互联网发展趋势毕业论文

下一代互联网发展趋势研究 摘摘要要 互联网已成为支撑现代社会发展及技术进步的重要的基础设施之 一。深刻地改变着人们的生产、生活和学习方式，成为支撑现代社会经 济发展、社会进步和科技创新的最重要的基础设施。互联网及其应用水 平已经成为衡量一个国家基本国力和经济竞争力的重要标志之一。随着 超高速光通信、无线移动通信、高性能低成本计算和软件等技术的迅速 发展，以及互联网创新应用的不断涌现，人们对互联网的规模、功能和 性能等方面的需求越来越高互联网是全球性的。这就意味着我们目前使 用的这个网络，不管是谁发明了它，是属于全人类的。这种 “全球性”并 不是一个空洞的政治口号，而是有其技术保证的。互联网的结构是按照 “包交换”的方式连接的分布式网络。因此，在技术的层面上，互联网绝 对不存在中央控制的问题。也就是说，不可能存在某一个国家或者某一 个利益集团通过某种技术手段来控制互联网的问题。反过来，也无法把 互联网封闭在一个国家之内-除非建立的不是互联网。 关键词关键词 互联网；Internet；下一代互联网；发展趋势； 目目录录 摘要 .I 关键词 .I 目录 . II 1. 互联网的概念 . 1 1.1 互联网的定义 . 1 1.2 互联网的起源 . 1 2 下一代互联网的发展趋势 . 2 2.1 下一代互联网的发展过程 . 2 2.1.1 全球网络创新环境 . 2 2.1.2 未来互联网设计项目 . 3 2.1.3 未来互联网研究和试验项目 . 3 2.1.4 未来互联网体系结构计划 . 4 2.2 下一代互联网的现状及发展趋势 . 5 3.IPv6 的产生. 6 4. IPv6 的特点. 7 4.1 地址和路由 . 7 4.2 报头格式 . 7 4.3 网络管理 . 7 4.4 安全性 . 8 4.5 Q0S 能力 . 8 4.6 多点寻址方案 . 8 4.7 新的集群通信地址方式 . 8 4.8 可移动性 . 9 5.IPv6 的优势以及未来的发展前景. 9 谢辞 . 11 参考文献 . 12 1. 互联网的概念 1.1 互联网的定义 中文名称：互联网 ，英文名称：internet ，定义：由多个计算机网络相互连接而 成，而不论采用何种协议与技术的网络。 互联网，即广域网、局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计算机网络。 互联网是指将两台计算机或者是两台以上的计算机终端、客户端、服务端通过计算机 信息技术的手段互相联系起来的结果，人们可以与远在千里之外的朋友相互发送邮 件、共同完成一项工作、共同娱乐。通过全球唯一的网络逻辑地址在网络媒介基础之 上逻辑地链接再一起。这个地址是建立在互联网协议 （IP）或今后互联网时代其 它协议基础之上的。可以通过传输控制协议和互联网协议（TCP/IP） ，或者今 后其它接替的协议或与互联网协议 （IP）兼容的协议来进行通信。以让公共用户 或者私人用户享受现代计算机信息技术带来的高水平、全方位的服务。这种服务是建 立在上述通信及相关的基础设施之上的。 ” 这当然是从技术的角度来定义互联网。这个定义至少揭示了三个方面的内容：首 先，互联网是全球性的；其次，互联网上的每一台主机都需要有“地址” ；最后，这 些主机必须按照共同的规则（协议）连接在一起。 1.2 互联网的起源 互联网始于 1969 年，是美军在 ARPA（阿帕网，美国国防部研究计划署）制定 的协定下将美国互联网西南部的大学 UCLA(加利福尼亚大学洛杉矶分校)、Stanford ResearchInstitute( 史 坦 福 大 学 研 究 学 院 ) 、 UCSB( 加 利 福 尼 亚 大 学 ) 和 UniversityofUtah(犹他州大学)的四台主要的计算机连接起来。这个协定有剑桥大学的 BBN 和 MA 执行，在1969 年 12 月开始联机。到1970 年 6 月，MIT(麻省理工学院)、 Harvard(哈佛大学)、BBN 和 SystemsDevelopmentCorpinSantaMonica(加州圣达莫尼卡 系统发展公司)加入进来。 到 1972 年 1 月， Stanford(史坦福大学)、 MIT sLincolnLabs(麻 省 理 工 学 院 的 林 肯 实 验 室 ) 、 Carnegie-Mellon( 卡 内 基 梅 隆 大 学 ) 和 Case-WesternReserveU加入进来。紧接着的几个月内 NASA/Ames(国家航空和宇宙航 1 行局)、Mitre、Burroughs、RAND(兰德公司)和 theUofIllinois(伊利诺利州大学)也加入 进来。1983 年，美国国防部将阿帕网分为军网和民网，渐渐扩大为今天的互联网。 之后有越来越多的公司加入。 2 下一代互联网的发展趋势 2.1 下一代互联网的发展过程 国际上各个国家的下一代互联网研究计划不断启动、实施和重组，其研究和实验 正在不断深入。从国家地域方面看，美国、欧洲、日、韩都有其各自的计划和举措； 从研究内容方面看，有的关注网络基础设施和试验平台的建立，有的关注体系结构理 论的创新；从技术路线上看，有的遵从“演进性”的路线，有的遵从“革命性”的路线。 1996 年 10 月，美国政府宣布启动“下一代互联网”研究计划。陆续地，一些全球 下一代互联网项目分别启动。全球下一代互联网试验网的主干网逐渐形成，规模不断 扩大，包括美国的 Internet2、欧洲的 GEANT2、亚洲的 APAN 以及跨欧亚的 TEIN2 等。这些项目的设计大多遵循“演进性”的技术路线。 另一些研究者认为需要从根本上改变互联网的体系结构， 才能彻底解决互联网所 面临的诸多难题。于是有了“革命性”的研究路线。 2.1.1 全球网络创新环境 2005 年 NSF 出资 3 亿美元提出全球网络创新环境（GENI）计划。GENI 计划的 目的是构建一个全新的、 安全的、 能够连接所有设备的互联网， 以促进互联网的发展， 并刺激科技创新，促进经济增长。 GENI 由两部分组成：研究计划和实验设施。 “研究 计划”的重点是研究创造新的核心功能，包括要超越现有的数据报、分组和电路交换 框架，设计新的命名、寻址和身份识别体系结构，设计内置的网络安全机制和新的网 络管理机制，使下一代互联网具有高度安全性和可管理性；“实验设施”的重点是研究 能够提供包括传感器和无线移动通信设备等在内的多种接入技术， 并能够部署和验证 新的体系结构。 GENI 的设计思想中引入了切片化、虚拟化和可编程，按照需要支持的业务类型 虚拟地将网络节点设备划分资源和处理能力。 2 GENI 参考了 OpenFlow 技术。OpenFlow 是一个开放的标准，允许人们在实际网 络中运行试验协议， 基本思想是： OpenFlow 交换机由数据流表、 安全通道和 OpenFlow 协议 3 个组成部分，网络中的路由和交换设备的最核心的路由和交换信息都存放在 “数据流表”里。OpenFlow 提出通用的“数据流表”设计思想，每一条“表项”支持规则、 操作和状态 3 个部分。灵活地定义“数据流”，同时“数据流表”支持多种远程的访问和 控制，从而达到满足各种需求，控制流量的目的。 GENI 项目的发展遵循一种结构化的自适应的螺旋式的过程，包括规划、设计、 实现、 集成和应用。 2009 年 1 月， GENI 实现了新的原始的端到端的工作模型的开发、 整合和试运行。下一阶段，建立真正的大规模的虚拟实验环境，加强国际合作是其重 点。 2.1.2 未来互联网设计项目 未来互联网设计项目（FIND）是由 NSF 的“网络系统和技术研究计划”（NeTS） 于 2005 年提出的一个长期计划。 FIND 在网络体系结构各个方面的研究和设计都尽量 做到不受到以往的研究思路的影响和束缚，即“Clean Slate Process”。FIND 的目标是 设计一种全新的满足未来 15 年社会需求的下一代互联网，其核心功能应安全、健壮、 可管理、集成新的网络技术以及新的网络体系结构理论。 FIND 计划初拟分成 3 个阶段：第 1 阶段（2006 到 2008 年）关注基础研究，解 决互联网安全、命名及路由等基础问题；第 2 阶段（2009 到 2011 年）提出可能不只 一个的网络体系结构方案；第 3 阶段（2012 到 2014 年）在 GENI 等实验床上测试和 论证。2009 年 4 月，FIND 发布了新的专家评估报告5 ，建议继续 FIND 项目，并 在网络安全、网络管理和项目总体集成方面投入更多研究精力。 2.1.3 未来互联网研究和试验项目 2007 年，欧盟在其第七框架（FP7）中设立了未来互联网研究和试验（FIRE）项 目。FIRE 的主要研究内容包括：网络体系结构和协议的新设计；未来互联网日益增 长的规模、复杂性、移动性、安全性和通透性的解决方案；在物理和虚拟网络上的大 规模测试环境中验证上述属性。 FIRE 和 GENI 有着很多的相似之处。它们都关注如何搭建试验环境为理论研究 提供证据支持。FIRE 也希望通过螺旋式的部署方案，突破地理限制，建立全球性的 3 大规模试验环境；FIRE 同样采用虚拟化思想，该技术将独立存在的资源和设施联系 起来；FIRE 同样也具有联盟和跨学科等特点。 2.1.4 未来互联网体系结构计划 2010 年美国 NSF 设立了未来互联网体系结构（FIA）计划。FIA 的目标是设计和 验证下一代互联网的综合的新型的体系结构，为期 3 年（2010 到 2013 年） ，研究范 围包括：网络设计、性能评价、大规模原型实现、端用户应用试验等。FIA 资助了 4 个项目，分别致力于未来网络体系结构研究和设计的不同方向，同时也为集成架构方 面有所考虑，为建立综合的可信的未来网络体系结构努力。 NDN 项目致力于使互联网支持不考虑内容存储所在的物理位置，直接提供面向 内容的功能。NDN 网络将通信的模式从关注于“在哪”，例如地址、服务器、端系统， 到关注于“是什么”，即用户和应用关注的内容。NDN 通过命名数据而不是它们的位 置地址，把数据作为基础实体。项目重点研究建立 NDN 网络面临的技术挑战，包括 路由可扩展性、快速转发、信任模型、网络安全、内容保护和隐私，以及新的支持这 一设计的基础通信原理。 MobilityFirst 项目则致力于对无缝的平滑的移动性的支持，它以支持移动节点间 的通信为主，而不再是把对移动性的支持当成互联网连接中的一种特殊情况。这一体 系结构使用“全面延迟容忍网络”（GDTN）来提供通信稳定性，关注于移动性和可扩 展性的平衡，以及充分利用网络资源来实现移动端点间的有效通信。主要的技术包括 分布式的命名服务和延迟容忍的路由和传输等。 NEBULA 项目的名字是拉丁文“云”的意思，它是一个体系结构，其中云计算数 据中心是主要的数据存储和计算核心。在这一未来的模型中，数据中心被高速的、可 靠的、安全的骨干网络连接在一起。这一项目致力于建立一个以云计算为中心的体系 结构。 XIA 项目致力于构建一种未来互联网体系结构，具有以下特点：可信、支持长期 更新的多种使用模型、 支持长期的技术革新、 支持不同网络组成角色间的明晰的接口。 XIA 体系结构的核心是 XIP 协议，该协议支持不同类别目标直接的通信。XIA 目标 主要指内容、服务和端系统 3 种情况。协议簇将保留 TCP/IP 协议族的细腰特性，即 在中间采用互操作协议定义最简单基础的功能。 4 2.2 下一代互联网的现状及发展趋势 下一代的互联网、未来互联网有不同的技术路线，一种是叫做革命性的路线，革 命性的路线是完全从头设计，像 GENI 和 FING 属于这样的项目。 第二种是是演进性的路线，干脆我们 IPv6 都不要，我们要 IPv4+NAT，第二种是 直接演进成 Internet2、Geant2、TEIN2。在2004 年设计中国第二代教育网时候，大家 都批评我们说，你们为什么用纯 IPv4，而不用双战？因为我们的教授是认为纯的技 术是可以展开做的。 新一代互联网重大需求分析基本相同，四大挑战是可扩展性、安全性、移动性、 可管理性、实时性、高性能，这也是反映在四大挑战，要解决这么六大问题了。 另外，未来互联网有什么实际背景呢？有一个大家有兴趣可以看，有一个叫做 DTN，这是什么概念呢？其实是一个美国军方很重要的项目。大家平常上Google Map，像清华办公室停的一辆车都可以看到。但是，这辆车可能并不是现在停的，而 是一个星期之前停的， 这有要通过卫星摇杆监测。 美国已经没有这样的实力发射卫星， 他希望和盟国分别发射，未来把互联网的卫星组合起来，大家可以实时观测。这个卫 星里面有地球阴影、日食这类的东西，所以是要可靠性非常强，而且中断并不影响。 另外，刚才大家看到了温瑟夫提出了星际互联网，这两个应该是未来互联网很重要的 内容。 最后说一下我们的策略，大家从中国来讲，其实也看到了下一代互联网有很多的 基础工作，包括了很多的层次，第一个层次是基础研究，包括科研基金，包括了国家 的“973”项目。第二个是科技部的“863”计划和科技支撑计划。第三个推广应用主 要是发改委的中国下一代互联网示范工程还有专项等等。现在 2009 年，前面这些项 目其实已经完成了，刚才介绍的有些东西也是从这些项目出来的。未来，我们正在做 3 个项目，一个是“973”第二期，还有科技支撑计划，我们全面实施。中国下一代 互联网示范工程是在国家导下发布的，取得了这样一些成果。 下一代互联网我们自己的研究体会，刚才说了外国的，中国刚才我也说了，一个 是建设纯 IPv6 大型互联网的技术路线，这还是很有体会的，可以领先。第二个是国 产路由器，促进了国有路由器的发展。第三个，我们做了一些增强安全性的 IPv6 的 改进。第四个做了一些过渡的策略。 基本的思考和结论， 第一是互联网和下一代互联网是在演进中不断创新的。 第二， 5 演进和革命的路线均需要可演进试验验证平台。IPv6 是必须建设的下一代互联网、 未来的互联网。IPv6 的网络既可以用于演进，又可以用于革命的路线。IETF 标准是 作为检验创新成果的标准，同时爱解决如何国际化和放弃知识产权的矛盾。你要申请 IETF 标准，有一些知识产权必须放弃了。咱们国家的IPv6 刚刚起步，目前国内的中 国人为主的 IRFC 的知识产权有 10 个，但是国际上有 6000 个。现在我们认为演进为 主，革命为辅。下一代互联网要解决的难题，大概我们认为有三个。 第一个是 IPv4 地址耗尽的问题，必须尽快发展 IPv6 互联网，解决 IPv6 互联网 大部分组网和运行问题，解决海量地址空间寻址面临新的理论和技术挑战。 IPv6 互 联网必须首先解决安全可信问题，IPv4 到 IPv6 要平稳地过渡。 刚才我们说了欧洲、美国、日本都是很重视下一代互联网，我国的互联网普及率 25%，离发达国家的70%差距很大。所以，机会很大，市场也很大，对于拉动经济也 是很大的。第三个是实现创新等等。 最后，其实什么是互联网，我们一直思考这个问题，其实我们觉得开放性是最重 要的东西，为用户开发创新性应用搭建了开放平台，而且可以包容和使用几乎所有通 信和网络技术。从我们来讲，未来不管怎么做，包括做 IPv6 和未来的互联网，一定 是给用户一个开放的平台，让所有的技术都可以用。 3.IPv6 的产生 Internet 是世界上最大的计算机和网络机的集合。它的一个突出特点是能使不同 方式上网的计算机相互通信。 支持这种特点是由于 Internet 以 TCPIP 协议簇为主干 通信协议，TCPIP 协议簇重要的特点是它们将一个数据流分割成报文加以传输，并 给出一个地址和序列号，IP 协议用尽可能短的时间把报文从源传送到目的地， TCP 协议提供面向连接的可靠的传输服务对流进行管理并保证所传输的数据是正确的。 随 着 Internet 用户在全球范围内的飞速增长，TP 地址出现了紧张局面， 地址扩展甚至重 新定义地址方案势在必行。为此，在1994 年，美国和欧洲就针对IP 地址问题进行了 研究并提出了建议书，为 IP 地址扩展可行性论证提供了可能性和基础。另外，在 Internet 网络上，安全性已经成为一个敏感而重要的问题。但是在网络安全方面 Ipv4 不能提供有效的服务，特别是随着 EDI(电子数据交换)的兴起和应用的不断增加，要 使得 Internet 网络仍能成为信息高速公路的重要组成部分，能够支持不同地应用系统 6 的话，数据安全性问题是必须解决的。尤其是像 EDI 这样的应用系统，数据出错可 能会导致一个企业的破产，而数据安全性问题是一个贯穿上下的问题，对没有任何安 全措施的 IP 协议必须加以改进。 IPv4 由于地址空间及功能的局限性阻碍了 Internet 进一步迅速发展，近十年来人 们正利用各种方式努力改进 IPv4，弥补 IPv4 的不足，例如无类域间选路(CIDR)、网 络地址翻译(NAT)等技术的应用。但 IPv4 的 32 位地址空间的确已经成为未来网络发 展的障碍，IETF(Internet 工程任务小组)的专家们就 IP 协议是改进还是升级的问题曾 展开了激烈的讨论，最后综合各方面意见决定 IP 协议升级。 在这种情况下， Internet 国际组织决定对 TCP 和 IP 协议加以修改， 一方面改进协 议本身执行的性能，以适应低层网络运行速度的提高，另一方面增加协议功能，以支 持新的应用需求。 于是， 经过两年的努力， 终于推出了 IPv6 这一 IP 协议的改进版本。 4. IPv6 的特点 4.1 地址和路由 IPv6 相对于 IPv4 而言具有极大扩展的地址空问和更加结构化的路由层次。IPv6 的地址长度由 1Pv4 的 32 位扩展到 128 位， 可以支持更多的地址层次和更多的节点数 目，并且使自动配置地址更加简单。 4.2 报头格式 IPv6 的报头与 IPv4 相比大大简化了。IPv4 报头中的一些字段被取消或是变成可 选项。IPv6 的地址是 IPv4 的四倍，但是IPv6 的基本报头只是 IPv4 报头长度的两倍。 固定的基本报头长度，简化了路由器的操作，降低了路由器处理分组册开销。 IPv6 引入了结构化的扩展报头，取消了对扩展的可选项长度的严格限制，有利于更有效地 转发，同时为今后增加新得功能提供了灵活性。 4.3 网络管理 IPv6 力求使网络管理更加简单。IPv6 通过实现一系列的自动发现和自动配置功 能，简化了网络节点的管理和维护，减轻了网络管理员的负担。已实现的典型技术包 7 括最大传输单元、邻节点发现、路由器通告、路由器请求、节点自动配置等。 4.4 安全性 在制定 IPv6 技术规范的同时，产生了 IPSec，用于提供 IP 层的安全性。认证头 机制实现数据的完整性及对 IP 包来源的认证，保证分组确实来自源地址所标记的节 点；封装安全载荷提供数据加密功能，实现端到端的加密。 4.5 Q0S 能力 从协议的角度看，IPV6 的优点体现在能提供不同水平的服务。这主要由于 IPv6 报头中新增加了字段“业务级别”和“流标记” 。这样，在传输过程中，中间的各节 点就可以识别和分开处理任何 IP 地址流，进行业务优先级控制。IPv6 报头中的“流 标签”字段允许鉴别属于某一特殊通信流的所有报文，因此路径上所有路由器可以鉴 别某个流的所有报文。发送者可以要求对此通信流进行特殊处理。增强的组播 (Mulfieast)支持以及对流的支持(Flow-contr01)。这使得网络上的多媒体应用有了长足 发展的机会，为服务质量(Qos)控制提供了良好的网络平台。决定信息包属于同一流 的参数包括：源地址、目的地址、QoS、身份认证及安全性。IPv6 中流的概念的引入 仍然是在无连接协议的基础上的，一个流可以包含几个 TCP 连接，一个流的目的地 址可以是单个节点也可以是一组节点。IPv6 的中间节点接收到一个信息包时，通过 验证他的流标签，就可以判断它属于哪个流，然后就可以知道信息包的 QoS 需求， 并进行快速的转发。 4.6 多点寻址方案 IPv6 对多点寻址方案进行了改进。IPv6 在组播 （multlcast） 地址中增加了 “范围” 字段，允许将组播 multlcast 的路由限定在正确的范围之内。另一个“”标志字段允 许 Intranet 区分永久性的多点地址和 I 临时性的多点地址。 4.7 新的集群通信地址方式 IPv6 定义了一种新的集群通信方式一 anyeast 方式。这种通信方式和 muhicast 不 同，它用于在点到多点的通信中，将报文传递到一组节点中的一个，从而允许在信源 8 路由中由节点控制数据报的传送路径。 4.8 可移动性 IPv6 协议设计的若干技术有利于移动计算的实现，包括信宿选项报头、路由选 项报头、自动配置、安全机制以及 anyeast 技术。 5.IPv6 的优势以及未来的发展前景 由于网络的迅速发展， IPV4 的数量将面临着严重的危机， IPV4 缺点也越来越多， 主要表现在 1. IPV4 地址空间的局限性：IP 地址空间的危机由来已久，并正式升级的 主要动力；2. IPV4 的性能：尽管 IP 表现得不错，一些源自 20 年甚至更早以前的设 计还能够进一步改进； 3.IPV4 的安全性： 安全性一直被认为是由网络