计算机学院《计算机网络》课程论文
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2015年 12月
IPv6技术与中国下一代互联网发展近年来，随着通信技术的飞速发展，互联网取得了巨大的进步。由于互联网在经济、文化等方面日渐广泛的应用。因此，在各国的信息产业以及国家安全等领域发挥了越来越大的作用，已经成为一个国家经济和文化发展以及现代化水平的重要标志。很多通信大国都投入了大量的资源，努力提高本国在互联网技术的发展和应用方面的水平，力图凭借在互联网技术上的优势，在激烈的信息技术和市场经济竞争中占据主导地位。由于全球上网人数的高速增长，已经导致了“IP 地址将会不够用”的忧虑，这样的忧虑大约从20世纪90年代前期开始就困扰着通信业界的专家们。而在几年前，国内外的电信专家又看好了IP，并相信下一代网络(NGN)将会以IPv6及其相应技术为核心。如今，在对IP地址资源日益凸现的需求中，在对语音、数据、视频融合应用日渐迫切的渴望中。IPv6以其无限大的地址空问、内量的安全特性以及能对每个终端进行IPv6全球化管理的优势，成为人们探讨下一代网络发展时首先关注的热点技术。
1、IPv6技术
IPv6是一种协议技术，但是，它将对下一代网络中潜在的基础设施、设备服务、电子商务等方面的发展产生巨大的推动力。到目前为止，IPv6依然是下一代网络的核心协议。现有的互联网主要足基于IPv4协议的，这一协议的成功促成了互联网的迅速发展。在IPv4互联网上，美国等少数国家占得先机，以互联网为代表的信息产业给美国经济带来了少有的持续繁荣。但在下一代互联网研究与建设上，我国与发达国家在技术上的差距已经不再明显了．我们应该充分重视下一代互联网给中国带来的新的发展机遇。随着互联网用户数量不断增长以及对互联网应用要求的不断提高，IPv4的不足逐渐凸现出来，其中最尖锐的问题就是不断增长的对互联网资源的巨大需求与IPv4地址空间不足的先兆，目前可用的IPv4地址已经分配了70%左右，其中，B类地址已经耗尽。语音、数据、视频融合的电信网对安全性、服务质量和移动性都提出了更高的要求。一共43亿个地址，全部分配到中国都不够用，更何况由于历史的原因，IP地址分配极为不均，我国拥有的地址总数还不足200个B类地址。据IETF预测，基于IPv4的地址资源将会在未来5年内枯竭；另外，由于IPv4地址方案不能很好地支持地址汇聚，现有的互联网协议IPv4在地址空间、端到端的IP连接、服务质量、网络安全和移动性等方面都暴露出了不足，现有的互联网正面临路由器不断膨胀的压力；同时，对服务质量、移动性和安全性等方面的需求都迫切要求开发新一代IP协议。而IPv6所提供的巨大的地址空间以及所具有的诸多优势和功能，将使其成为构筑下一代网络的重要基础。
为了彻底解决互联网地址危机，IETF早在20世纪90年代中期就提出了拥
有128位地址的IPv6互联网协议，并在1998年进行了进一步的标准化工作。除了对地址空问的扩展以外，还对IPv6地址的结构重新作了定义，采用了与IPv4中使用的CIDR类似的方法分配地址。由于IPv4地址是类似A．B．C．D的格式，它是32位，用“．”分成4段，用10进制表示；而IPv6地址类似x：x：x：x：x：x：x：x的格式，它是128位的，用“：”分成8段，用16进制表示；可见，IPv6地址空间相对于IPv4地址有了极大的扩充。在RFC 2373中详细定义了IPv6地址，按照定义，一个完整的IPv6地址的表示法是这样的形式：xxxx：xxxx：xxxx：xxxx：xxxx：xxxx：xxxx：xxxx，例如：2031：0000：1F1F：0000：0000：0100：11A0：ADDF。为了简化其表示法，RFC 2373提出每段中前面的0可以省略，连续的0可省略为“：：”，但只能出现一次。
类似于IPv4中的CDIR表示法,，IPv6用前缀来表示网络地址空间，比如：2001：250：6000：：/48表示前缀为48位的地址空间。其后的80位可分配给网络中的主机，共有2的80次方个地址。IPv6还提供了自动配置以及对移动性和安全性的更好支持等新的特性。IPv6的128位地址长度形成了一个巨大的地址空间。在可预见的很长时期内，它能够为所有可以想像出的网络设备提供一个全球唯一的地址。128位地址空间包含的地址数目，足够为地球上每一粒沙子提供一个独立的IP地址。目前，IPv6的主要协议都已经成熟并形成了RFC文本，其作为IPv4的唯一取代者的地位已经得到了世界的一致认可。国外各大互联网技术研究机构以及各大通信设备厂商都在IPv6的应用与研究方面投入了大量的资源，并开发出了相应的软硬件。在安全性方面，IPv6同IP安全性(IPSec)机制和服务一致，除了必须提供网络层这一强制性机制外，IPSec还提供两种服务。由于不是互联网的发源地，亚欧地区的IP地址资源相对匮乏，加上人口稠密，以及近年来经济和信息技术的快速发展，对地址不足的压力也比较敏感，其中日本和欧洲是基于IPv6技术的下一代互联网的最积极的研究和推广者。由于自身经济发展的需求，包括日本政府在内的日本各界对IPv6都非常重视。早在2000年9月，日本的电子政府计划就明确提出要利用IPv6技术。此外，作为IPSec 的一项重要应用，IPv6还集成了VPN的功能。
目前，已经有FUJITSU、NEC等日本公司开发出了各种型号的IPv6路由器。在IPv6的运营方面，日本也走在世界前列。有些公司早在1999年8月就开始了IPv6的试验性服务，2000年9月提供了纯IPv6( native IPv6)的服务，从2001年第二季度和第三季度开始又分别增加了IPv6数据中心服务和IPv4/IPv6双栈服务，标志着网络公司可以开始提供真正的IPv6服务。IPv6的另一个基本特性是它支持无状态和有状态两种地址的自动配置方式。无状态地址自动配置方式是获得地址的关键。在这种方式下，需要配置地址的节点使用一种邻居发现机制获
得一个局部连接地址。一旦得到这个地址之后，它使用另一种即插即用的机制，在没有任何人工干预的情况下，获得一个全球惟一的路由地址。有状态配置机制如DHCP(动态主机配置协议)需要一个额外的服务器，因此也需要很多额外的操作和维护。在欧洲，由于移动通信技术发展的需要，各大著名的移动设备厂商以及标准化组织都非常看好IPv6技术。诺基亚、爱立信、BT公司等欧洲通信巨头对IPv6给予厚望并且一直尽心竭力对IPv6进行研究和推广。IPv6在下一代移动通信领域将是核心的协议标准。美国作为基于IPv4的互联网的既得利益者，掌握了互联网地址的人部分资源，但是，对IPv6技术的推广和应用也非常积极。美国的几大世界级IT巨头都宣布将把对IPv6的支持作为今后的战略重点。微软的桌面操作Windows2000开始支持IPv6协议，其最新推出的WindowsXP操作系统提供了对IPv6的全面支持，标志着IPv6在终端设备上已经可以开始进入应用成长期。
2、中国下一代互联网络的发展
为了推动IPv6的普及，由世界知名的设备制造商、运营商和研究机构联合发起成立了IPv6论坛，每年举行2-3届IPv6全球峰会，并与UMTS论坛，3GPP 以及欧洲通信标准委员会建立了合作关系。IPv6在中国也得到了迅速发展。在2004中国国际教育科技博览会暨中国教育信息化论坛开幕仪式上，中国第一个下一代互联网主干网CERNET2试验网正式宣布开通并提供服务。为了对IPv6协议特性进行研究并积累IPv6组网经验，IETF建立了全球范围的试验床，面向实用的全球性IPv6研究和教育网开始启动。所有的这些努力极大地推动了IPv6的商用化进程。中国的试验网目前以 2.5G的速度连接北京、上海和广州3个CERNET2核心节点，并与国际下一代互联网相连接，开始为清华大学、北京大学、上海交通大学等一批高校提供高速IPv6服务。它的开通，标志着中国下一代互联网研究取得重要进展。
我国政府对互联网信息技术的发展和应用非常重视，启动了一系列的研究项目，第二代中国教育和科研计算机网ERNET2是中国下一代互联网示范工程CNGI 中最大的核心网和唯一学术网，是目前世界上规模较大的采用纯IPv6技术的下一代互联网主干网。CERNET2主干网将充分使用CERNET的全国高速传输网，以2.5G—10G bps传输速率连接北京、上海、广州等20个主要城市的CERNET2核心节点，实现全国200余所高校下一代互联网IPv6的高速接入，同时为全国其他科研院所和研发机构提供下一代互联网IPv6高速接入服务。通过中国下一代互联网交换中心CNGI-6IX，CERNFT2将高速连接国内外下一代互联网。
CERNET2主干网采用纯IPv6协议，为基于IPv6的下一代互联网技术提供了一个大规模的IPv6研究和试验网络，开展了许多开拓性的研究。为了巩固我国
在互联网技术发展方面的成果，进一步缩小我国与世界先进水平之同的差距，抓住基于IPv6的互联网技术提供的难得机遇，研究开发基于IPv6的新一代互联网技术和设备是非常重要的。从核心网到用户终端，信息的传递将以IP的形式进行。除了互联网的各种应用不断深入和普及外，各种传统的电信业务也将不断向基于IP的网络转移。CERNET2还将部分采用我国自主研制的具有自主知识产权的世界上先进的IPv6核心路由器，将成为我国研究下一代互联网技术，开发基于下一代互联网的重大应用、推动下一代互联网产业发展的关键性基础设施。
以IPv6技术为代表的下一代互联网建设是大势所趋，互联网市场必将重新分配。从IPv4到IPv6的演进是一个渐进的过程，而不是彻底改变的过程。一但引入IPv6技术，要实现全球IPv6网络互联，仍然需要一段时间，才能使所有服务都实现对IPv6的支持。2004年1月l5日，包括美国Internet2、欧盟GEANT 和中国CERNET在内的全球最大的学术互联网，在比利时首都布鲁塞尔欧盟总部向全世界宣布，同时开通全球IPv6下一代互联网服务。在第一个演进阶段，只要将小规模的IPV6网络连入IPv4互联网，就可以通过现有网络访问IPv6服务。虽然IPv6网络已经有了，但是IPv4互联网还会延续较长一段时间，因为基于IPv4的服务已经很成熟，它们不会立即消失。更重要的是，在实现由IPv4网络转换为IPv6网络的演进过程中，一方面要继续维护这些IPv4服务，同时还要支持IPv4和IPv6之间的互通性。电信运营商在发展中最为关注的往往是网络规模和增长性，但也正是出于盲目扩展规模，会使得许多运营商陷入困境。因此，在新形势下，电信运营商开始更多地关注企业的价值和效益，创造价值的能力也成了资本市场衡量电信运营商表现的关键因素。IPv6技术为运营商们创造了无限商机，为下一代网络发展提供了重要的技术基础。