常简单地搬移一下元IP地址区的IP地址和映射IP地址，最多重新计算一下校验和就可以了。它不需要中转服务器的支持就可以直接建立任意元IP地址区用户之间的呼叫。端口的含义也不需要作任何变化。

这种方法不需要限制C2及C2以下元IP地址区只能使用RFC 1918中规定的以下私有地址：

10.0.0.0 - 10.255.255.255

172.16.0.0 - 172.31.255.255

192.168.0.0 - 192.168.255.255

同时，这些地址在C1层元IP地址区网络中也可以使用。

本发明的另一个优点是：在每一个C2层及C2层以下的元IP地址区里可以对IP地址路由协议进行不同程度地重新设计。C2层及C2层以下的元IP地址区在IP层对于C1网络是仍然是部分封闭的，但在UNS层却是完全互通的。

本发明完全兼容IPv4协议，并且比现有的NAPT更加容易地100％兼容现有的TCP协议，实现起来非常容易。

本发明的第三个优点是可支持被认为无限大的等效IP地址空间。Totalnum最大值为255，其对应的最大IP层级为(254+2)/2＝128，其对应的等效地址长度为128*32＝4096。如果说IPv6可以为地球上的每一粒沙子都分配一个IP地址，那么超级传输协议只要用到其最大能力零头的28层，就可以为我们目前所发现的整个宇宙的每一个最基本的粒子都分配一个相当于IPv6的网络。

事实上这么大的层级和等效地址长度即使是100万年以后也根本不可能用到的。根据目前科学所能够发现的宇宙，没有任何数量能够超过10的100次方。英文中专门有一个词表达这个数字——“googol”。如果要用超级传输协议给目前发现的宇宙最大的这个数值进行编值，最大的IP层级只要达到11层就足够了，它对应的等效IP地址长度为11*32＝352位，而它因引入映射IP地址头增加的开销最大仅为((11-1)*2+1)*4＝84个字节。

各个层级对应的IP地址空间以及按照地球上60亿人口计算的人均地址数量如下：

层级地址长度地址空间人均地址数量

1层 32位 43亿 0.72

2层 64位 1844亿亿 31亿

3层 96位 8万亿亿亿 1300亿亿

4层 128位 340万亿亿亿亿 5.7万亿亿亿

IPv4的32位地址全球人均是0.72个，如果考虑到必然会有的利用率的损失，实际人均可分配的地址就更少了。这就是IPv4为什么最终必然会面临地址耗尽问题的原因。

从以上地址长度和对应的全球人均地址数量分析就可以知道：在可以预见到的未来，如果仅仅从地址空间的角度来说，IP的层级最大只要达到3或3以内就是人类永远也用不完的了，它对应的等效IP地址长度为3*32＝96位，增加的开销最大为((3-1)*2+1)*4＝20个字节。绝大多数情况下IP的层级只要达到2即可，它对应的等效IP地址长度为2*32＝64位，增加的开销最大为((2-1)*2+1)*4＝12个字节。此时全球人均已经是31亿个IP地址！接近人均一个IPv4网络。即便未来人类增长到100亿甚至1000亿人口，这个地址空间也可以认为是无限的了。64位地址已经可以被认为是人类永远也用不完的无限地址空间，即使按照1000分之1的极低地址空间利用率考虑也是如此。这样一来，所有为节省IP地址空间而采用的复杂技术全都可以被精简掉，以简化路由器处理软件的复杂度。

因此，尽管超级传输协议可以支持最大128个IP层，但实际的推荐值为3层和3层以内。巧妙的是本发明并不是有意要预留这么大的支持IP层的层级数值，这只是本发明自然形成的，并未因此而增加任何值得一提的开销。

并且，无论等效的IP地址是多长，超级传输协议都可以永远只用与目前IPv4协议100％兼容的32位地址进行路由，从而无论多么大的地址空间都不会带来路由性能因地址空间增长而严重下降的问题，其路由性能是与等效地址空间完全无关的。

任意等效长度的IP地址(n*32位地址，n＝1，2，3……，127，128。以及超级NAPT协议的等效48位地址)都可以同时兼容地运行在同一个网络上。从而可以使用最短的路径或等效IP地址实现IP包的通信。

因此，如果从地址空间角度来说，超级传输协议是一个绝对永久性的解决方案。如果使用了超过3层的IP层级，目的不会是为解决地址空间耗尽，而是为网络分区管理的方便等其它目的。

Claims

1. 一种基于用户名系统和超级传输协议的IP地址系统，包括IP网络，其特征在于，所述IP网络包括至少两个IP层级，所述IP层级可根据需要持续扩展；

每个所述IP层级包括至少一个元IP地址区，各元IP地址间通过归属关系形成树形的结构，树根只有一个，即为处于C1层的元IP地址区；

位于C1层的元IP地址区包括用户名系统服务层。

2. 根据权利要求1所述的IP地址系统，其特征在于，所述元IP地址区为具有统一编址的IP网络区域；在元IP地址区内，所有IP地址是唯一的，且采用统一的IP地址结构；各个元IP地址区的IP地址位长相同、但允许地址结构不同。

3. 根据权利要求2所述的IP地址系统，其特征在于，所述元IP地址区间的连接处为元网关，同一个所述元网关的IP地址相同。

4. 根据权利要求3所述的IP地址系统，其特征在于，所述归属关系包括直接归属关系和间接归属关系；所述直接归属关系是指与其归属的元IP地址区差一个层级，通过元网关直接连接的归属关系；所述间接归属关系是相差超过一个层级，通过中间的直接归属元IP地址区建立的归属关系。

5. 根据权利要求4所述的IP地址系统，其特征在于，各个C1层以下IP层级中的元IP地址区，与其直接归属的上层元IP地址区之间的元网关IP地址，其中之一被称为该元IP地址区的子编号；

各个元IP地址区的子编号加上其直接归属和所有直到C1层的间接归属的元IP地址区子编号为该元IP地址区的编号；

元IP地址区之间的归属路径是指所有需要穿过的元IP地址区的子编号对应的元网关IP地址的连接路径。

6. 根据权利要求1-4任一项所述的IP地址系统，其特征在于，所述元IP地址区间还包括横向连接和斜向连接，所述横向连接是指同一层级的不同元IP地址区之间的非归属连接，所述斜向连接是指不同层级的不同元IP地址区之间的不具有间接归属关系的直接连接。

7. 一种在权利要求1-6所述的系统中建立用户间通信连接的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)主叫用户名系统用户通过用户名系统服务层向被叫用户名系统用户发起呼叫请求；

(b)用户名系统服务层向主叫用户名系统用户返回：从主叫用户名系统用户终端到被叫用户名系统用户终端，所需要穿过的所有元网关IP地址的超级传输路径；

(c)建立主叫用户名系统用户和被叫用户名系统用户之间的通信。

8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)中包括：

(c1)将步骤(b)中得到的超级传输路径，按照IP包传递的路径次序封装在超级传输协议的超级传输协议包头字段中。

9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述超级传输协议包括超级传输控制协议STCP和超级用户数据报协议SUDP；

所述超级传输协议包头的格式如下：

其中，映射IP地址MIPA是超级传输路径中的IP地址，映射IP地址总数Totalnum是映射IP地址的数量，当前映射阶段号Stagenum是当前元网关处理的映射IP地址的标示，校验和Checksum，是映射IP地址段所有信息的校验和。

10. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)中还包括以下步骤：

(c2)当IP包到达元网关时，对超级传输协议进行处理，其中包括：

(c21)判断当前映射阶段号Stagenum是否小于映射IP地址总数Totalnum，如果是则转到步骤(c22)，否则已成功完成主叫用户名系统用户和被叫用户名系统用户之间一个IP包的通信连接；

(c22)进行IP地址置换：将上一个阶段的目的IP地址置换为源IP地址，从当前映射阶段号对应的映射位置上提取出目的IP地址，将前一阶段的源IP地址置换到当前映射阶段号对应的映射位置；

(c23)将当前映射阶段号Stagenum加1，重新计算IP包头和超级传输协议包头的校验和，并继续转发该IP包。