畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)研究

1、解放軍信息工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù) （獨(dú)立本科段）畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 下一代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)研究準(zhǔn)考證號(hào)：010811105136 學(xué)生姓名： 戴云云 專 業(yè)：計(jì)算機(jī)應(yīng)用 技術(shù)完成時(shí)間：2013.0摘 要互聯(lián)網(wǎng)已成為支撐現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步的重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。深刻地改變著人們的生產(chǎn)、生活和學(xué)習(xí)方式，成為支撐現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和科技創(chuàng)新的最重要的基礎(chǔ)設(shè)施。互聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家基本國力和經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志之一。隨著超高速光通信、無線移動(dòng)通信、高性能低成本計(jì)算和軟件等技術(shù)的迅速發(fā)展，以及互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，人們對(duì)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(gè)網(wǎng)絡(luò)，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(gè)空洞的政治口號(hào)，而是有其技術(shù)保證的?；ヂ?lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)是按照“包交換”的方式連接的分布式網(wǎng)絡(luò)。因此，在技術(shù)的層面上，互聯(lián)網(wǎng)絕對(duì)不存在中央控制的問題。也就是說，不可能存在某一個(gè)國家或者某一個(gè)利益集團(tuán)通過某種技術(shù)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(gè)國家之內(nèi)-除非建立的不是互聯(lián)網(wǎng)。關(guān)鍵詞互聯(lián)網(wǎng)；Internet；下一代互聯(lián)網(wǎng)；發(fā)展趨勢(shì)；目 錄摘 要I關(guān)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(shì)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(luò)創(chuàng)新環(huán)境22.1.2 未來互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目32.1.3 未來互聯(lián)網(wǎng)研究和試驗(yàn)項(xiàng)目32.1.4 未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)計(jì)劃42.2下一代互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)53.IPv6的產(chǎn)生64. IPv6的特點(diǎn)74.1地址和路由74.2報(bào)頭格式74.3網(wǎng)絡(luò)管理74.4安全性84.5 Q0S能力84.6 多點(diǎn)尋址方案84.7新的集群通信地址方式84.8可移動(dòng)性95.IPv6的優(yōu)勢(shì)以及未來的發(fā)展前景9謝辭11參考文獻(xiàn)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(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接而成，而不論采用何種協(xié)議與技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)?；ヂ?lián)網(wǎng)，即廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)

4、及單機(jī)按照一定的通訊協(xié)議組成的國際計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)?；ヂ?lián)網(wǎng)是指將兩臺(tái)計(jì)算機(jī)或者是兩臺(tái)以上的計(jì)算機(jī)終端、客戶端、服務(wù)端通過計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的手段互相聯(lián)系起來的結(jié)果，人們可以與遠(yuǎn)在千里之外的朋友相互發(fā)送郵件、共同完成一項(xiàng)工作、共同娛樂。通過全球唯一的網(wǎng)絡(luò)邏輯地址在網(wǎng)絡(luò)媒介基礎(chǔ)之上邏輯地鏈接再一起。這個(gè)地址是建立在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）或今后互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代其它協(xié)議基礎(chǔ)之上的。可以通過傳輸控制協(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(jìn)行通信。以讓公共用戶或者私人用戶享受現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息技術(shù)帶來的高水平、全方位的服務(wù)。這種服務(wù)是建立在上述通信及相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施之上的?！边@當(dāng)

5、然是從技術(shù)的角度來定義互聯(lián)網(wǎng)。這個(gè)定義至少揭示了三個(gè)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(tái)主機(jī)都需要有“地址”；最后，這些主機(jī)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(jì)劃署）制定的協(xié)定下將美國互聯(lián)網(wǎng)西南部的大學(xué)UCLA(加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校)、Stanford ResearchInstitute(史坦福大學(xué)研究學(xué)院)、UCSB(加利福尼亞大學(xué))和UniversityofUtah(猶他州大學(xué))的四臺(tái)主要的計(jì)算機(jī)連接起來。這個(gè)協(xié)定有劍橋大學(xué)的BBN和MA執(zhí)行，在1969年12月開始聯(lián)機(jī)。到1970

6、年6月，MIT(麻省理工學(xué)院)、Harvard(哈佛大學(xué))、BBN和SystemsDevelopmentCorpinSantaMonica(加州圣達(dá)莫尼卡系統(tǒng)發(fā)展公司)加入進(jìn)來。到1972年1月，Stanford(史坦福大學(xué))、MITsLincolnLabs(麻省理工學(xué)院的林肯實(shí)驗(yàn)室)、Carnegie-Mellon(卡內(nèi)基梅隆大學(xué))和Case-WesternReserveU加入進(jìn)來。緊接著的幾個(gè)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(xué))也加入進(jìn)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(kuò)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(shì)2.1 下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程國際上各個(gè)國家的下一代互聯(lián)網(wǎng)研究計(jì)劃不斷啟動(dòng)、實(shí)施和重組，其研究和實(shí)驗(yàn)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(jì)劃和舉措；從研究內(nèi)容方面看，有的關(guān)注網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和試驗(yàn)平臺(tái)的建立，有的關(guān)注體系結(jié)構(gòu)理論的創(chuàng)新；從技術(shù)路線上看，有的遵從“演進(jìn)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(dòng)“下一代互聯(lián)網(wǎng)”研究計(jì)劃。陸續(xù)地，一些全球下一代互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目分別啟動(dòng)。全球下一代互聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)網(wǎng)的主干網(wǎng)逐漸形成，規(guī)模不斷擴(kuò)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(xiàng)目的設(shè)計(jì)大多遵循“演進(jìn)性”的技術(shù)路線。另一些研究者認(rèn)為需要從根本上改變互聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，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(luò)創(chuàng)新環(huán)境2005年NSF出資3億美元提出全球網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新環(huán)境（GENI）計(jì)劃。GENI計(jì)劃的目的是構(gòu)建一個(gè)全新的、安全的、能夠連接所有設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)，以促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，并刺激科技創(chuàng)新，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長。GENI由兩部分組成：研究計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)設(shè)施?！把芯坑?jì)劃”的重點(diǎn)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(bào)、分組和電路交換框架，設(shè)計(jì)新的命名、尋址和身份識(shí)別體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)內(nèi)

9、置的網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制和新的網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制，使下一代互聯(lián)網(wǎng)具有高度安全性和可管理性；“實(shí)驗(yàn)設(shè)施”的重點(diǎn)是研究能夠提供包括傳感器和無線移動(dòng)通信設(shè)備等在內(nèi)的多種接入技術(shù)，并能夠部署和驗(yàn)證新的體系結(jié)構(gòu)。GENI的設(shè)計(jì)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(wù)類型虛擬地將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備劃分資源和處理能力。GENI參考了OpenFlow技術(shù)。OpenFlow是一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)，允許人們?cè)趯?shí)際網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行試驗(yàn)協(xié)議，基本思想是：OpenFlow交換機(jī)由數(shù)據(jù)流表、安全通道和OpenFlow協(xié)議3個(gè)組成部分，網(wǎng)絡(luò)中的路由和交換設(shè)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(shè)計(jì)思想，每一條“表項(xiàng)”支持規(guī)則、操作和狀態(tài)3個(gè)部分。靈活地定義“數(shù)據(jù)流”，同時(shí)“數(shù)據(jù)流表”支持多種遠(yuǎn)程的訪問和控制，從而達(dá)到滿足各種需求，控制流量的目的。GENI項(xiàng)目的發(fā)展遵循一種結(jié)構(gòu)化的自適應(yīng)的螺旋式的過程，包括規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、集成和應(yīng)用。2009年1月，GENI實(shí)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(yùn)行。下一階段，建立真正的大規(guī)模的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，加強(qiáng)國際合作是其重點(diǎn)。2.1.2 未來互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目未來互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目（FIND）是由NSF的“網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和技術(shù)研究計(jì)劃”（NeTS）于2005年提出的一個(gè)長期計(jì)劃。FIND在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)各個(gè)方面的研究和設(shè)計(jì)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(biāo)是設(shè)計(jì)一種全新的滿足未來15年社會(huì)需求的下一代互聯(lián)網(wǎng)，其核心功能應(yīng)安全、健壯、可管理、集成新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)理論。FIND計(jì)劃初擬分成3個(gè)階段：第1階段（2006到2008年）關(guān)注基礎(chǔ)研究，解決互聯(lián)網(wǎng)安全、命名及路由等基礎(chǔ)問題；第2階段（2009到2011年）提出可能不只一個(gè)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)方案；第3階段（2012到2014年）在GENI等實(shí)驗(yàn)床上測(cè)試和論證。2009年4月，F(xiàn)IND發(fā)布了新的專家評(píng)估報(bào)告5，建議繼續(xù)FIND項(xiàng)目，并在網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)管理和項(xiàng)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(yàn)項(xiàng)目2007年，歐盟在其第七框架（FP7）中設(shè)立了未來互聯(lián)網(wǎng)研究和試驗(yàn)（FIRE）項(xiàng)目。FIRE的主要研究內(nèi)容包括：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議的新設(shè)計(jì)；未來互聯(lián)網(wǎng)日益增長的規(guī)模、復(fù)雜性、移動(dòng)性、安全性和通透性的解決方案；在物理和虛擬網(wǎng)絡(luò)上的大規(guī)模測(cè)試環(huán)境中驗(yàn)證上述屬性。FIRE和GENI有著很多的相似之處。它們都關(guān)注如何搭建試驗(yàn)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(yàn)環(huán)境；FIRE同樣采用虛擬化思想，該技術(shù)將獨(dú)立存在的資源和設(shè)施聯(lián)系起來；FIRE同樣也具有聯(lián)盟和跨學(xué)科等特點(diǎn)。2.1.4 未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)計(jì)劃2010年美國NSF

13、設(shè)立了未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)（FIA）計(jì)劃。FIA的目標(biāo)是設(shè)計(jì)和驗(yàn)證下一代互聯(lián)網(wǎng)的綜合的新型的體系結(jié)構(gòu)，為期3年（2010到2013年），研究范圍包括：網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、性能評(píng)價(jià)、大規(guī)模原型實(shí)現(xiàn)、端用戶應(yīng)用試驗(yàn)等。FIA資助了4個(gè)項(xiàng)目，分別致力于未來網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究和設(shè)計(jì)的不同方向，同時(shí)也為集成架構(gòu)方面有所考慮，為建立綜合的可信的未來網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)努力。NDN項(xiàng)目致力于使互聯(lián)網(wǎng)支持不考慮內(nèi)容存儲(chǔ)所在的物理位置，直接提供面向內(nèi)容的功能。NDN網(wǎng)絡(luò)將通信的模式從關(guān)注于“在哪”，例如地址、服務(wù)器、端系統(tǒng)，到關(guān)注于“是什么”，即用戶和應(yīng)用關(guān)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(chǔ)實(shí)體。項(xiàng)目重

14、點(diǎn)研究建立NDN網(wǎng)絡(luò)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，包括路由可擴(kuò)展性、快速轉(zhuǎn)發(fā)、信任模型、網(wǎng)絡(luò)安全、內(nèi)容保護(hù)和隱私，以及新的支持這一設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)通信原理。MobilityFirst項(xiàng)目則致力于對(duì)無縫的平滑的移動(dòng)性的支持，它以支持移動(dòng)節(jié)點(diǎn)間的通信為主，而不再是把對(duì)移動(dòng)性的支持當(dāng)成互聯(lián)網(wǎng)連接中的一種特殊情況。這一體系結(jié)構(gòu)使用“全面延遲容忍網(wǎng)絡(luò)”（GDTN）來提供通信穩(wěn)定性，關(guān)注于移動(dòng)性和可擴(kuò)展性的平衡，以及充分利用網(wǎng)絡(luò)資源來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端點(diǎn)間的有效通信。主要的技術(shù)包括分布式的命名服務(wù)和延遲容忍的路由和傳輸?shù)?。NEBULA項(xiàng)目的名字是拉丁文“云”的意思，它是一個(gè)體系結(jié)構(gòu)，其中云計(jì)算數(shù)據(jù)中心是主要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)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(luò)連接在一起。這一項(xiàng)目致力于建立一個(gè)以云計(jì)算為中心的體系結(jié)構(gòu)。XIA項(xiàng)目致力于構(gòu)建一種未來互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，具有以下特點(diǎn)：可信、支持長期更新的多種使用模型、支持長期的技術(shù)革新、支持不同網(wǎng)絡(luò)組成角色間的明晰的接口。XIA體系結(jié)構(gòu)的核心是XIP協(xié)議，該協(xié)議支持不同類別目標(biāo)直接的通信。XIA目標(biāo)主要指內(nèi)容、服務(wù)和端系統(tǒng)3種情況。協(xié)議簇將保留TCP/IP協(xié)議族的細(xì)腰特性，即在中間采用互操作協(xié)議定義最簡(jiǎn)單基礎(chǔ)的功能。2.2下一代互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)下一代的互聯(lián)網(wǎng)、未來互聯(lián)網(wǎng)有不同的技術(shù)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(shè)計(jì)，像GEN

16、I和FING屬于這樣的項(xiàng)目。第二種是是演進(jìn)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(jìn)成Internet2、Geant2、TEIN2。在2004年設(shè)計(jì)中國第二代教育網(wǎng)時(shí)候，大家都批評(píng)我們說，你們?yōu)槭裁从眉僆Pv4，而不用雙戰(zhàn)？因?yàn)槲覀兊慕淌谑钦J(rèn)為純的技術(shù)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(kuò)展性、安全性、移動(dòng)性、可管理性、實(shí)時(shí)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(shí)際背景呢？有一個(gè)大家有興趣可以看，有一個(gè)叫做DTN，這是什么概念呢？其實(shí)是一個(gè)美國軍方很重要的項(xiàng)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(gè)星期之前停的，這有要通過衛(wèi)星搖桿監(jiān)測(cè)。美國已經(jīng)沒有這樣的實(shí)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(shí)時(shí)觀測(cè)。這個(gè)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(qiáng)，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(gè)應(yīng)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(shí)也看到了下一代互聯(lián)網(wǎng)有很多的基礎(chǔ)工作，包括了很多的層次，第一個(gè)層次是基礎(chǔ)研究，包括科研基金，包括了國家的“973”項(xiàng)目。第二個(gè)是科技部的“863”計(jì)劃和科技支撐計(jì)劃。第三個(gè)推廣應(yīng)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(xiàng)等等?，F(xiàn)在2009年，前面這些項(xiàng)目其實(shí)已經(jīng)完成了，剛才介紹的有些東西也是從這些項(xiàng)目出來的。未來，我們正在做3個(gè)項(xiàng)目，一個(gè)是“973”第二期，還有科技支撐計(jì)劃，我們?nèi)鎸?shí)施。中國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程是在國家導(dǎo)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