新一代互聯(lián)網(wǎng)與IPV6.docx

課程論文 IPV6與IPV4的比較優(yōu)勢(shì)分析及其發(fā)展?fàn)顩r介紹摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展、互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)的持續(xù)增加以及人們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用要求的日益提高, 作為目前互聯(lián)網(wǎng)通信的主流技術(shù)IPV4（Internet Protocol Version 4）在現(xiàn)實(shí)中正面臨越來(lái)越多的瓶頸問(wèn)題, 盡管目前IPV4網(wǎng)絡(luò)仍占有主導(dǎo)地位, 但它所凸顯的一些局限性已得到到人們的普遍關(guān)注。IPV6（Internet Protocol Version 6）作為IPV4的升級(jí)，提供了充裕的地址空間, 地址分配更加合理. 彌補(bǔ)了IPv4 地址空間不足的缺陷。本文將探討作為新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)核心的IPV6技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?fàn)顩r以及IPV4的不足與缺陷。關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)、IPV6、IPV40 引言不可否認(rèn)，互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展給我們的工作、學(xué)習(xí)、生活帶來(lái)了前所未有的便利。但隨著越來(lái)越多的主機(jī)加入互聯(lián)網(wǎng)，第二代互聯(lián)網(wǎng)也暴露出了嚴(yán)重的弱點(diǎn)。一方面， 兩代互聯(lián)網(wǎng)使用的都是IPv4 協(xié)議，IPv4 定義的網(wǎng)絡(luò)地址為32 位，理論上可以具有多于40億的IP地址。但由于采用分級(jí)地址格式，IP 地址由網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址兩部分構(gòu)成，這雖使數(shù)據(jù)選路變得更加簡(jiǎn)單，但也縮小了可用地址的范圍。再加上現(xiàn)有IP地址分配方法的不合理，導(dǎo)致IP地址資源的極大浪費(fèi)， 分配速度也比預(yù)期要快得多，IP 地址面臨分配枯竭的尷尬境地。所以現(xiàn)行的IPv4 地址空間已無(wú)法滿(mǎn)足Internet 的高速發(fā)展的需要。另一方面，當(dāng)今世界是一個(gè)信息、知識(shí)爆炸的時(shí)代，每天都有大量的信息亟待數(shù)字化；也有大量的數(shù)字化信息需要存儲(chǔ)起來(lái)以用于進(jìn)行后續(xù)的整理和分析；更有海量的數(shù)字化信息需要定向或不定向高速度的流動(dòng)，而擁有強(qiáng)大的計(jì)算處理能力的巨型機(jī)數(shù)目有限，且一般的研究機(jī)構(gòu)和個(gè)人很難被準(zhǔn)許使用。為解決現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)IPv4 地址短缺的問(wèn)題，基于下一代互聯(lián)網(wǎng)研發(fā)的IPv6 協(xié)議正在進(jìn)入實(shí)質(zhì)發(fā)展階段，即從IPv4 的32 位地址擴(kuò)展到了IPv6 的128 位地址，理論上可以有2128-1個(gè)地址，這就使IP 地址變得近乎無(wú)限豐富，充分解決了地址匱乏的問(wèn)題。IPv6 極大的地址空間使層次性的地址規(guī)劃成為可能，這樣既便于路由的快速查找，也有利于路由聚合，縮減IPv6 路由表大小，降低網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃的難度。IPv6 還具有更高的安全性，在使用IPv6網(wǎng)絡(luò)中，用戶(hù)可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并對(duì)IP 報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)，極大地增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性。鑒于目前互聯(lián)網(wǎng)所遇到的問(wèn)題和IPV6技術(shù)的不斷成熟，并將在不遠(yuǎn)的將來(lái)全面投入運(yùn)營(yíng)，以下將分析目前互聯(lián)網(wǎng)所遇到的問(wèn)題，IPV6的實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)，并介紹IPV6的美好前景及其發(fā)展?fàn)顩r。1 IPV4面臨的問(wèn)題 ( 1) IPv4 提供的安全性不夠. 為了盡量避免地址不足造成的影響, 采用了網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換技術(shù), 該技術(shù)破壞了端對(duì)端的直接通信, 從而造成一些必須將地址信息嵌在IP 數(shù)據(jù)報(bào)中的高層通信的失敗. (1)地址資源面臨枯竭的現(xiàn)實(shí)困境. 由于IPV4 使用的是32 bit 的IP 地址, 這從一開(kāi)始就隱含著地址數(shù)將被用盡的風(fēng)險(xiǎn), 再加上由于受IP 地址中含有網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址兩層且按a, b, c 分為3類(lèi)的影響, 本身又造成了大量的地址浪費(fèi), 必將進(jìn)一步加劇地址枯竭的步伐. 全球互聯(lián)網(wǎng)IP 地址IANA 可分配IPv4 地址已經(jīng)分配殆盡. 再加上一些新業(yè)務(wù)的拓展, 如3G 推動(dòng)下的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展, 均會(huì)對(duì)IP地址產(chǎn)生巨大需求, 因此, 盡快、盡多部署IPv6 的現(xiàn)實(shí)需要已迫在眉睫.( 2) 路由表數(shù)量凸顯越來(lái)越大的變化態(tài)勢(shì), 路由選擇效率不高。IPv4 的地址由網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)地址兩部分構(gòu)成,并沒(méi)有對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分級(jí), 采用與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的形式來(lái)分配地址, 隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)目的不斷增加而導(dǎo)致路由數(shù)目迅速增加。龐大的路由表增加了路由查找和存儲(chǔ)的開(kāi)銷(xiāo), 成為目前影響提高互聯(lián)網(wǎng)效率的一個(gè)瓶頸 。( 3) 針對(duì)一些新業(yè)務(wù)對(duì)服務(wù)質(zhì)量(QoS) 的要求而無(wú)能為力. 隨著VoIP( Voice over Internet Protoco l) 互聯(lián)網(wǎng)語(yǔ)音協(xié)議, VOD( Video On Demand) 視頻點(diǎn)播, 3G 等新業(yè)務(wù)的出現(xiàn), 對(duì) QoS 的要求越來(lái)越強(qiáng)烈, 由于IPv4 是一個(gè)無(wú)連接協(xié)議, 遵循盡力而為的原則, 因此缺乏對(duì)Qos 的支持, 無(wú)法滿(mǎn)足新業(yè)務(wù)對(duì)QoS 的要求。2 IPV6優(yōu)勢(shì)分析 ( 1) 提供充裕的地址空間, 地址分配更加合理. 為了彌補(bǔ)IPv4 地址空間不足的缺陷, IPv6 擴(kuò)大了地址空間, 將原來(lái)的32 位地址空間增大到128 位地址空間,大概地球每平方米上將可以大約部署1 000 個(gè)IPv6 地址, 這種數(shù)量的優(yōu)勢(shì)使得IPv 6 從根本上彌補(bǔ)了IPv4 地址不足的問(wèn)題.由于有充足的地址資源可以分配, 因此在地址格式設(shè)計(jì)、地址分配等方面考慮的較為全面和合理, IPv6 地址可以分為單點(diǎn)通信地址、任意點(diǎn)通信地址和組播地址等3 類(lèi). 它取消了Ipv 4 地址類(lèi)的概念, 64 位作為網(wǎng)絡(luò)號(hào), 64 位作為主機(jī)號(hào), 網(wǎng)絡(luò)號(hào)根據(jù)需要進(jìn)一步劃分, 方便聚類(lèi)和路由, 預(yù)留了一定地址數(shù)以應(yīng)付未能預(yù)見(jiàn)的問(wèn)題.( 2) 主機(jī)自動(dòng)配置IP 地址, 具有即插即用和移動(dòng)支持功能. 自動(dòng)配置是IPv6 的重要改進(jìn)之一, 它主要采用無(wú)狀態(tài)自動(dòng)配置, 不再需要手動(dòng)干預(yù)就能改變網(wǎng)絡(luò)中所有主機(jī)的IP 地址, 從而實(shí)現(xiàn)即插即用. 另外, IPv6還對(duì)代理網(wǎng)絡(luò)和安全策略做了大量改進(jìn), 鄰居發(fā)現(xiàn)等新技術(shù)也給移動(dòng)IPv6 強(qiáng)有力的支持.( 3) 靈活的報(bào)頭格式. IPv6 在報(bào)頭方面沒(méi)有局限于對(duì)IPv4 報(bào)頭的修補(bǔ), 而是對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn), 具體體現(xiàn)在兩個(gè)方面. 第一是簡(jiǎn)化報(bào)頭, 每一個(gè)IPv 6 數(shù)據(jù)報(bào)以一個(gè)40 字節(jié)的基本報(bào)頭開(kāi)始; 其二是擴(kuò)展報(bào)頭, IPv6的擴(kuò)展報(bào)頭模式借鑒了IPv4 任選項(xiàng), 將報(bào)頭中不是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都用到的字段改作可選項(xiàng)處理, 附加在基本報(bào)頭后構(gòu)成擴(kuò)展報(bào)頭. IPv6 報(bào)頭較IPv4 報(bào)頭的優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)化的報(bào)頭格式, 從而提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量.3 中國(guó)IPV6發(fā)展概況2008年12月3日，國(guó)家發(fā)改委和中國(guó)工程院等6部門(mén)在北京共同宣布，歷經(jīng)五年發(fā)展，我國(guó)自主研發(fā)的下一代互聯(lián)網(wǎng)研究取得重大突破，中國(guó)已建成全球最大的下一代互聯(lián)網(wǎng)示范網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)并形成了中國(guó)的下一代互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)群。目前，中國(guó)以IPv6路由器為代表的關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備產(chǎn)業(yè)化初成規(guī)模，CNGI最大的核心網(wǎng)CERNET2在“建設(shè)純IPv6大型互聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)”、“基于真實(shí)IPv6源地址的網(wǎng)絡(luò)尋址體系結(jié)構(gòu)”和“IPv4 over IPv6網(wǎng)狀體系結(jié)構(gòu)過(guò)渡技術(shù)”等方面均屬?lài)?guó)際首創(chuàng)，目前已向國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化組織IETF提交標(biāo)準(zhǔn)草案9項(xiàng)，其中RFC4925和RFC5210已獲批準(zhǔn)，從而使中國(guó)首次進(jìn)入國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)核心標(biāo)準(zhǔn)制定、在國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)主流技術(shù)上有了發(fā)言權(quán)，這些均為中國(guó)參與全球下一代互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。中國(guó)下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程（CNGI）現(xiàn)已建成中國(guó)教育與科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)(CERNET2)、中國(guó)電信、中國(guó)網(wǎng)通/中科院、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)鐵通等六大核心網(wǎng)，北京和上海兩個(gè)國(guó)際交換中心網(wǎng)絡(luò)。CNGI全網(wǎng)建成22個(gè)城市59個(gè)節(jié)點(diǎn)，覆蓋30多個(gè)城市、200多萬(wàn)用戶(hù)。傳輸速度達(dá)到了每秒2.5G到10G，是目前普通家庭用戶(hù)上網(wǎng)速度的100多倍以上。CERNET2開(kāi)創(chuàng)性地提出“基于真實(shí)源地址的網(wǎng)絡(luò)尋址體系結(jié)構(gòu)”，為消除目前廣泛使用的IPv4互聯(lián)網(wǎng)存在黑客攻擊、垃圾郵件等大量安全隱患提供了保證。同時(shí)，科研人員在國(guó)際上首次提出了一種新的過(guò)渡技術(shù)方案，解決了現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)向下一代互聯(lián)網(wǎng)過(guò)渡的兼容性、可管理、可擴(kuò)展、可靠性和自動(dòng)配置等技術(shù)難題。預(yù)計(jì)2012年前可進(jìn)入大規(guī)模商用階段。4 世界IPV6發(fā)展?fàn)顩rIPv6 正在全球受到越來(lái)越多的重視。在亞洲，由于缺少地址等原因，對(duì)待IPv6 的態(tài)度比歐美積極，其中最積極的是日本，日本政府為了普及和推進(jìn)IPV6的發(fā)展，在兩個(gè)方面采取了相關(guān)措施。第一，由國(guó)家和企業(yè)投資和建設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)解決網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用上的難阻，并希望本國(guó)企業(yè)掌握的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)能進(jìn)入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，進(jìn)而輸出到各國(guó)。第二，對(duì)IPV6路由器生產(chǎn)廠(chǎng)家實(shí)行一系列如稅收優(yōu)惠，低利息，無(wú)利息貸款等優(yōu)惠政策來(lái)激勵(lì)企業(yè)投入到IPV6 的研發(fā)中去。日本政府和眾多日本企業(yè)決心在新世紀(jì)把寶押在3G 和IPv6 上，以3G 和IPv6 為契機(jī)，下大力氣急起直追，使日本成為全球最先進(jìn)的IT 國(guó)家之一。日本政府把IPv6技術(shù)的確立、普及與國(guó)際貢獻(xiàn)作為政府的基本政策，將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)推進(jìn)過(guò)渡到IPv6 網(wǎng)絡(luò)作為“超高速網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和競(jìng)爭(zhēng)政策”的具體目標(biāo)。運(yùn)營(yíng)商采用新技術(shù)進(jìn)行商用模式的開(kāi)發(fā)。這些措施的實(shí)施大大促進(jìn)了日本IPV6 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，日本企業(yè)的IPV6 應(yīng)用已經(jīng)走在世界的前列，與之相對(duì)應(yīng)的是2002年成立了支持IPV6網(wǎng)絡(luò)家電和服務(wù)聯(lián)盟，在日本，IPV6已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。韓國(guó)也比較重視IPv6，在戰(zhàn)略、政策、立法、項(xiàng)目資助、國(guó)際合作等方面都有相應(yīng)措施。韓國(guó)制定了IPv6的演進(jìn)進(jìn)程，共分四個(gè)階段：第一階段（2001 年以前）建立IPv6試驗(yàn)網(wǎng)，開(kāi)展驗(yàn)證、運(yùn)行和宣傳工作；第二階段（2002 年2005 年）建立IPv6 島，與現(xiàn)有IPv4 大網(wǎng)互通，在IMT2000上提供IPv6 服務(wù)；第三階段（2006 年2010 年）建立IPv6大網(wǎng)，原IPv4 大網(wǎng)退化為IPv4 島，與IPv6 大網(wǎng)互通，提供有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)的IPv6 商用服務(wù)；第四階段（2011 年以后）演變成一個(gè)單一的IPv6 網(wǎng)。歐洲在互聯(lián)網(wǎng)方面落后于美國(guó)，但在移動(dòng)通信方面卻領(lǐng)先于美國(guó)，所以歐洲發(fā)展IPv6 的基本戰(zhàn)略是“先移動(dòng)，后固定”，希望在IPv6 方面掌握先機(jī)，通過(guò)3G 標(biāo)準(zhǔn)的部署來(lái)實(shí)現(xiàn)在未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域與美國(guó)并駕齊驅(qū)的目標(biāo)。歐盟認(rèn)為：IPv6 是發(fā)展3G 移動(dòng)通信的必要工具，如果想大規(guī)模發(fā)展3G，就不得不升級(jí)到IPv6。制定3G 標(biāo)準(zhǔn)的3GPP 組織已經(jīng)決定以IPv6 為基礎(chǔ)構(gòu)筑下一代移動(dòng)網(wǎng)，使IPv6 成為3G 必須遵循的標(biāo)準(zhǔn)。歐盟在所有新的家電裝置中引入IPv6 連接，將基于互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)集成到運(yùn)輸工具（汽車(chē)、航行器、火車(chē)、輪船和貨運(yùn)）及相關(guān)的移動(dòng)商務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施中，實(shí)現(xiàn)人與人之間、物與物（從電話(huà)到汽車(chē)）之間的通信。歐洲目前已經(jīng)建立了Euro6IX和6NET 等IPv6 試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有關(guān)推廣、部署IPv6 的準(zhǔn)備工作，歐洲各大廠(chǎng)商也都加快了IPv6 開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品化進(jìn)程。 美國(guó)是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)源地，IP地址資源和商業(yè)應(yīng)用占據(jù)了先天的優(yōu)勢(shì)，因此目前既沒(méi)有地址短缺的憂(yōu)慮，也不愿意改動(dòng)花費(fèi)億萬(wàn)美金構(gòu)建的IPv4商業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系，所以美國(guó)主要以IPv6研究、協(xié)調(diào)中心的面目出現(xiàn)。美國(guó)比較典型的IPv6網(wǎng)絡(luò)有6Bone、6REN、Esnet和Intenet2（Ablene）等。其中6Bone創(chuàng)建于1996年8月，是世界上成立最早，也是迄今規(guī)模最大的全球范圍的 IPv6示范網(wǎng)。到2002年，6Bone的規(guī)模已經(jīng)擴(kuò)展到包括中國(guó)在內(nèi)的57個(gè)國(guó)家和地區(qū)，連接了近千個(gè)結(jié)點(diǎn)，成為IPv6研究者、開(kāi)發(fā)者和實(shí)踐者的主要平臺(tái)。6REN創(chuàng)建于1998年12月，主要目前是建立全球性的IPv6研究與教育網(wǎng)，提供高質(zhì)量的IPv6分組傳輸服務(wù)，增加運(yùn)營(yíng)IPv6網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)IPv6網(wǎng)絡(luò)的部署以及測(cè)試早期的IPv6應(yīng)用。Intenet2（Ablene）于1998年4月啟動(dòng)，1999年底完成2.5G的主干網(wǎng)建設(shè)，2003年網(wǎng)絡(luò)完成升級(jí)，主干網(wǎng)傳輸速度達(dá)到10G，桌面連接速度為100M，并提供對(duì)IPv6的支持。Abilene已經(jīng)成為美國(guó)最先進(jìn)的IP主干網(wǎng)絡(luò)，提供先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，支持豐富的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，包括虛擬實(shí)驗(yàn)室、數(shù)字圖書(shū)館、遠(yuǎn)程教育與遠(yuǎn)程沉浸應(yīng)用等，為超過(guò)220家的大學(xué)、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。5 結(jié)語(yǔ)盡管IPV6全面取代IPV4的路還很長(zhǎng), 但隨著IPV6技術(shù)的成熟，它的全面應(yīng)用將是必然的趨勢(shì),IP網(wǎng)絡(luò)最終將會(huì)演變?yōu)橐粋€(gè)以IPV6 協(xié)議為核心的基于業(yè)務(wù)的綜合信息傳送平臺(tái)。參考文獻(xiàn)：1. 謝希仁.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教程(第2版).北京.人民郵電出版社，2006.5.