新一代互联网与IPV6.docx

课程论文 IPV6与IPV4的比较优势分析及其发展状况介绍摘 要：随着互联网的迅速发展、互联网用户的持续增加以及人们对互联网应用要求的日益提高, 作为目前互联网通信的主流技术IPV4（Internet Protocol Version 4）在现实中正面临越来越多的瓶颈问题, 尽管目前IPV4网络仍占有主导地位, 但它所凸显的一些局限性已得到到人们的普遍关注。IPV6（Internet Protocol Version 6）作为IPV4的升级，提供了充裕的地址空间, 地址分配更加合理. 弥补了IPv4 地址空间不足的缺陷。本文将探讨作为新一代互联网技术核心的IPV6技术的优势和发展状况以及IPV4的不足与缺陷。关键词：互联网、IPV6、IPV40 引言不可否认，互联网的飞速发展给我们的工作、学习、生活带来了前所未有的便利。但随着越来越多的主机加入互联网，第二代互联网也暴露出了严重的弱点。一方面， 两代互联网使用的都是IPv4 协议，IPv4 定义的网络地址为32 位，理论上可以具有多于40亿的IP地址。但由于采用分级地址格式，IP 地址由网络地址和主机地址两部分构成，这虽使数据选路变得更加简单，但也缩小了可用地址的范围。再加上现有IP地址分配方法的不合理，导致IP地址资源的极大浪费， 分配速度也比预期要快得多，IP 地址面临分配枯竭的尴尬境地。所以现行的IPv4 地址空间已无法满足Internet 的高速发展的需要。另一方面，当今世界是一个信息、知识爆炸的时代，每天都有大量的信息亟待数字化；也有大量的数字化信息需要存储起来以用于进行后续的整理和分析；更有海量的数字化信息需要定向或不定向高速度的流动，而拥有强大的计算处理能力的巨型机数目有限，且一般的研究机构和个人很难被准许使用。为解决现在互联网IPv4 地址短缺的问题，基于下一代互联网研发的IPv6 协议正在进入实质发展阶段，即从IPv4 的32 位地址扩展到了IPv6 的128 位地址，理论上可以有2128-1个地址，这就使IP 地址变得近乎无限丰富，充分解决了地址匮乏的问题。IPv6 极大的地址空间使层次性的地址规划成为可能，这样既便于路由的快速查找，也有利于路由聚合，缩减IPv6 路由表大小，降低网络地址规划的难度。IPv6 还具有更高的安全性，在使用IPv6网络中，用户可以对网络层的数据进行加密并对IP 报文进行校验，极大地增强了网络的安全性。鉴于目前互联网所遇到的问题和IPV6技术的不断成熟，并将在不远的将来全面投入运营，以下将分析目前互联网所遇到的问题，IPV6的实现优势，并介绍IPV6的美好前景及其发展状况。1 IPV4面临的问题 ( 1) IPv4 提供的安全性不够. 为了尽量避免地址不足造成的影响, 采用了网络地址转换技术, 该技术破坏了端对端的直接通信, 从而造成一些必须将地址信息嵌在IP 数据报中的高层通信的失败. (1)地址资源面临枯竭的现实困境. 由于IPV4 使用的是32 bit 的IP 地址, 这从一开始就隐含着地址数将被用尽的风险, 再加上由于受IP 地址中含有网络地址和主机地址两层且按a, b, c 分为3类的影响, 本身又造成了大量的地址浪费, 必将进一步加剧地址枯竭的步伐. 全球互联网IP 地址IANA 可分配IPv4 地址已经分配殆尽. 再加上一些新业务的拓展, 如3G 推动下的移动互联网发展, 均会对IP地址产生巨大需求, 因此, 尽快、尽多部署IPv6 的现实需要已迫在眉睫.( 2) 路由表数量凸显越来越大的变化态势, 路由选择效率不高。IPv4 的地址由网络和主机地址两部分构成,并没有对网络进行分级, 采用与网络拓扑结构无关的形式来分配地址, 随着网络数目的不断增加而导致路由数目迅速增加。庞大的路由表增加了路由查找和存储的开销, 成为目前影响提高互联网效率的一个瓶颈 。( 3) 针对一些新业务对服务质量(QoS) 的要求而无能为力. 随着VoIP( Voice over Internet Protoco l) 互联网语音协议, VOD( Video On Demand) 视频点播, 3G 等新业务的出现, 对 QoS 的要求越来越强烈, 由于IPv4 是一个无连接协议, 遵循尽力而为的原则, 因此缺乏对Qos 的支持, 无法满足新业务对QoS 的要求。2 IPV6优势分析 ( 1) 提供充裕的地址空间, 地址分配更加合理. 为了弥补IPv4 地址空间不足的缺陷, IPv6 扩大了地址空间, 将原来的32 位地址空间增大到128 位地址空间,大概地球每平方米上将可以大约部署1 000 个IPv6 地址, 这种数量的优势使得IPv 6 从根本上弥补了IPv4 地址不足的问题.由于有充足的地址资源可以分配, 因此在地址格式设计、地址分配等方面考虑的较为全面和合理, IPv6 地址可以分为单点通信地址、任意点通信地址和组播地址等3 类. 它取消了Ipv 4 地址类的概念, 64 位作为网络号, 64 位作为主机号, 网络号根据需要进一步划分, 方便聚类和路由, 预留了一定地址数以应付未能预见的问题.( 2) 主机自动配置IP 地址, 具有即插即用和移动支持功能. 自动配置是IPv6 的重要改进之一, 它主要采用无状态自动配置, 不再需要手动干预就能改变网络中所有主机的IP 地址, 从而实现即插即用. 另外, IPv6还对代理网络和安全策略做了大量改进, 邻居发现等新技术也给移动IPv6 强有力的支持.( 3) 灵活的报头格式. IPv6 在报头方面没有局限于对IPv4 报头的修补, 而是对其进行了改进, 具体体现在两个方面. 第一是简化报头, 每一个IPv 6 数据报以一个40 字节的基本报头开始; 其二是扩展报头, IPv6的扩展报头模式借鉴了IPv4 任选项, 将报头中不是每个节点都用到的字段改作可选项处理, 附加在基本报头后构成扩展报头. IPv6 报头较IPv4 报头的优点在于简化的报头格式, 从而提高网络的吞吐量.3 中国IPV6发展概况2008年12月3日，国家发改委和中国工程院等6部门在北京共同宣布，历经五年发展，我国自主研发的下一代互联网研究取得重大突破，中国已建成全球最大的下一代互联网示范网络，推动并形成了中国的下一代互联网产业群。目前，中国以IPv6路由器为代表的关键技术及设备产业化初成规模，CNGI最大的核心网CERNET2在“建设纯IPv6大型互联网核心网”、“基于真实IPv6源地址的网络寻址体系结构”和“IPv4 over IPv6网状体系结构过渡技术”等方面均属国际首创，目前已向国际互联网标准化组织IETF提交标准草案9项，其中RFC4925和RFC5210已获批准，从而使中国首次进入国际互联网核心标准制定、在国际互联网主流技术上有了发言权，这些均为中国参与全球下一代互联网产业竞争奠定了坚实基础。中国下一代互联网示范工程（CNGI）现已建成中国教育与科研计算机网(CERNET2)、中国电信、中国网通/中科院、中国移动、中国联通、中国铁通等六大核心网，北京和上海两个国际交换中心网络。CNGI全网建成22个城市59个节点，覆盖30多个城市、200多万用户。传输速度达到了每秒2.5G到10G，是目前普通家庭用户上网速度的100多倍以上。CERNET2开创性地提出“基于真实源地址的网络寻址体系结构”，为消除目前广泛使用的IPv4互联网存在黑客攻击、垃圾邮件等大量安全隐患提供了保证。同时，科研人员在国际上首次提出了一种新的过渡技术方案，解决了现有互联网向下一代互联网过渡的兼容性、可管理、可扩展、可靠性和自动配置等技术难题。预计2012年前可进入大规模商用阶段。4 世界IPV6发展状况IPv6 正在全球受到越来越多的重视。在亚洲，由于缺少地址等原因，对待IPv6 的态度比欧美积极，其中最积极的是日本，日本政府为了普及和推进IPV6的发展，在两个方面采取了相关措施。第一，由国家和企业投资和建设相关实验网，通过实验网解决网络运用上的难阻，并希望本国企业掌握的经验和技术能进入国际标准当中，进而输出到各国。第二，对IPV6路由器生产厂家实行一系列如税收优惠，低利息，无利息贷款等优惠政策来激励企业投入到IPV6 的研发中去。日本政府和众多日本企业决心在新世纪把宝押在3G 和IPv6 上，以3G 和IPv6 为契机，下大力气急起直追，使日本成为全球最先进的IT 国家之一。日本政府把IPv6技术的确立、普及与国际贡献作为政府的基本政策，将现有网络推进过渡到IPv6 网络作为“超高速网络建设和竞争政策”的具体目标。运营商采用新技术进行商用模式的开发。这些措施的实施大大促进了日本IPV6 产业的发展，日本企业的IPV6 应用已经走在世界的前列，与之相对应的是2002年成立了支持IPV6网络家电和服务联盟，在日本，IPV6已经得到了广泛应用。韩国也比较重视IPv6，在战略、政策、立法、项目资助、国际合作等方面都有相应措施。韩国制定了IPv6的演进进程，共分四个阶段：第一阶段（2001 年以前）建立IPv6试验网，开展验证、运行和宣传工作；第二阶段（2002 年2005 年）建立IPv6 岛，与现有IPv4 大网互通，在IMT2000上提供IPv6 服务；第三阶段（2006 年2010 年）建立IPv6大网，原IPv4 大网退化为IPv4 岛，与IPv6 大网互通，提供有线和无线的IPv6 商用服务；第四阶段（2011 年以后）演变成一个单一的IPv6 网。欧洲在互联网方面落后于美国，但在移动通信方面却领先于美国，所以欧洲发展IPv6 的基本战略是“先移动，后固定”，希望在IPv6 方面掌握先机，通过3G 标准的部署来实现在未来互联网领域与美国并驾齐驱的目标。欧盟认为：IPv6 是发展3G 移动通信的必要工具，如果想大规模发展3G，就不得不升级到IPv6。制定3G 标准的3GPP 组织已经决定以IPv6 为基础构筑下一代移动网，使IPv6 成为3G 必须遵循的标准。欧盟在所有新的家电装置中引入IPv6 连接，将基于互联网的系统集成到运输工具（汽车、航行器、火车、轮船和货运）及相关的移动商务基础设施中，实现人与人之间、物与物（从电话到汽车）之间的通信。欧洲目前已经建立了Euro6IX和6NET 等IPv6 试验网络进行有关推广、部署IPv6 的准备工作，欧洲各大厂商也都加快了IPv6 开发和产品化进程。 美国是互联网的发源地，IP地址资源和商业应用占据了先天的优势，因此目前既没有地址短缺的忧虑，也不愿意改动花费亿万美金构建的IPv4商业网络体系，所以美国主要以IPv6研究、协调中心的面目出现。美国比较典型的IPv6网络有6Bone、6REN、Esnet和Intenet2（Ablene）等。其中6Bone创建于1996年8月，是世界上成立最早，也是迄今规模最大的全球范围的 IPv6示范网。到2002年，6Bone的规模已经扩展到包括中国在内的57个国家和地区，连接了近千个结点，成为IPv6研究者、开发者和实践者的主要平台。6REN创建于1998年12月，主要目前是建立全球性的IPv6研究与教育网，提供高质量的IPv6分组传输服务，增加运营IPv6网络的经验，促进IPv6网络的部署以及测试早期的IPv6应用。Intenet2（Ablene）于1998年4月启动，1999年底完成2.5G的主干网建设，2003年网络完成升级，主干网传输速度达到10G，桌面连接速度为100M，并提供对IPv6的支持。Abilene已经成为美国最先进的IP主干网络，提供先进的网络服务，支持丰富的网络应用，包括虚拟实验室、数字图书馆、远程教育与远程沉浸应用等，为超过220家的大学、企业和研究机构提供网络服务。5 结语尽管IPV6全面取代IPV4的路还很长, 但随着IPV6技术的成熟，它的全面应用将是必然的趋势,IP网络最终将会演变为一个以IPV6 协议为核心的基于业务的综合信息传送平台。参考文献：1. 谢希仁.计算机网络教程(第2版).北京.人民邮电出版社，2006.5.