下一代网络的现状及发展

1-1-学号：下一代网络的现状及发展学院名称：专业名称：姓名：教师：2011年10月现代网络与通信作业中期作业2摘要随着人们对互联网的规模、功能和性能等方面的需求越来越高，以IPv4协议为核心技术的互联网面临着如安全性差、难以管理以及不可预测等一系列越来越严重的技术挑战。互联网发展到今天，已经无法满足现代用户的需求，原有的互联网的体系结构已经不能适应甚至阻碍互联网应用的进一步发展。近年来，下一代互联网及其应用的研究引起了许多国家的特别关注，发达国家相继启动了下一代互联网研究计划，意图掌握未来互联网核心技术。国家”九七三”计划项目”新一代互联网体系结构理论研究”，经过近几年的研究，在探索新一代互联网体系结构所面临的基础问题上，取得了一定的研究结果:提炼出新一代互联网体系结构研究的4个基本科学问题；初步提出了一种多维可扩展的新一代互联网体系结构及其基本要素；从基于IPv6的规模可扩展、基于可扩展交换节点的性能可扩展、基于真实IPv6地址的安全可扩展、基于4over6机制的功能可扩展和基于端到端无连接服务质量控制的服务可扩展等5个方面对新一代互联网多维可扩展体系结构进行了深入研究。这5项基本要素将构成未来新一代互联网的基础。a第一章绪论所谓的下一代互联网是业界为了解决目前互联网的地址瓶颈、质量、安全和管控等问题而提出的新一代互联网，截止到目前，其还没有一个统一的定义，至少国际上公认美国的NGI项目和AMBIENT项目、欧洲的GEANT2项目和FIRE项目、亚太的APAN项目以及中国的CNGI项目等都可以认为是面向下一代互联网的研究试验项目。纵观所有这些称之为下一代互联网的项目可以发现，除了IPv6是其共有的基本特征，而且是可以期待的地址解决方案外，其他的特征都是理论上的或者不确定的或者局部性的或者有争议的或者短期难以实施的甚至还完全不靠谱的。但是，取得公认的是下一代互联网将具有：更大（地址多）、更安全、更及时、更方便、更有效、更具有管理性的特点。从速度看，它要比现在的互联网快1000倍以上。传输速度更快，使用更安全。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，千家万户都可以用这个高清系统。效果就非常稳定、非常安全,大家都相信下一代互联网能够具备可控可管可扩可信能力，至少想对现有IPv4互联网有相当程度的改进。可见，尽管IPv6协议并不能概括下一代互联网的全部，但是已经成为下一代互联网的核心内容并已经形成了一个完整、成熟的标准体系，是世界范围内惟一普遍认可的下一代互联网核心协议。目前，业界一般泛指的下一代互联网的核心内容往往就是指IPv6。1.1选题背景随着超高速光通信、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。30年前发明的以IPv4协议为核心技术的互联网面临着越来越严重b的技术挑战，主要包括:网络地址不足，难以更大规模扩展；网络安全漏洞多,可信任度不高；网络服务质量控制能力弱，不能保障高质量的网络服务；网络带宽和性能总是不能满足用户的需求；传统无线移动通信与互联网属于不同技术体制，难以实现高效的移动互联网等等。为了应对这些技术挑战，美国等发达国家从90年代中期就先后开始下一代互联网研究。我国科技人员于90年代后期开始下一代互联网研究。经过10年时间，人们越来越深刻地认识到下一代互联网研究的重要性、复杂性、艰巨性和长期性。目前，虽然基于IPv6协议的新一代互联网络的轮廓已经逐渐清晰，许多厂商已开始提供成熟的IPv6互联设备，大规模IPv6网络正在建设，并在迅速发展。但是互联网络面临的基础理论问题并不会随着IPv6网络的应用而自然得到解决，相反，随着信息社会和正在逐渐形成的全球化知识经济形态对互联网络不断提出新的要求，更需要人们对现有的互联网络体系结构的基础理论进行新的思考和研究。c第二章下一代互联网现状及介绍与人类历史上的绝大多数重大技术发明和工程不同，作为人类20世纪最伟大技术发明之一的互联网，人们多年来仅仅对其局部问题进行有限的数学描述，却无法从整体上进行全面、准确的数学描述。长期以来，互联网基础研究的薄弱，给人们了解互联网的基本机理，解决它的技术难题带来了极大的困难。例如:传统的通信网络理论在处理互联网流量的高度突发性和自相似特性、大规模网络系统的复杂性和可控性、网络可信性等问题时已显得无能为力。面对互联网存在的重大技术挑战，单靠一般的技术发明和工程实践，很难找到理想的解决方案。因此，基础理论在新一代互联网研究中具有重要的指导作用。2.1下一代网络介绍随着互联网问题的日益凸显以及IPv4地址的逐渐耗尽，人们对现有互联网的地址瓶颈、质量、安全和管控等问题已越来越不满意，提出新一代互联网体系已经迫在眉睫。20世纪90年代中期，鉴于互联网的引擎作用，美国政府从国家层面重视下一代互联网的研究。1996年，美国国家科学基金会设立了下一代互联网(nextgenerationinterne，tNGI)研究计划。同时，美国34所学校发起了下一代互联网Internet2的项目。随后，欧洲、日本等也迅速推出了自己的下一代互联网计划。新一轮的互联网竞争随之展开。2.2下一代互连网的优势d10年来，许多发达国家持续投入大量的人力和财力进行新一代互联网研究，并且开展了广泛的国际交流活动。在研究和交流过程中，关于”什么是新一代互联网?它和目前互联网的主要区别是什么?”，始终没有形成统一、确切的定义。但是，人们面对目前互联网存在的主要技术挑战，对新一代互联网的需求和基本特征还是有了比较一致的看法，即:新一代互联网应该比目前互联网”更大、更快、更及时、更方便、更安全、更易管理和更有效益”，也可以说解决目前互联网在”扩展性、高性能、实时性、移动性、安全性、易管理和经济性”等方面存在的重大技术问题。2.2.1扩展性“扩展性”是指，新一代互联网应该从目前互联网主要连接计算机系统扩展到连接所有可以连接的电子设备。接入终端设备的种类和数量更多，网络的规模更大，应用更广泛。2.2.2高性能“高性能”是指，新一代互联网应该提供更高的传输速度，特别是端到端的传输速度应该达到10~100Mbps，用以支持更高性能的新一代互联网应用。2.2.3安全性“安全性”是指，新一代互联网应该在开放、简单和共享为宗旨的技术优势基础上，建立完备的安全保障体系，从网络体系结构上保证网络信息的真实和可追溯，进而提供安全可信的网络服务。2.2.4实时性“实时性”是指，新一代互联网应该改变目前互联网”尽力而为”的网络服务e质量控制策略，提供可控制和有保障的网络服务质量控制，支持组播、大规模视频和实时交互等新一代互联网应用。2.2.5移动性“移动性”是指，下一代互联网应该采用先进的无线移动通信技术，实现一个”无处不在，无时不在”的移动互联网，真正成为人们随时可用、随处可用的生活、工作和学习环境。2.2.6易管理“易管理”是指，新一代互联网应该克服目前互联网难以精细管理的特点，从网络体系结构上提供精细的网络管理元素和手段，实现可靠的网络、业务和用户综合管理能力。2.2.7经济性“经济性”是指，新一代互联网应该克服目前互联网基础网络运营商投入巨资建设网络但是亏损，网络信息内容提供商基于网络提供服务却高额盈利的不合理经济模式，创立合理、公平、和谐的多方盈利模式，保持它的良性和可持续的发展。实现新一代互联网的上述基本特征，是新一代互联网研究的主要目标。10年来，各国的新一代互联网研究主要围绕实现这些基本特征展开。2.3中国下一代互联网的发展过程中国从1996年起就开始跟踪和探索下一代互联网的发展；1998年，CERNET(中国教育和科研计算机网)采用隧道技术组建了我国第一个连接国内八大城市的IPv6试验床，获得中国第一批IPv6地址；1999年，与国际上的下一代互联网实现连接；2001年，以CERNET为主承担建设了中国第一个下一代互联网北京地区试验网fNSFCNET；2001年3月，首次实现了与国际下一代互联网络Internet2的互联。不难看出，中国在短短几年的时间里，拉近了与美国、欧洲等西方发达国家和地区在互联网研究与建设方面的距离。中国在短期内启动了多项下一代互联网(NGI)的试验，其中影响最大的是中国下一代互联网示范工程(CNGI)。中国下一代互联网示范工程(CNGI)是实施中国下一代互联网发展战略的起步工程，由国家发展和改革委员会、科技部、原信息产业部、国务院信息化工作办公室、教育部、中国科学院、中国工程院、国家自然基金会8部委联合领导。2003年12月，国家发改委批复了中国下一代互联网示范工程(CNGI)示范网络核心网建设项目可行性研究报告。该项目的主要目的是搭建下一代互联网的试验平台，IPv6是其中要采用的一项重要技术。中国下一代互联网主干网布局如图-01所示。图-01中国下一代网络，即IPv6的实验网络，以北京-广州为主干，经由上海的为冗余线路。北京节点所在地为清华大学，上海是上海交大，广州就是华南理工大学了。2.4CNGI建设取得的重点成果建成了大规模下一代互联网CNGI示范网络。示范网络包括6个主干网、2个交g换中心、273个驻地网。其中，由中国教育和科研计算机网CERNET网络中心、中国电信、中国联通、中国网通/中科院、中国移动、中国铁通承担建设了6个CNGI主干网，覆盖了全国22个城市，连接了59个核心节点。在北京和上海分别建成2个CNGI国际/国内互联中心，实现了6个主干网之间的互联，并连接了美国、欧洲、亚太地区的下一代互联网。在全国100所高校、100个科研单位、73个企业建成了273个IPv6驻地网，通过核心节点接入主干网。清华大学等25所高校建成的CNGI教育网是目前世界上规模最大的纯IPv6大型互联网，取得了多项重大创新，总体上达到世界领先水平。提供了重大科研和新型业务的试验床。CNGI不仅为我国下一代互联网技术研究、标准制定、产品开发提供了科技创新和成果测试平台，也为自然科学基金，”973”、”863”、”科技支撑”计划，中国科学院、教育部等部委组织的国家科研计划重大项目的实施提供了技术研究和开发试验环境，有关单位已在科学数据网格、虚拟天文台、高能物理研究、中国地学研究数据网、国家科学数字图书馆等一系列重要科研活动中结合CNGI开展工作，为我国参与全球下一代互联网及其应用研究提供了开放性的试验环境2.5CNGI发展面临的问题和挑战IPV6实现不可能是一蹴而就的。目前我们大量的网络设备和应用都是基于IPv4设计的，IPv6还没有实现大规模商用，要实现IPv6需要投入大量的人力、物力和财力，需要分步骤稳步过渡，不能急于求成。如何从IPv4向IPv6平滑过渡是当前面临的主要问题，在这个过程中会出现两种网络共存的状态。在没有实现端到端的IPv6之前，IPv6的全部优势还不能充分发挥出来，IPv6在应用层面的开发还相对匮乏，缺少能够完美诠释IPv6优势的杀手级应用。例如，现有3G终端只能支持IPv6的网页访问，进行文字与图片浏览，播放音乐等，这些还不能体现出IPv6在3G应用上的独特优势，IPv6的3G系统需要以更加丰富的应用内容为驱动力。另外，与IPv6相关的标准也还需要结合实际的应用来进一步完善，IPv6系统还需要解决真正商用所要面对的一些具体问题，如业务类型感知、地址分配等尽管目h前我国在下一代互联网技术方面已取得一定成绩，但产业整体还较弱，产学研用结合程度还不够紧密，运营商的创新性还不明显，尚未形成包括设备制造、网络运营、软件和信息资源开发、信息服务、终端研制的产业链；我国已经开始积极参与互联网国际标准制定，但要获得国际认可还要付出更大的努力；人才队伍的数量和质量还不能满足参与激烈国际竞争的要求。同时，也有一些需要各国面对的共性问题，如技术路线难以确定，缺乏特色业务和应用等。i第三章下一代互联网主要技术为了提供更好的内容服务，缓解由内容共享给网络带来的压力，无论是底层架构的重新规划还是上层应用的改进扩展，都需要将”内容”置于一个核心的