（教育技术学专业论文）基于ipv6的教学资源库过渡技术研究.pdf

摘要 在因特网蓬勃发展的潮流里，人们的生活已无法与网络脱离。以i p 技术为基础的 因特网服务，已是全球性的趋势与共同的商机。多采多姿的因特网信息世界，将导致现 今使用之因特网通信协议3 2 位的i p 网络寻址方式加速面临网址即将耗尽的问题。此外， 未来的网络应用服务对于各种服务质量的要求也不断提高，如网络安全、带宽保障及使 用者付费原则下的分级服务等，传统i p v 4 所定的相关协议已渐渐无法满足未来因特网 需求。 网络教学资源是开展网络教育的前提和基础。随着网络教育的逐步拓展，网络教学 资源越来越丰富，教学资源的有效管理成为开展网络教育的关键。为各类学习内容对象 提供高效的存储管理，为各种使用者提供方便快捷的存取功能，为教学管理者提供资源 访问效果评价分析，从而提高教学资源对象的利用率，促使教学资源更好地为实际教学 系统服务。 目前国内外对基于i p v 4 的网络教育资源库都进行了大量的研究，取得了十分丰富 的研究成果，这些研究成果都具有很好的科学研究和实际应用的意义，对于即将到来的 i p v 6 网络，这些研究成果需要向i p v 6 网络过渡。论文根据网络教学资源库从i p v 4 到i p v 6 过渡的实际需求，分析了网络教学资源库与i p v 6 的关系，各种i p v 6 过渡技术对网络教 学资源库过渡技术的影响，确定了网络教学资源库过渡技术的结构、功能和实现方法。 本文构造的模型经过了开发实践的检验，如在河南师范大学网络中心开发实践中成 功运用了基于i p v 6 的教学资源库过渡技术，实践证明了所构造的模型有效可行，并具 有应用的价值。 关键词：i p v 6 ，教学资源库，过渡技术 a b s t r a c t i nt h et r e n do fi n t e m e tb o o m ，p e o p l e sl i v e sh a v eb e e nc l o s e l yc o n n e c t e dw i t ht h en e t w o r k i n t e r n e t s e r v i c eb a s e do ni pi st h eg l o b a lt r e n da n dp r o v i d e sc o m m e r c i a lo p p o r t u n i t i e s r i c hi n t e r n e tw o r l dw i l l a c c e l e r a t et h ef o r t h c o m i n gp r o b l e mo fn e t - a d d r e s sd e p l e t i o nr e s u l t i n gf r o mt h ew a yo fm o d e r ni n t e r n e t c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l3 2f i n d i n gn e t w o r k i na d d i t i o n ，n e t w o r ka p p l i c a t i o n sw i l lr e q u i r ec o n s t a n t l y e n h a n c e ds e r v i c e s s u c ha sn e t w o r ks e c u r i t y , b a n d w i d t hp r o t e c t i o na n dc l a s s i f i c a t o r ys e r v i c eu n d e rt h e p r i n c i p l eo fu s e rf e e s t h er e l e v a n ta g r e e m e n t ss e tb yt r a d i t i o n a li p v 4a reg r a d u a l l yu n a b l et om e e tt h e d e m a n do ff u t u r ei n t e r n e t n e t w o r kt e a c h i n gi st h ep r e r e q u i s i t ea n df o u n d a t i o no fn e t w o r kr e s o u r c e se d u c a t i o n w i t hn e t w o r k e d u c a t i o ne x p a n d i n gg r a d u a l l y , t h en e t w o r kt e a c h i n gr e s o u r c e sh a v eb e c o m er i c h e r a n de f f e c t i v e m a n a g e m e n to fw h i c hb e c o m e st h ek e yo fo n l i n ee d u c m i o n n e t w o r kr e s o u r c e se d u c m i o np r o v i d e s e f f i c i e n tm a n a g e m e n to fs t o r a g ef o ra l lt y p e so fl e a r n i n go b j e c t s ，c o n v e n i e n ta c c e s sf o ra l lu s e r s ，a n d e v a l u a t i o no fr e s o u r c e sv i s i tf o rt e a c h i n gm a n a g e r s ，s o 嬲t oe n h a n c et h eu t i l i z a t i o no fe d u c m i o nr e s o u r c e s a n dp r o m o t et e a c h i n gr e s o u r c e ss e r v et h ea c t u a lt e a c h i n gs y s t e mb e t t e r c u r r e n t l y , as u b s t a n t i a la m o u n to fr e s e a r c hh a sm a d eh o m ea n da b r o a db a s e do ni n t e r n a t i o n a li p v 4 e d u c a t i o nr e s o u r c e sa n dt h er e s e a r c hr e s u l t si sr i c h t h e s ef i n d i n g sa r em e a n i n g f u lt os c i e n t i f i cr e s e a r c h a n di t sa p p l i c a t i o n t h e yn e e dt ot r a n s i tt ot h eu p c o m i n gi p v 6n e t w o r k t h i se s s a ya n a l y s et h er e l m i o n b e t w e e nn e tt e a c h i n gr e s o u r c e sa n di p v 6a c c o r d i n gt ot h er e a ld e m a n do ft r a n s i t i o nf r o mi p v 4t oi p v 6 ，t h e i m p a c to fi p v 6t r a n s i t o r yt e c h n o l o g i e so nn e tt e a c h i n gr e s o u r c e s ，a n df i n dt h es t r u c t u r e 、 f u n c t i o na n d m e t h o do fn e t w o r kt e a c h i n gr e s o u r c e sf o rt h et r a n s i t i o no ft e c h n o l o g y t h em o d e lw ec o n s t r u c t e dh a sp a s s e dt h et e s to fp r a c t i c e ，f o re x a m p l e ，h e n a nn o r m a lu n i v e r s i t yh a s 1 1 i b e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e dt e a c h i n gr e s o u r c e sf o r t h et r a n s i t i o no ft e c h n o l o g yi nt h ep r a c t i c eb a s e do n i p v 6 ，w h i c hp r o v e st h ee f f e c t i v e n e s sa n dv a l u eo fa p p l i c a t i o no ft h em o d e lc o n s t r u c t e d k e y w o r d s ：i p v 6 ，t e a c h i n gr e s o u r c e s ，t r a n s i t i o n a lt e c h n o l o g y 1 v 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河南师范大学或其他教育机构的学位或证书 所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 虢二熏。毡f i 期：兰堕 签名： 葱! ：型 期：竺! 生。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河南师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河南师 范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 签名：导师签名：期： 7 1 前言 一 月l j声 i p v 6 被称为是下一代网际协议【1 1 。互联网的协议和技术是在2 0 世纪7 0 年代和8 0 年代时发展起来的，目前一直使用的互联网协议是i p v 4 。但由于网络的发展，现行的 i p v 4 已越来越不能满足各种网络应用的需要了，产生了许多制约网络发展的瓶颈。面 对这些事实，我们现在要做的工作已经不是去讨论需不需要替换现有协议的问题了，而 是应该研究如何安全地、渐进地、无伤害地由基于i p v 4 的现有网络过渡到下一代i p v 6 网络【2 1 。因此，本文从互联网的历史和发展入手，通过对i p v 4 协议和i p v 6 协议基本原 理的分析，对从i p v 4 到i p v 6 的过渡技术与实现做一些探索性的研究，本论文的主要工 作如下： 1 、简述互联网的历史和发展以及互联网在中国的发展和现状，同时阐述下一代网 络协议i p v 6 的发展历史极其优越性； 2 、对现行的i p v 4 协议进行分析，通过分析了解到它的局限性； 3 、了解i p v 6 寻址、i p v 6 报头结构、i c m p v 6 机制、邻节点发现和i p v 6 路由等进行 初步分析； 4 、对i p v 4 到i p v 6 的过渡技术进行分析，特别是对现在使用得较多的双协议栈技 术、隧道技术和翻译转换技术进行研究，探讨其机理： 5 、通过将教学资源库连接到i p v 6 实验床，以验证i p v 4 到i p v 6 过渡技术的实现方 法，建立真实的实验环境。 第一章绪论 第一章绪论 现有的互联网是在i p v 4 协议的基础上运行。i p v 6 是下一版本的互联网协议【3 】，它 的提出最初是因为随着互联网的迅速发展，i p v 4 定义的有限地址空间将被耗尽，地址 空间的不足必将影响互联网的进一步发展。为了扩大地址空间，拟通过i p v 6 重新定义 地址空间。i p v 4 采用3 2 位地址长度，只有大约4 3 亿个地址，估计在2 0 0 5 2 0 1 0 年间将 被分配完毕，而i p v 6 采用1 2 8 位地址长度，几乎可以不受限制的提供地址。按保守方 法估算i p v 6 实际可分配的地址，整个地球每平方米面积上可分配1 0 0 0 多个地址。在i p v 6 的设计过程中除了一劳永逸地解决地址短缺问题以外，还考虑了在i p v 4 中解决不好的 其它问题。i p v 6 的主要优势体现在以下几方面：扩大地址空间、提高网络的整体吞吐 量、改善服务质量( q o s ) 、安全性有更好的保证、支持即插即用和移动性、更好实现多 播功能。 1 1i p v 6 技术产生的历史背景 2 0 世纪9 0 年代，移动通信和互联网技术突飞猛进，全球互联网用户数突破了5 亿， 目前己近1 2 亿。无论在技术还是在发展速度，互联网获得的巨大成功是不争的事实【2 9 1 。 然而在新世纪初，互联网在前进的道路上面临着一系列的挑战。 传统的i p ，即i p v 4 ( i pv e r s i o n 4 ) 定义i p 地址的长度为3 2 位，i n t e n r e t 上每个主机都 分配了一个( 或多个) 3 2 位的i p 地址1 3 。3 2 位的地址在d a r p a 时代的互联网络看来还 是足够使用的，同时网络地址的分类( a ，b ，c ，d ，e 类) 和提取也提高了路由的效率。 但是在8 0 年代早期，即使是最有远见的t c p i p 开发者们也没有预料到互联网会有后来 的爆炸性的增长。 i n t e m e t 的设计者们没有想到今天i n t e m e t 会发展到如此大的规模，更没有预测到今 天i n t e m e t 因为发展规模所陷入的困境。1 9 8 7 年统计表明可能将来需要分配多达1 0 0 ，0 0 0 个网络，然而早在1 9 9 6 年这个记录已经被打破。自从1 9 9 2 年以来，特别是w w w 服 务普及之后，网络节点的数目开始几何级数的增长。 地址短缺问题的根源有绝对的一面也有相对的一面。绝对的一面就是3 2 位的空间 是十分有限的；相对的一面就是，尽管现行的3 2 位i p v 4 的地址结构可以为1 6 7 0 万个 3 基于i p v 6 的教学资源库过渡技术研究 网络上的超过4 0 亿台主机分配地址，但实际上的地址分配效率远远达不到这个数值， 甚至在理论上也不可能。网络增长不仅导致地址总数量的不够，也导致路由表的迅速膨 胀。 i p n g ( i pn e x tg e n e r a t i o n ) i h - j 题就是在i p v 4 的地址空间出现危机时提出的【4 j ，地址即 将耗尽和路由表的过度膨胀是促使i p n g 问题产生的直接原因。但是i p n g 试图解决许多 问题。i p v 4 协议是在十几年前设计的，当时的互联网远远没有达到今天的规模，网络 连接的速度十分有限，网络应用的类型也比较单一，以文本数据的传输为主。互联网商 业化，特别是w w w 发明以来，互联网在规模和应用上发生了革命性的变化。声音、 图像、甚至触觉都己经或者即将进入互联网络，在分组交换网络中传输这些业务希望具 有实时特性，纯粹的b e s te f f o r t 的传输己经很难满足要求：其次，可连接规模的扩大， 导致安全成为日益重要的问题，人们希望能够确认信息的确发给了正确的节点，同时还 不希望在传输的中途被截留或者监听；再者，人们一直幻想在任何时间( w h e n e v e r ) 任何 地点( w h e r e v e r ) 同任何人( w h o m e v e r ) 进行通信，随着通信技术的迅速发展，移动性成 为对未来互联网的重要期望。因此i p n g 的目标是设计一个全新的互连网络协议。9 0 年 代初，人们开始讨论新的互联网络协议。i e t f 的i p n g 工作组在1 9 9 4 年9 月提出了一 个正式的草案，”t h er e c o m m e n d a t i o nf o rt h ei pn e x tg e n e r a t i o np r o t o c o l ”，1 9 9 5 年底确定 了i p n g 的协议规范，分配了版本号6 ( 版本号5 已经被分配另一种草案) ，称为，i pv e r s i o n 6 ”( i p v 6 ) ，同现在使用的版本4 相区别；1 9 9 8 年又作了较大的改动。 简而言之，在可以预见的将来，i p v 6 充裕的( 1 2 8 位) 地址空间为支持因特网的预期 增长与发展提供了足够数量的全球唯一地址。然而，正如下文所述，i p v 6 远远不只是 提供更多i p 地址的一个软件修改。 对新型i n t e m e t 协议的需要已为网络业界所充分认识并普遍接受。更多的地址空间、 i p 层上更简单的地址设计与处理、更好的q o s 支持、更强的安全性、更多的媒体类型 与使用因特网的设备，以上种种需要均推动着i p v 6 的发展。 具体而言，i p v 6 网络技术在全球及教育网应用带来了以下一些新的问题【5 】： 1 ) 数量庞大的网内节点。理论上，i p v 6 的子网可以有2 6 4 个节点，这样从效率角 度考虑就不能再使用诸如p i n g 的方法去逐个测试各节点是否存在。 2 ) 本地链路地址作为路由地址。i p v 6 路由表的下一跳地址一般为本地链路地址 ( l i n kl o c a la d d r e s s ) ，而不是全局地址( g l o b a lu n i c a s ta d d r e s s ) ，这样就不能仅仅根据路 4 第一章绪论 由表来确定路由器之间的连接关系。 3 1 混合网络和双栈节点问题。从i p v 4 向i p v 6 的过渡将持续很长一段时间，在这段 时间内将存在i p v 4 和i p v 6 的混合网，例如由t u n n e l ( 隧道) 技术将i p v 6 孤岛( i p v 6i s l a n d ) 连到一起。t u n n e l 由i p v 4 骨干网构成，在边界上是配有双栈( 即i p 层同时存在i p v 4 和 i p v 6 两种协议栈) 的路由器。如何判断t u n n e l 的存在，以及t u n n e l 的入口和出1 3 成为混 合网络拓扑发现的一个主要问题。 4 ) 在今后的几年中，i p v 6 的网络规模越来越大，支持i p v 6 的设备及应用越来越多， 和i p v 6 网络相关的新兴研究课题越来越受到人们的重视，在这些研究中，针对i p v 6 骨 干网络的架构及相关产品的应用是其中一个重要内容，本文的工作主要为找到实现教学 资源库过渡到i p v 6 网络架构的实现方式，然后用这种实现方式服务于教育行业，服务 于高校校园网。 1 2ip v 6 的发展现状 从区域上看，目前美国和欧洲国家对i p v 6 的发展以研究和实验为主体，日本和韩 国等亚洲国家则在i p v 6 的商用及业务开展方面处于领先地位，中国起步晚于日本和韩 国等国，但是中国互联网和通信市场的巨大空间和前景，都使中国有机会、有潜力成为 未来i p v 6 产业化进程中举足轻重的一部分。以下部分将简要介绍i p v 6 在全球各主要区 域与国家的发展状况【6 1 。 1 2 1i p v 6 在美国 美国是i p v 4 的发源地，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，也不愿意改动花费巨资构建的i p v 4 商业网络体系，所以美国主要以 i p v 6 研究、协调中心的面目出现。比较典型的i p v 6 网络有美国能源网络6 b o n e 、6 r e n 、 e s n e t 和i n t e n e t 2 ( a b l e n e ) 等。 1 、6 b o n e 6 b o n e 于1 9 9 6 年8 月由i e t f 创建，是世界上成立最早，也是迄今规模最大的全球 范围的i p v 6 示范网。到2 0 0 2 年，6 b o n e 的规模已经扩展到包括中国在内的5 7 个国家 和地区，连接了近千个结点，成为i p v 6 研究者、开发者和实践者的主要平台。 基于i p v 6 的教学资源库过渡技术研究 2 、6 r e n 为了加速i p v 6 向实用化的方向迈进，1 9 9 8 年1 2 月，i e t f 的i p n g 和n g t r a n s 工 作组提出建立全球性的i p v 6 研究与教育网6 r e n ( i p v 6r e s e a r c ha n de d u c a t i o nn e t w o r k i n i t i a t i v e ) 。6 r e n 的主要目标是提供高质量的i p v 6 分组传输服务，增加运营i p v 6 网络 的经验，促进i p v 6 网络的部署以及测试早期的i p v 6 应用。 在6 r e n 不断发展期间，为了更好地支持6 r e n 参与者之间的纯i p v 6 对等互连， c a n a r i e 和e s n e t 在1 9 9 9 年初共同发起了一个称为i p v 6 交换的计划6 t a p ，它以s t a r t a p 为依托，由e s n e t 提供路由服务和运营管理， c a n a r i e 提供路由服务器和注册服务，建 立了一个以a t m 交换机为中心的i p v 6 洲际网络。 1 2 2i p v 6 在欧洲 欧洲的移动通信事业相当发达，因此它们在i p v 6 的研究和商业化应用方面更注重 移动通信领域的扩展，采取的是“先移动，后固定 的基本战略，在第三代移动网中率 先引入i p v 6 。 l 、欧洲6 i n i t 6 i n i t 项目开始于2 0 0 0 年1 月，该项目由欧盟第5 框架创建，其创建的目标是促 进欧洲i p v 6 网的多媒体和安全服务。6 i n i t 的外部i p v 6 网络通过t e l e b i tt b c 2 0 0 0 连接， 内部的单播和组播路由在f r e e b s d 3 5 p c 路由器上实现，而主机采用了基于l i n u x 、 w i n d o w 2 0 0 0 、s o l a r i s 8 和f r e e b s d 3 5 的i p v 6 客户端。 2 、欧洲6 n e t 和e u r 0 6 i x 2 0 0 2 年1 月，欧洲同时启动了两个为期3 年的i p v 6 研究与实施计划：6 n e t 和 e u r 0 6 i x 试验网。在6 n e t 计划中，将至少有1 1 个国家级的研究和教育网络在速率高 达2 5 g b s 的链路上建立纯i p v 6 网络。在e u r 0 6 i x 试验网计划中，欧洲主要的电信运营 商将携手建立一定数量的i p v 6 交换节点，以支持i p v 6 在欧洲范围内的快速引入， e u r 0 6 i x 项目由西班牙的t e l e f o n i c a 领导。 3 、欧洲a n d r o i d 该项目由英国电信领导，项目的目的是：验证在基于i p v 4 f l p v 6 的基础设施上提供 可以管理的、易于扩展的、可以支持按需i p 服务的网络结构。a n d r o i d 网络使用了 r e n a t e r 、6 b o n e 和6 n e t 作为骨干网。 6 第一章绪论 4 、法国r e n a t e r 2 r e n a t e r 2 是法国的i p v 6 科学网，骨干网使用a t m 交换机连接，同时连接到 6 b o n e 、捷克研究网络t e n 1 5 5 、美国、加拿大和日本的试验网。 另外还有法国的a i r s + + ，北约i n s c 试验网和g e a n t ，欧洲第一个i p v 6 商用网一 瑞典s k a n o v a 于2 0 0 1 年1 1 月启动。 1 2 3i p v 6 在日本 日本虽然是互联网的后起国家，但由于电子设备和信息家电产业高度发达，对i p 地 址迫切需要，因此在i p v 6 研究和应用方面步伐大、速度快，而且在i p v 6 商业化推广方面 一直走在世界前列。2 0 0 0 年9 月，日本政府把i p v 6 技术的确立、普及与国际贡献作为政 府的基本政策公布，1 1 月将现有网络推进、过渡至1 i p v 6 网络作为“i t 基本战略”中的重 点政策“超高速网络建设和竞争政策 的具体目标。 2 0 0 1 年3 月，明确规定在2 0 0 5 年完成互联网向i p v 6 的过渡，投巨资支持i p v 6 ，全面部 署实施i p v 6 的网络环境，让所有家庭与光纤网连接，让所有家电产品都能上网，使日本 的网络普及率提高到全球最高水平。 日本政府为了发挥产学研组织的作用，早在1 9 8 8 年就成立了互联网及广域网的产学 研联合研究开发组织w i d e ，而且该组织正发展成为一个国际性i p v 6 研究组织。2 0 0 1 年， 在日本政府的支持下，又成立了另一个产学研组织一i p v 6 普及及推进协会，旨在推动i p v 6 的产业化形成。日本政府还专款投入，重点支持了一些项目，包括下一代网络标准i p v 6 的制定，互联网信息家电的研究开发，建立日本千兆位网( j g n ) 等。 在全球i p v 6 商用服务、产品及应用开发方面，日本目前处于领先地位。2 0 0 1 年日本 就己经推出了纯i p v 6 实验业务，同年n t t 在全球第一个推出了i p v 6 商用服务。其他各大 运营商及i s p 也纷纷搭建i p v 6 网络，目前，日本已经有1 0 多家运营商及i s p 提供i p v 6 商用 服务。 此外，w i d e 项目将在东京建立超过2 0 个i s p 直接互连在一起的试验性i p v 6 i x 网 ( i n t e m e te x c h a n g e ) ，这也是世界上最大的i p v 6 i x 之一。 在日本政府的大力支持下，企业研发和生产支持i p v 6 产品的热情空前高涨。 7 基于1 p v 6 的教学资源库过渡技术研究 1 2 4i p v 6 在韩国 韩国政府引导i p v 6 技术的发展，特别是m i c 从2 0 0 0 年开始对i p v 4 i p v 6 过渡技术进行 投资，使韩国的i p v 6 实验床研究非常活跃。韩国信息通信部声称正加紧创造环境引入 i p v 6 ，并提出“下一代互联网基础计划”。该部门计划投资4 6 8 亿韩元政府预算和3 6 8 亿 韩元私人投资来开发支持i p v 6 的产品，包括高端路由器、i m t - 2 0 0 0 终端以及相关应用。 韩国己制定了i p v 6 的演进过程，共分四个阶段。第一阶段( 至2 0 0 1 年) 建立i p v 6 试验 网，开展验证、运行和宣传工作；第二阶段( 2 0 0 2 2 0 0 5 年) 建立i p v 6 岛，与现有i p v 4 网络 互通，在i m t - 2 0 0 0 上提供i p v 6 报务；第三阶段( 2 0 0 6 2 0 10 年) 建立i p v 6 大网，原i p v 4 大网 退化为i p v 4 岛，与i p v 6 大网互通，提供有线和无线的i p v 6 商用服务；第四阶段( 2 0 1 1 年以 后) 演进成一个单纯完整的i p 、，6 网。 目前，韩国e t r i 已经开发t i p v 6 多播视频会议和视频流业务，n c a 己经开发了 v o l p v 6 ，另外开展了一些宽带i n t e m e t 业务，如在线网络游戏、网络银行、网络教学和实 时v o d 等。6 t a l k 目前正在开发i p v 4 i p v 6 过渡技术，6 a n t s 在开发网络自动配置技术， 6 n e a t 在开发i p v 6 应用。 韩国的i p v 6 网络有6 b o n e k r ( 1 9 9 8 ) ( e t r i ) 、k o r e ni p v 6 ( 1 9 9 9 ) ( k t ) 和 t e i n ( t r a n se u r a s i ai n f o r m a t i o nn e t w o r k ) ( 2 0 01 ) ，i x 有6 n g i x ( 2 0 01 ) ( n c a ) 。 1 2 5i p v 6 在中国 从2 0 世纪9 0 年代末起，在相关部委科技计划的支持下，一批i p v 6 关键技术研究 课题作为国家重大专项立项，并陆续取得了突破性成果，为中国开展以i p v 6 为基础核 心协议的下一代互联网的研究奠定了较好的基础。与此同时，相关研究机构、高校、厂 商及运营商也已陆续开始跟踪与关注i p v 6 技术发展，投入i p v 6 技术研发，并相继建成 i p v 6 试验床及实验网络，如6 t n e t ( i p v 6t e l e c o mt r i a ln e t w o r k ) 下一代i p 电信实验网、 湖南i p v 6 实验网、中国电信集团i p v 6 实验网、中国高性能宽带信息网、中国教育与科 研c e r n e ti p v 6 试验网和中科院i p v 6 城域网等，在i p v 6 核心技术研发、协议标准制 定、组网、过渡策略、测试、应用示范和商业模式探讨等方面积累了宝贵的知识与经验。 国家支持建设的中国下一代互联网示范工程( c n g i ) 的核心网c e r n e t 2 已经于2 0 0 4 年 底开通。 8 第一章绪论 c e r n e t 国家网络中心于1 9 9 8 年6 月加入6 b o n e ，同年1 1 月成为其骨干网成员。 试验床从6 b o n e 获得p - t l a ( p s e u d o t o pl e v e la g g r e g a t i o n ，顶级聚类) 3 f f e ：3 2 0 0 ：2 4 的地址空间，并且建立了5 条以t u n n e l 为基础的国际i p v 6 虚拟链路，直接通达美国、 英国和德国的i p v 6 网络，几乎与所有现有的6 b o n e 成员间接地互连。试验床按地区分 配n l a li d ( n e x tl e v e la g g r e g a t i o n ，l e v e l1i d e n t i f i e r ，次级聚类) 。目前，学生试验部 分3 f f e ：3 2 2 0 ：2 8 ，通过隧道与清华大学相连，并开始向c s t n e t 及全社会提供i p v 6 地 址的分配。从3 f f e ：3 2 2 1 ：0 1 ：4 0 开始分配，共1 0 2 4 个大单位可以获得4 0 位前缀的i p v 6 地址块接入隧道；从3 虢：3 2 2 5 ：0 0 0 1 4 8 开始，共6 5 5 3 6 个小单位可以获得4 8 位前缀的 i p v 6 地址块；从3 f f e ：3 2 2 f ：f f f f ：f f f f 0 6 4 开始，共2 6 8 ，4 2 5 ，4 5 6 个人可以获得6 4 位前缀的 i p v 6 地址接入，并保留了2 3 的地址。 此外，台湾地区于2 0 0 2 年8 月起开始启动“e - t a i n w a n 计划”，其中明确制定了互 联网从i p v 4 过渡到i p v 6 的日程表，即到2 0 0 7 年全部更换为i p v 6 。 目前台湾地区h i n e t 开展了大量的i p v 6 多媒体业务，如v o d 、t v 和娱乐等。另 外还进行一些实验，如在i p v 6 网络上进行远程科学g r i d 的建立实验，i t r i 也基于i p v 6 进行s i p e n u m 的试验。台湾地区的i p v 6 网络有t a n e t 等，有t w i x 和a s n e t 等。 1 3 课题研究的背景和意义 采用长度为1 2 8 位i p 地址的i p v 6 协议，彻底解决了i p v 4 地址不足的难题，并且 在地址容量、安全性、网络管理、移动性以及服务质量等方面有明显的改进，是下一代 互联网络协议的核心标准之一。i p v 6 与i p v 4 不兼容，但他同所有其他的t c p i p 协议 族中的协议兼容，即i p v 6 完全可以取代i p v 4 t ”，但是从i p v4 网络过渡到i p v 6 网络需 要相当长的时间，现阶段只能建立i p v 4 i p v 6 共同存在的网络环境。在i p v 6 成为主流协 议之前，首先使用i p v 6 协议栈的网络希望能与当前仍被i p v 4 支撑着的i n t e m e t 进行正 常通信，因此必须开发出i p v 4 i p v 6 互通技术以保证i p v 4 能够平稳过渡到i p v 6 。此外， 互通技术应该对信息传递做到高效无缝。国际上i e t f 组建了专门的n g t r a n s 工作组 开展对于工p v 4 i p v 6 过渡问题和高效无缝互通问题的研究。目前已经出现了多种过渡 技术和互通方案，主要有双协议栈技术，隧道技术，n a t - p t 技术等。这些技术各有特 点，用于解决不同过渡时期、不同环境的通信问题，有些己经相当成熟并形成了i u c ， 有些还只是作为i n t e m e td r a f t 有待完善。n a t - p t 技术主要解决的是支持i p v 4 单协议节 q 基于l p v 6 的教学资源库过渡技术研究 点的主机和支持i p v 6 单协议节点的主机之间互通的问题。 1 4 论文的结构 i p v 6 取代i p v 4 是必然的趋势，但这个过程不可能一墩而就，在很长一段时间内， i p v 4 与i p v 6 需要共存。我们面临的主要问题不是i p v 6 本身的问题，而是如何渐进地、 无伤害地解决过渡期节点的通信问题，同时尽可能减少过渡的成本问题。这种通信既包 括纯i p v 4 主机与纯i p v 6 主机的互连，也包括i p v 4 i p v 6 双栈主机与i p v 4 主机或i p v 6 主机的互联通信等不同的网络状况。针对不同的通信情况，具有不同的解决方案。本课 题着重于研究i p v 4 与i p v 6 网络互联技术，提出了不同环境下的解决方案，最后通过模 拟实验进一步证明了方案的可行性。 因此，本文主要是对i p v 4 到i p v 6 的过渡技术进行一些探索性的研究与实践， 主要工作内容如下： 第1 章介绍i p v 6 技术产生的历史背景和i p v 6 的发展现状。 第2 章对i p v 6 协议进行详细的研究，探讨i p v 4 的局限性、i p v 6 的新特性。对i p v 6 寻址、i p v 6 报头结构、i p v 6 地址、i p v 6 安全技术和i p v 6 路由技术等进行初步的分析。 第3 章介绍了教学资源库系统，其中包括教育资源库概述、教学资源库建设的原则、 教学资源库的建设的具体工作等内容。 第4 章分析了教学资源库过渡技术，设计了在不同网络环境下教学资源库过渡技术 的解决方案，着重提出了协议翻译的过渡技术中的n a t - p t 机制。 结束语对全文作了总结工作，并对i p v 6 相关技术作出了展望。 1 5 研究内容 作者通过在日常学习和研究中对i p v 4 和i p v 6 协议的深入理解的基础上，认识到 i p v 6 在解决当前网络地址不足等问题中的重要性及其巨大的发展前景，同时作者对现 存的三种过渡机制：双协议栈技术，隧道技术，翻译技术进行了全面深入的分析和研究， 通过技术对比和对当前这三种协议在实际中应用发展状况的理解和预测，认为在解决教 学资源库在i p v 4 和i p v 6 互通的问题上，n a t - p t 相比与其他方法，可以从根本上解决 两种协议之间的通信，无论在i p v 6 的成长期还是在最后的成熟期，都能实现i p v 4 向i p v 6 1 0 第一章绪论 的平滑过渡，使i p v 6 最终完全替代i p v 4 成为可能。作者在r f c 的基础上，在研究中 将i p v 4 到i p v 6 过渡技术和教学资源库功能及应用相结合，通过搭建教学资源库实验系 统平台和网络环境，很好的在实际操作中对教学资源库在i p v 4 到i p v 6 过渡时期的应用 进行了模拟实验，使教学资源库能够平滑的从i p v 4 过渡到i p v 6 ，得到了预期的效果。 第二章i p v 6 和i c m p v 6 第二章i p v 6 和i c m p v 6 2 1i p v 4 向i p v 6 过渡的必要性 2 1 1i p v 4 面临的问题 2 0 世纪的互联网协议随着移动互联网、语音数据的集成以及嵌入式互连设备的快 速发展，以互联网为核心的未来通信模式正在形成。到目前为止，互联网取得了巨大的 成功，而这很大程度上归功于其核心通信协议i p v 4 的高度可伸缩性。i p v 4 的设计思想 成功地造就了目前的国际互联网，并容纳了过去十年中网络规模的几何级数增长，其核 心价值体现在以下方面：简单、灵活和开放性。 但是，新应用的不断涌现使互联网呈现出新的特征，传统的互联网协议i p v 4 ， 已经难以支持互联网的进一步扩张和新业务的特性，比如实时应用和服务质量保证。 i p v 4 的不足体现在以下方面： l 、有限的地址空间 i p v 4 协议中每一个网络接口由长度为3 2 位的i p 地址标识，这决定了i p v 4 的地址 空间为2 3 2 ，理论上大约可以容纳4 3 亿个主机，这一地址空间难以满足未来移动设备和 消费类电子设备对i p 地址的巨大需求量。加之存在地址分配的大量浪费，有预测表明， 以目前i n t e m e t 发展速度计算，所有i p v 4 地址将在2 0 0 5 - - 2 0 1 0 年间分配完。后来研究 人员意识到了i p 地址空间以及分配存在的问题，并开发了一些新技术来改善地址分配 和减缓i p 地址的需求量，比如c i d r 和n a t 。这些技术一定程度上缓解了地址空间被 耗尽的危机，但为基于i p 的网络增加了复杂性，并且破坏了一些i p 协议的核心特性， 比如端到端原则，因此不能从根本上解决i p v 4 面对的困难。 2 、路由选择效率不高 i p v 4 的地址由网络和主机地址两部分构成，以支持层次型的路由结构。子网和c i d r 的引入提高了路由层次结构的灵活性。但由于历史的原因，i p v 4 地址的层次结构缺乏 统一的分配和管理，并且多数i p 地址空间的拓扑结构只有两层或者三层，这导致主干 路由器中存在大量的路由表项。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个瓶颈。同时，i p v 4 数据包的报头长度不固定，因此难以利 1 3 基于i p v 6 的教学资源库过渡技术研究 用硬件对提取、分析路由信息，这对进一步提高路由器的数据吞吐率也是不利的。 3 、缺乏服务质量保证 i p v 4 遵循b e s te f f o r t 原则，这一方面是一个优点，因为它使i p v 4 简单高效：另一 方面它对互联网上涌现的新的业务类型缺乏有效的支持，比如实时和多媒体应用，这些 应用要求提供一定的服务质量保证，比如带宽、延迟和抖动。研究人员提出了新的协议 在i p v 4 网络中支持以上应用，如执行资源预留的r s v p 协议和支持实时传输的 i h p 册c p 协议。这些协议同样提高了规划、构造i p 网络的成本和复杂性。 4 、缺乏对移动通信的支持 i p v 4 在设计之初并没有考虑到终端设备的移动性，随着工作和计算机对于移动性 要求的与日俱增，i p v 4 虽然也做出了一些改变以适应这种需求，但是i p v 4 基本协议和 移动i p v 4 协议是两个相对分离的部分，而且由于i p v 4 协议本身的缺陷和地址缺乏等原 因造成了在i p v 4 上实现移动i p 还存在诸多问题。 2 1 2i p v 6 的特点 为了克服i p v 4 的以上不足，i e t f 从九十年代初开始制定i p v 6 协议，1 9 9 8 年i p n g 工作组正式公布r f c 2 4 6 0 标准。i p v 6 继承了i p v 4 的端到端和尽力而为的基本思想，其 设计目标就是要解决i p v 4 存在的问题，并取代i p v 4 成为下一代互联网的主导协议。为 实现这一目标，i p v 6 具有了以下特征： l 、1 2 8 位地址空间 i p v 6 的地址长度由i p v 4 的3 2 位扩展到1 2 8 位1 8 】，据预测，这样庞大的地址空间可 以在2 0 2 0 年之前满足互联网的增长，即使所有的移动电话和手表都分配一个i p 地址并 联入国际互联网。另一个值得考虑的因素是地址分配。i p v 4 时代互联网地址分配的教 训使人们意识到即使有1 2 8 位的地址空间，一个良好的分配方案仍然非常关键。因此， 有理由相信在i p v 6 时代i p 地址可能会得到更充分的利用。 2 、层次化的地址结构 i p v 6 采用类似c i d r 的地址聚类机制层次的地址结构。为支持更多的地址层次，网 络前缀可以分成多个层次的网络，其中包括1 3 比特的t l a i d 、2 4 比特的n l a i d 和 1 6 比特的s l a i d 。一般来说，i p v 6 的管理机构