畢業(yè)設計(論文)-下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢研究

1、解放軍信息工程大學 計算機應用技術 （獨立本科段）畢業(yè)論文 （設計） 下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢研究準考證號：010811105136 學生姓名： 戴云云 專 業(yè)：計算機應用 技術完成時間：2013.0摘 要互聯(lián)網(wǎng)已成為支撐現(xiàn)代社會發(fā)展及技術進步的重要的基礎設施之一。深刻地改變著人們的生產(chǎn)、生活和學習方式，成為支撐現(xiàn)代社會經(jīng)濟發(fā)展、社會進步和科技創(chuàng)新的最重要的基礎設施?；ヂ?lián)網(wǎng)及其應用水平已經(jīng)成為衡量一個國家基本國力和經(jīng)濟競爭力的重要標志之一。隨著超高速光通信、無線移動通信、高性能低成本計算和軟件等技術的迅速發(fā)展，以及互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應用的不斷涌現(xiàn)，人們對互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模、功能和性能等方面的需求越來越高互聯(lián)網(wǎng)是

2、全球性的。這就意味著我們目前使用的這個網(wǎng)絡，不管是誰發(fā)明了它，是屬于全人類的。這種“全球性”并不是一個空洞的政治口號，而是有其技術保證的?；ヂ?lián)網(wǎng)的結構是按照“包交換”的方式連接的分布式網(wǎng)絡。因此，在技術的層面上，互聯(lián)網(wǎng)絕對不存在中央控制的問題。也就是說，不可能存在某一個國家或者某一個利益集團通過某種技術手段來控制互聯(lián)網(wǎng)的問題。反過來，也無法把互聯(lián)網(wǎng)封閉在一個國家之內(nèi)-除非建立的不是互聯(lián)網(wǎng)。關鍵詞互聯(lián)網(wǎng)；Internet；下一代互聯(lián)網(wǎng)；發(fā)展趨勢；目 錄摘 要I關鍵詞I目 錄II1. 互聯(lián)網(wǎng)的概念11.1互聯(lián)網(wǎng)的定義11.2互聯(lián)網(wǎng)的起源12 下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢22.1 下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程2

3、2.1.1 全球網(wǎng)絡創(chuàng)新環(huán)境22.1.2 未來互聯(lián)網(wǎng)設計項目32.1.3 未來互聯(lián)網(wǎng)研究和試驗項目32.1.4 未來互聯(lián)網(wǎng)體系結構計劃42.2下一代互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢53.IPv6的產(chǎn)生64. IPv6的特點74.1地址和路由74.2報頭格式74.3網(wǎng)絡管理74.4安全性84.5 Q0S能力84.6 多點尋址方案84.7新的集群通信地址方式84.8可移動性95.IPv6的優(yōu)勢以及未來的發(fā)展前景9謝辭11參考文獻121. 互聯(lián)網(wǎng)的概念1.1互聯(lián)網(wǎng)的定義中文名稱：互聯(lián)網(wǎng) ，英文名稱：internet ，定義：由多個計算機網(wǎng)絡相互連接而成，而不論采用何種協(xié)議與技術的網(wǎng)絡。互聯(lián)網(wǎng)，即廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)

4、及單機按照一定的通訊協(xié)議組成的國際計算機網(wǎng)絡?；ヂ?lián)網(wǎng)是指將兩臺計算機或者是兩臺以上的計算機終端、客戶端、服務端通過計算機信息技術的手段互相聯(lián)系起來的結果，人們可以與遠在千里之外的朋友相互發(fā)送郵件、共同完成一項工作、共同娛樂。通過全球唯一的網(wǎng)絡邏輯地址在網(wǎng)絡媒介基礎之上邏輯地鏈接再一起。這個地址是建立在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）或今后互聯(lián)網(wǎng)時代其它協(xié)議基礎之上的?？梢酝ㄟ^傳輸控制協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（TCP/IP），或者今后其它接替的協(xié)議或與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）兼容的協(xié)議來進行通信。以讓公共用戶或者私人用戶享受現(xiàn)代計算機信息技術帶來的高水平、全方位的服務。這種服務是建立在上述通信及相關的基礎設施之上的。”這當

5、然是從技術的角度來定義互聯(lián)網(wǎng)。這個定義至少揭示了三個方面的內(nèi)容：首先，互聯(lián)網(wǎng)是全球性的；其次，互聯(lián)網(wǎng)上的每一臺主機都需要有“地址”；最后，這些主機必須按照共同的規(guī)則（協(xié)議）連接在一起。1.2互聯(lián)網(wǎng)的起源互聯(lián)網(wǎng)始于1969年，是美軍在ARPA（阿帕網(wǎng)，美國國防部研究計劃署）制定的協(xié)定下將美國互聯(lián)網(wǎng)西南部的大學UCLA(加利福尼亞大學洛杉磯分校)、Stanford ResearchInstitute(史坦福大學研究學院)、UCSB(加利福尼亞大學)和UniversityofUtah(猶他州大學)的四臺主要的計算機連接起來。這個協(xié)定有劍橋大學的BBN和MA執(zhí)行，在1969年12月開始聯(lián)機。到1970

6、年6月，MIT(麻省理工學院)、Harvard(哈佛大學)、BBN和SystemsDevelopmentCorpinSantaMonica(加州圣達莫尼卡系統(tǒng)發(fā)展公司)加入進來。到1972年1月，Stanford(史坦福大學)、MITsLincolnLabs(麻省理工學院的林肯實驗室)、Carnegie-Mellon(卡內(nèi)基梅隆大學)和Case-WesternReserveU加入進來。緊接著的幾個月內(nèi)NASA/Ames(國家航空和宇宙航行局)、Mitre、Burroughs、RAND(蘭德公司)和theUofIllinois(伊利諾利州大學)也加入進來。1983年，美國國防部將阿帕網(wǎng)分為軍網(wǎng)和

7、民網(wǎng)，漸漸擴大為今天的互聯(lián)網(wǎng)。之后有越來越多的公司加入。2 下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢2.1 下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程國際上各個國家的下一代互聯(lián)網(wǎng)研究計劃不斷啟動、實施和重組，其研究和實驗正在不斷深入。從國家地域方面看，美國、歐洲、日、韓都有其各自的計劃和舉措；從研究內(nèi)容方面看，有的關注網(wǎng)絡基礎設施和試驗平臺的建立，有的關注體系結構理論的創(chuàng)新；從技術路線上看，有的遵從“演進性”的路線，有的遵從“革命性”的路線。1996年10月，美國政府宣布啟動“下一代互聯(lián)網(wǎng)”研究計劃。陸續(xù)地，一些全球下一代互聯(lián)網(wǎng)項目分別啟動。全球下一代互聯(lián)網(wǎng)試驗網(wǎng)的主干網(wǎng)逐漸形成，規(guī)模不斷擴大，包括美國的Internet2、歐洲的

8、GEANT2、亞洲的APAN以及跨歐亞的TEIN2等。這些項目的設計大多遵循“演進性”的技術路線。另一些研究者認為需要從根本上改變互聯(lián)網(wǎng)的體系結構，才能徹底解決互聯(lián)網(wǎng)所面臨的諸多難題。于是有了“革命性”的研究路線。2.1.1 全球網(wǎng)絡創(chuàng)新環(huán)境2005年NSF出資3億美元提出全球網(wǎng)絡創(chuàng)新環(huán)境（GENI）計劃。GENI計劃的目的是構建一個全新的、安全的、能夠連接所有設備的互聯(lián)網(wǎng)，以促進互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，并刺激科技創(chuàng)新，促進經(jīng)濟增長。GENI由兩部分組成：研究計劃和實驗設施?！把芯坑媱潯钡闹攸c是研究創(chuàng)造新的核心功能，包括要超越現(xiàn)有的數(shù)據(jù)報、分組和電路交換框架，設計新的命名、尋址和身份識別體系結構，設計內(nèi)

9、置的網(wǎng)絡安全機制和新的網(wǎng)絡管理機制，使下一代互聯(lián)網(wǎng)具有高度安全性和可管理性；“實驗設施”的重點是研究能夠提供包括傳感器和無線移動通信設備等在內(nèi)的多種接入技術，并能夠部署和驗證新的體系結構。GENI的設計思想中引入了切片化、虛擬化和可編程，按照需要支持的業(yè)務類型虛擬地將網(wǎng)絡節(jié)點設備劃分資源和處理能力。GENI參考了OpenFlow技術。OpenFlow是一個開放的標準，允許人們在實際網(wǎng)絡中運行試驗協(xié)議，基本思想是：OpenFlow交換機由數(shù)據(jù)流表、安全通道和OpenFlow協(xié)議3個組成部分，網(wǎng)絡中的路由和交換設備的最核心的路由和交換信息都存放在“數(shù)據(jù)流表”里。OpenFlow提出通用的“數(shù)據(jù)流表

10、”設計思想，每一條“表項”支持規(guī)則、操作和狀態(tài)3個部分。靈活地定義“數(shù)據(jù)流”，同時“數(shù)據(jù)流表”支持多種遠程的訪問和控制，從而達到滿足各種需求，控制流量的目的。GENI項目的發(fā)展遵循一種結構化的自適應的螺旋式的過程，包括規(guī)劃、設計、實現(xiàn)、集成和應用。2009年1月，GENI實現(xiàn)了新的原始的端到端的工作模型的開發(fā)、整合和試運行。下一階段，建立真正的大規(guī)模的虛擬實驗環(huán)境，加強國際合作是其重點。2.1.2 未來互聯(lián)網(wǎng)設計項目未來互聯(lián)網(wǎng)設計項目（FIND）是由NSF的“網(wǎng)絡系統(tǒng)和技術研究計劃”（NeTS）于2005年提出的一個長期計劃。FIND在網(wǎng)絡體系結構各個方面的研究和設計都盡量做到不受到以往的研究

11、思路的影響和束縛，即“Clean Slate Process”。FIND的目標是設計一種全新的滿足未來15年社會需求的下一代互聯(lián)網(wǎng)，其核心功能應安全、健壯、可管理、集成新的網(wǎng)絡技術以及新的網(wǎng)絡體系結構理論。FIND計劃初擬分成3個階段：第1階段（2006到2008年）關注基礎研究，解決互聯(lián)網(wǎng)安全、命名及路由等基礎問題；第2階段（2009到2011年）提出可能不只一個的網(wǎng)絡體系結構方案；第3階段（2012到2014年）在GENI等實驗床上測試和論證。2009年4月，F(xiàn)IND發(fā)布了新的專家評估報告5，建議繼續(xù)FIND項目，并在網(wǎng)絡安全、網(wǎng)絡管理和項目總體集成方面投入更多研究精力。2.1.3 未來互

12、聯(lián)網(wǎng)研究和試驗項目2007年，歐盟在其第七框架（FP7）中設立了未來互聯(lián)網(wǎng)研究和試驗（FIRE）項目。FIRE的主要研究內(nèi)容包括：網(wǎng)絡體系結構和協(xié)議的新設計；未來互聯(lián)網(wǎng)日益增長的規(guī)模、復雜性、移動性、安全性和通透性的解決方案；在物理和虛擬網(wǎng)絡上的大規(guī)模測試環(huán)境中驗證上述屬性。FIRE和GENI有著很多的相似之處。它們都關注如何搭建試驗環(huán)境為理論研究提供證據(jù)支持。FIRE也希望通過螺旋式的部署方案，突破地理限制，建立全球性的大規(guī)模試驗環(huán)境；FIRE同樣采用虛擬化思想，該技術將獨立存在的資源和設施聯(lián)系起來；FIRE同樣也具有聯(lián)盟和跨學科等特點。2.1.4 未來互聯(lián)網(wǎng)體系結構計劃2010年美國NSF

13、設立了未來互聯(lián)網(wǎng)體系結構（FIA）計劃。FIA的目標是設計和驗證下一代互聯(lián)網(wǎng)的綜合的新型的體系結構，為期3年（2010到2013年），研究范圍包括：網(wǎng)絡設計、性能評價、大規(guī)模原型實現(xiàn)、端用戶應用試驗等。FIA資助了4個項目，分別致力于未來網(wǎng)絡體系結構研究和設計的不同方向，同時也為集成架構方面有所考慮，為建立綜合的可信的未來網(wǎng)絡體系結構努力。NDN項目致力于使互聯(lián)網(wǎng)支持不考慮內(nèi)容存儲所在的物理位置，直接提供面向內(nèi)容的功能。NDN網(wǎng)絡將通信的模式從關注于“在哪”，例如地址、服務器、端系統(tǒng)，到關注于“是什么”，即用戶和應用關注的內(nèi)容。NDN通過命名數(shù)據(jù)而不是它們的位置地址，把數(shù)據(jù)作為基礎實體。項目重

14、點研究建立NDN網(wǎng)絡面臨的技術挑戰(zhàn)，包括路由可擴展性、快速轉(zhuǎn)發(fā)、信任模型、網(wǎng)絡安全、內(nèi)容保護和隱私，以及新的支持這一設計的基礎通信原理。MobilityFirst項目則致力于對無縫的平滑的移動性的支持，它以支持移動節(jié)點間的通信為主，而不再是把對移動性的支持當成互聯(lián)網(wǎng)連接中的一種特殊情況。這一體系結構使用“全面延遲容忍網(wǎng)絡”（GDTN）來提供通信穩(wěn)定性，關注于移動性和可擴展性的平衡，以及充分利用網(wǎng)絡資源來實現(xiàn)移動端點間的有效通信。主要的技術包括分布式的命名服務和延遲容忍的路由和傳輸?shù)?。NEBULA項目的名字是拉丁文“云”的意思，它是一個體系結構，其中云計算數(shù)據(jù)中心是主要的數(shù)據(jù)存儲和計算核心。在這

15、一未來的模型中，數(shù)據(jù)中心被高速的、可靠的、安全的骨干網(wǎng)絡連接在一起。這一項目致力于建立一個以云計算為中心的體系結構。XIA項目致力于構建一種未來互聯(lián)網(wǎng)體系結構，具有以下特點：可信、支持長期更新的多種使用模型、支持長期的技術革新、支持不同網(wǎng)絡組成角色間的明晰的接口。XIA體系結構的核心是XIP協(xié)議，該協(xié)議支持不同類別目標直接的通信。XIA目標主要指內(nèi)容、服務和端系統(tǒng)3種情況。協(xié)議簇將保留TCP/IP協(xié)議族的細腰特性，即在中間采用互操作協(xié)議定義最簡單基礎的功能。2.2下一代互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢下一代的互聯(lián)網(wǎng)、未來互聯(lián)網(wǎng)有不同的技術路線，一種是叫做革命性的路線，革命性的路線是完全從頭設計，像GEN

16、I和FING屬于這樣的項目。第二種是是演進性的路線，干脆我們IPv6都不要，我們要IPv4+NAT，第二種是直接演進成Internet2、Geant2、TEIN2。在2004年設計中國第二代教育網(wǎng)時候，大家都批評我們說，你們?yōu)槭裁从眉僆Pv4，而不用雙戰(zhàn)？因為我們的教授是認為純的技術是可以展開做的。新一代互聯(lián)網(wǎng)重大需求分析基本相同，四大挑戰(zhàn)是可擴展性、安全性、移動性、可管理性、實時性、高性能，這也是反映在四大挑戰(zhàn)，要解決這么六大問題了。另外，未來互聯(lián)網(wǎng)有什么實際背景呢？有一個大家有興趣可以看，有一個叫做DTN，這是什么概念呢？其實是一個美國軍方很重要的項目。大家平常上Google Map，像清

17、華辦公室停的一輛車都可以看到。但是，這輛車可能并不是現(xiàn)在停的，而是一個星期之前停的，這有要通過衛(wèi)星搖桿監(jiān)測。美國已經(jīng)沒有這樣的實力發(fā)射衛(wèi)星，他希望和盟國分別發(fā)射，未來把互聯(lián)網(wǎng)的衛(wèi)星組合起來，大家可以實時觀測。這個衛(wèi)星里面有地球陰影、日食這類的東西，所以是要可靠性非常強，而且中斷并不影響。另外，剛才大家看到了溫瑟夫提出了星際互聯(lián)網(wǎng)，這兩個應該是未來互聯(lián)網(wǎng)很重要的內(nèi)容。最后說一下我們的策略，大家從中國來講，其實也看到了下一代互聯(lián)網(wǎng)有很多的基礎工作，包括了很多的層次，第一個層次是基礎研究，包括科研基金，包括了國家的“973”項目。第二個是科技部的“863”計劃和科技支撐計劃。第三個推廣應用主要是發(fā)改委的中國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程還有專項等等?，F(xiàn)在2009年，前面這些項目其實已經(jīng)完成了，剛才介紹的有些東西也是從這些項目出來的。未來，我們正在做3個項目，一個是“973”第二期，還有科技支撐計劃，我們?nèi)鎸嵤Ｖ袊乱淮ヂ?lián)網(wǎng)示范工程是在國家導下發(fā)布的，取得了這樣一些成果。下一代互聯(lián)網(wǎng)我們自