本APNIC文摘原標題為Address semantics，由Geoff Huston撰文。
本文由APNIC首席科學家Geoff Huston撰文，從「位址」的意義談起，隨著網際網路技術及架構的發展進化，逐步探討IP位址的功能、相關技術和意義的演變。
在不同通訊系統中，無論是寄信時信封上的地址，撥打電話的電話號碼，或是在網際網路中傳送封包需要的IP，縱使形式或指稱不同，但這些其實都是所謂的「位址」。
位址（address）通常包含3種元素，分別是身份識別（identity）、位置（location）和可聯絡性（reachability）。
身份識別和「獨特性」密不可分。理論上，正常運作的網路系統應指派專屬的單一位址給所有使用者；若否，則必須額外想方設法，解決多個實體使用同一位址可能衍生的衝突。以電話為例，一個號碼最好只能連通一支電話。
IP位址在網際網路的架構中的角色類似電話號碼，但IP位址並非用來識別「電腦」，而是電腦連接網路的接口。也就是說，如果一臺電腦有多個連網接點，則這個電腦也會擁有多筆IP位址。
然而，只知道某個實體存在（有身份），卻不知道它位於網路中的什麼位置，在網路運作上等於沒有用。也因此，大部分的位址系統都會賦予每筆位址「識別身份」和「標示位置」至少兩種性質。
以電話號碼為例，國際電話號碼通用格式E.164可以用來標示號碼所在的國家及地區。IP位址系統類似但更簡化，位址只分成網路和主機兩部分。同一網路中所有主機的IP位址會使用同樣的前綴，主機位址則各自不同。IPv4容許自訂前綴長度，IPv6則有更嚴謹的格式規定。從這角度而言，每筆IP位址都是網路識別碼和主機識別碼的串連，同時具有識別身份和標示位置的功用。
最後，位址當然必須包含某種「可聯絡」的資訊，用來協助網路中的其中一點連接另外一點。
在傳統的IP位址架構中，一筆IP位址必須能同時用來識別身份、標示位置，並提供網路要把封包傳送到哪裡的相關資訊。這種同一位址負擔多重角色的設計，有人認為是讓網路平臺得以極高成本效益運作的關鍵，也有人指出這是「意義過載」的典型案例，容易導致同一物件必須執行的某項功能，反而妨礙到另一項功能。
位址作為身份識別碼更深層的意義，在於位址和裝置之間因此具有獨一無二的連結。這在過去大型電腦盛行的年代很合理，但隨著客製化個人電腦成為主流，加上越來越多個人行動裝置進入網際網路，這樣的設計很快顯得不堪負荷。事實上，作者指出，位址系統的設計缺陷早在1980年代，網際網路商業化的時候就出現了。
回顧網際網路發展，作者更進一步點出，從撥接網路邁向大眾化開始，IP位址的意義就已逐漸轉變。在撥接網路時代，使用者是透過撥打電話建立網路連線；線路另一端的服務供應商驗證使用者的登入資訊後，才會指派IP位址，在連線時間內，使用者都將利用這個指派IP位址上網。
這種作法是以「分時」（time-sharing）概念使用IP位址，使用者只在連網期間暫時使用獲指派的IP位址。接著出現了網路位址轉譯（network address translation，NAT）技術，以連接埠為基礎，讓多個本地裝置共享IP位址。
分時共享IP和NAT的技術，都在網際網路模型中引入間歇連線裝置的概念。這些裝置只有需要時才會連網，當然不能視為服務主機。於是，我們開始將連網裝置分成「客戶端」和「伺服器」兩種類別，客戶端需要時才連接伺服器，不必無時無刻連網，自然也不需除了連線登入帳密外的永久性網路識別身份（如IP位址）。
在這些IP共享技術流行的同時，IPv4位址也逐漸枯竭，IPv6因此誕生。
上述IP共享技術和IPv6之間最大的差異，在於前者只是被動新增的片面解方，後者則是IETF領導的組織力量，試圖預測未來業界需求，並提出滿足這些需求的技術方案。另一方面，驅動業界的兩大因素則分別是無止盡擴張、難以追趕的消費者需求，以及業者始終最重視的，如何降低服務成本。
作者特別指出，他不認為IPv4位址耗竭是NAT被大幅採用的主要原因；在NAT下，ISP只需發給客戶端一筆IP位址，而由NAT轉換共享的多筆私人IP位址都由客戶端自行管理。對ISP而言，需要管理的IP位址越少就越省成本，換句話說，NAT盛行單純是因為這樣最省錢。
總結而言，在網際網路發展的進程中，分時作法和NAT技術雖然起到改變IP位址意義的作用，但這並非因為業界有什麼先知灼見而刻意規劃執行的後果，只是在缺乏規範的市場中，生意人為了省錢而出現的慣例做法。
延續此篇，下一篇作者將檢視與IP共享技術截然不同的IPv6，並進一步剖析網際網路近年來的發展，可能如何再度促成IP位址意義和功能的變化。
*台灣網路資訊中心（TWNIC）與亞太網路資訊中心（APNIC）合作，定期精選APNIC Blog文章翻譯摘要，提供中心部落格讀者了解目前亞太地區網路發展之最新趨勢。原文標題為Address semantics。
