IPv6在下一代互联网中的应用研究.doc

IPv6 在下一代互联网中的应用研究孙 宇（环境保护部信息中心，北京 100035）The Application Research of IPv6 in the Next Generation InternetSUN Yu(IT center of MEP,Beijing 100035,China)Abstract: The next generation Internet，based on IPv6 technology and communication protocols，is an important infrastructure for the future information society. IPv6 is the Internet Protocol of the improvement and perfection of IPv4, which will further promote the development of existing business and applications. This paper simply illustrates the Basic Overview of the next generation Internet，analyzes the three stages which is transition from IPv4 applicationapplications of IPv6 in the next generation Internet.Key words: IPv6;the next generation Internet;applicationstoIPv6 application needed. At last, this paper researches the main590 引言随着 I C T 融合逐步深入，承载大颗粒流量应用 （IPTV、VoIP、物联网、3G、LTE 等）各种终端不断接 入互联网，其在消耗 I P 地址的同时，也在加速 I P v6 时代的到来。工业和信息化部电信研究院的调研报告 显示，未来五年我国将需要海量的 IP 地址，其中，移 动互联网需求量为 10 亿，物联网预计需求量为 100 亿，IP 地址需求总量高达 345 亿。因此，加快 IPv6 推 广应用步伐是下一代互联网发展亟待解决的问题。以用这个高清系统。效果就非常稳定、非常安全。如今许多国外电信运营商已经建立基于 IPv6 的下一代互 联网，并开始提供接入服务，许多国家把加快信息网 络建设作为提高本国国际地位和增强世界市场竞争能 力的重大举措。正在使用的第一代互联网基于 IPv4 协议，它可以 提供的 I P 地址大约为 40 多亿个，但是随着网络的飞 速发展，全球互联网 I P 地址管理机构 ICANN 于 2011 年 2 月 4 日在美国迈阿密发表新闻公报正式宣布，基 于互联网通信 IPv4 协议的最后 5 组地址已经被分配给 了全球 5 大区域互联网注册管理机构，I P v4 地址总库已经配罄。下一代互联网由于使用的是 Ipv6 地址协议， 它采用 128 位编码方式，这就使得互联网地址资源非 常充足，任何一个电器都可能成为一个网络终端 ；此 外，下一代互联网还解决了现有互联网无法知道每一 个数据来源的不足，这就让网络更具有安全性。在下一代互联网里，所有的数据分组从哪里来，1 基于 IPv6 的下一代互联网基于 IPv6 的下一代互联网是指采用 IPv6 技术和通信协议，建设由“千兆级交换节点 (Gigapop )”互联 构成的大容量互联网络，它是未来信息社会的重要基 础设施，从速度看，它要比现在的互联网快 1000 倍 以上。在下一代互联网支持下，高清会议系统就会从 一两路变成可以支持成百路、上千路，千家万户都可2 0 1 3 . 0 2 摘 要 ：基于 I P v6 技术和通信协议的下一代互联网是未来信息社会的重要基础设施，I P v6 是相对于 I P v4 的改进和完善，将进一步推动现有业务和应用的发展。简单介绍了基于 I P v6 的下一代互联网的基本情况，综合分析了从 I P v4 应用过渡 到 IPv6 应用所需经过的三个阶段，深入研究了 IPv6 在下一代网络中的主要应用。关键词 ：IPv6 ；下一代互联网 ；应用2 0 1 3 . 0 2 C OMPUTER S E C U R I T Y学 术 . 技 术 到哪里去，大家都是知道的。这样的话，所有网络上的各种行为都是可控的，是可知的。这个对互联网的 可信度大大提高。下一代互联网的特征是“更大、更 快、更安全、更及时、更方便、更可管理和更有效”。 “更大”指采用 I P v6 协议使得下一代互联网具有无比 巨大的地址空间和网络规模，以及接入网的终端种类 和数量以及应用都将极其广泛 ；“更快”指可以实现100Mbps 以上的端到端高性能通信 ；“更安全”指具 有数据加密功能，实现一个可信任的网络 ；“更及时” 指可以提供组播服务，进行服务质量 (QoS) 控制，开 发出大规模实时交互应用 ；“更方便”是指可提供无 处不在的移动和无线通信应用 ；“更可管理”指可实 现有序的管理和及时的维护 ；“更有效”指更有效的 运营和更有效的盈利模式。发展基于 IPv6 的下一代互联网需要解决以下四个 关键技术和问题 ：(1) 服务质量 (Quality of Service，QoS) 问题 为了满足电视会议、可视电话和点播电视 (VOD)等多媒体和宽带通信业务的应用需求，保证在 IP 网络 上传输实时数据时能够拥有足够的带宽和最大的延迟 时间，IETF 在提出 IPv6 草案中就考虑到了对 QoS 的支 持。IPv6 对 QoS 的支持主要反映在 IPv6 的包头中定义 的两个重要参数 ：业务类别 (traffic class) 域和数据 流标志 (flow label) 位。如何针对具体业务的要求，对业务进行分类和/ 或进行资源预留，来实现服务质量要求的协议机制， 是发展下一代互联网应解决的首要问题。(2) 网络层安全性问题IETF 在设计下一代互联网协议 (IPv6) 时，增加了 对网络层安全性的要求，设计了 IPSec 协议 (IP 安全)，并规定所有的 IPv6 实现必须支持 IPSec。IPSec 在 IP 层上对数据包进行了高强度的安全处理，提供数据源 地址验证、无连接数据完整性、数据机密性、抗重播和有限业务流加密等安全服务。各种应用程序可以享用 IP 层提供的安全服务和密钥管理，而不必设计和实现自己的安全机制，因此减少了密钥协商的开销，也 降低了产生安全漏洞的可能性。IPSec 可以连续或递 归应用，在路由器、防火墙、主机和通信链路上配置， 实现端到端安全、虚拟专用网络 (VPN) 和安全隧道技 术。安全性既涉及网络安全也涉及信息安全，如何满 足 IPv6 对网络层安全性的要求，是发展下一代互联网 应注意的最关键问题。(3) 地址空间的规划和管理问题 从网络设计的角度来看，地址空间并非越大越好，因为地址空间大都是要付出代价的，即在信息的传输 和地址的处理等方面都将付出代价。正确的做法是， 先对需求做出客观的估计，同时确定地址的分配原则， 然后再来确定真正的地址空间大小。与 IPv4 地址的设 计存在同样问题的是，I P v6 地址的设计也没有严格遵 照需求来规划，在地址分配方面却只给出了一个极为 粗略的原则。I P v6 的地址肯定够用，但地址设计的合 理性则是有疑问的。合理的地址规划将大大提高地址的寻址效率，大 大减小路由表中的路由条目，从而极大地提高 IP 网络 的性能，因此如何合理对 IPv6 地址进行规划仍然是大 问题。(4) 移动 IPv6 问题对于 IP 网的移动性来说，它主要涉及非实时业务 和实时业务的两大类，这两类业务对协议的要求是不 同的。对于非实时业务而言，在通信过程中，不论个 人、终端或系统移动到何处，业务的通信连接 (TCP 连接 ) 必须保持不断，而传输时延不是关键参数，采 用迂回路由是可以接受的 ；对实时业务而言，传输时 延是一个极其重要的参数，它不能容忍采用三角迂回 路由进行通信，在这方面，I P v4 很难处理，I P v6 的解 决办法则有可取之处。因此，I P 网上对个人的移动性、终端的移动性和60C OMPUTER S E C U R I T Y学 术 . 技 术 系统的移动性的支持问题，也是发展下一代互联网时需要解决的关键问题之一。渐过渡到 I P v6 ；同时为了适应和促进现代网络的快速发展，I P v6 将充分发挥其巨大地址空间及其他特点， 开发出更多适应网络发展的新应用，促进网络发展。2 IPv4 应用向 IPv6 应用的过渡网络应用己经经历了三个阶段 ：主机 / 终端模式、客户机 / 服务器模式（简称 C/S 模式）、浏览器 / 服 务器模式（简称 B / S 模式）。传统的主机 / 终端模式 是一种集中式计算模式，目前己逐渐退出主流。从 技术发展趋势上看，可以认为 B / S 模式最终将取代 C/S 计算模式，但考虑到已形成的网络现状，在今后 的一段时间内，网络应用模式很可能是 B / S 模式与 C/S 模式同时存在的混合模式。在 IPv4 应用向 IPv6 应用过渡的过程中，由于 IPv6 需要系统支持而应用程序与系统无关、D N S 不能表明 使用哪种 IP 协议版本、同一应用程序有多个版本时使 用者为未知的 IP 选择正确的版本十分困难等原因，导 致了 I P v4 应用不能直接过渡到 I P v6 应用，需要分阶 段按顺序逐步实现过渡。目前 B / S 模式与 C / S 模式混合使用，I P v4 应用 向 IPv6 应用需要经过以下三个阶段 ：(1) 将简单通用性强的低成本应用过渡到 IPv6 在不需要过渡成本或只需要极低过渡成本的情况下，将那些通用的简单应用过渡到 I P v6，使得人们开 始对 IPv6 网络有所认识，并开始使用 IPv6。(2) 开发基于 IPv6 平台的应用为了展现 IPv6 新特性，在开发成本不高的情况下， 开发一些具有 I P v6 特色的新应用，促进 I P v6 网络的 发展。如目前使用 IPv6 的网络视频、网络资源下载等， 由于其具有流畅的画面和高速的下载速度而受到广大 用户的喜爱。(3) 关键 IPv6 应用的过渡和决定性 IPv6 应用的开 发随着过渡的进行，I P v6 网络上的应用将按照先简单后复杂，先低成本后成本逐渐增加的过渡顺序，逐3 IPv6 在下一代互联网中的主要应用随着网络的发展和技术的成熟，基于 IPv6 的下一代互联网不但可以支持现有 IPv4 网络上所提供的所有 业务，还能充分支持丰富多样、个性化、无处不在的 各种创新业务，如远程应用业务（远程教育、远程医 疗、远程监控）、宽带接入业务（FTTH、LAN、DSL 等）、 视频点播业务（V o D）、移动业务（CDM A1x、GPR S、 WLAN 等）、网络游戏业务、VoIPv6 业务等。IPv6 在下 一代网络中的应用可以概括为以下三类 ：(1)P2P 业务Peer-to-Pee r（P2P）“对等”技术，是一种网络 新技术，依赖网络中参与者的计算能力和带宽，而不 是把依赖都聚集在较少的几台服务器上。P2P 的优势 在于资源共享高效和可扩展性强，能够有效利用网 络中散布的大量闲散资源，可避免中间服务器介入而产生的瓶颈。P2P 的应用可涉及影视下载、媒体广播、 即时通信、实时语音，文件共享，对等计算，协同工 作、搜索、存储与游戏等各种层面。I P v6 拥有无穷尽的海量地址，可以长期拥有一个I P 地址，不仅有助于促进 P2P 业务模式的发展，更利 于实现对称的实时的端到端的业务。I P v6 的海量地址支持及改进的业务解析能力与 Peer t o Peer(P2P ) 对等互联传送能力相组合，将会 对开启未来信息通信网络时代做出新的贡献。例如，I P v6 网络上的游戏真正实现了 P2P 世界，有效增强了 在线游戏的 P2P 特性，为用户带来实时互动沟通的真 实体验，同时通过先进的技术、安全的保障为经营者 创造价值并确保经营的可靠性和稳定性。(2) 家庭业务互联网在全球普及之后“家庭网络”的概念开始612 0 1 3 . 0 2 2 0 1 3 . 0 2 C OMPUTER S E C U R I T Y学 术 . 技 术 出现，一个家庭消费者互联网连接通常依靠一个动态分配的 I P 地址。这个 I P 地址是用户使用拨号调制解 调器连接到一个服务提供商之后由服务提供商分配给 连接计算机的。由于 IPv4 地址空间贫乏，当众多的信 息家电通过家庭网关连入网络时，I P v4 无法为所有信 息家电分配惟一的 IPv4 地址，只能利用诸如 NAT、私 有地址空间等技术来绕过这一限制，但复杂的设置和 管理将严重阻碍用户对于新技术的接受程度。I P v6 具 备海量地址，允许海量终端接入，可以为网络中的每 一台家电分配一个或几个全球惟一的 IP 地址，业务也 可以实现永远在线，这就有利于开展家庭网络、网络 家电、数字家庭、智能家居等业务。采用了 IPv6 技术，不仅可以把家庭中多种网络的 部署简化为只部署 I P v6 网络，在 I P v6 网络上实现其 他家庭网络所提供的功能，更主要的是可以开发新的 家庭网络应用，特别是原来受多种网络异构性所限制 的应用。此外，采用 IPv6 技术之后，家电本身使用和 控制的安全、家电间传输数据的安全亦具备了得到保 障的技术基础。(3) 物联网 物联网要通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，把任何物 品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯。要实现 “一物一地址，万物皆在线”，将需要大量的 IP 地址资 源，就目前可用的 IPv4 地址资源来看，远远无法满足 感知智能终端的联网需求，特别是在智能家电、视频 监控、汽车通信等应用的规模普及之后，地址的需求 会迅速增长。作为下一代网络协议，I P v6 能够提供足够的地址 资源，满足端到端的通信和管理需求，同时提供地 址自动配置功能和移动性管理机制，便于端节点的 部署和提供永久在线业务。然而，在物联网中应用 IPv6，并不能简单地“拿来就用”，而是需要进行一次适配。I P v6 不能够直接应用到传感器设备中，而是需要对 IPv6 协议栈和路由机制进行相应的精简，以满足对网络低功耗、低存储容量和低传送速率的要求