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IPv6技术的优势在下一代互联网中的发展布局

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  中国的IPv6已经开始进入快速发展的道路,智能家居、智能校园、智能楼宇、智能医疗乃至智慧城市正在慢慢变成现实。IPv6等各种新技术已经让世博会尽情演绎了“城市,让生活更美好”。在2011年的大运会上,中国电信也将使用IPv6技术来提供一些新型的应用,覆盖大运会67个场馆,服务于7万多的运动员、教练员、媒体、记者等等。另外,中国电信在湖南已提供IPv6商用网络,主要是温室监控系统。据悉,该系统是第一个使用IPv6技术的物联网应用。它采用了智能感知与控制的技术,提供了视频、温度、湿度、光照、土壤排水量等业务和应用,直接服务于农科院。

  “30亿个IPV4地址只是连接了全球10%的人,而想要把互联网的覆盖率从10%提升到20%,至少还需要380个A类地址,但目前只剩下82个A类地址。”LatifLadid介绍,中国目前的互联网覆盖率在7%左右,要想提高到20%至少需要101个A类地址,而即使达到这样的覆盖率,也是“三个互联网用户共享一个地址”。他表示,无论从网络需求、容量、规模、编址还是双向交流上看,IPV6都是唯一选择。

  “IPV6还可以降低网络管理成本,提升利润。”刘永春也表达了相同意见:“WLAN、3G等都是发展中的技术,如果不做3G,我们也许可以跳到4G、5G,也许可以找到别的方式,还可以活的不错。但只要互联网存在,还在继续发展,就必须走IPv6,这是唯一的一条路。”

  在刘永春看来,组建网络固然重要,研发适用于该网络的终端设备同样意义重大。“有技术并不代表有很好的网络,有很好的网络并不代表有很好的设备,有很好的设备并不代表有很好的应用,有很好的应用也不代表有很好的市场这是相关联的。”

  “如果将网络比作高速公路的线这条平坦的高速路上,也应该跑IPV6的车,而不能只跑IPV4的车,并且这些车中一定要有中国制造的我们不能拱手把这块市场让出去。IPV6的应用目前仅仅才是个开始,但就是因为这才是开始,我们才更需要抓住机遇。况且在技术方面而言其实并不复杂。不能只盯着路,还要盯着车。”

  尽管IPV6代表了互联网未来的发展方向,但何时能全面取代IPV4,形成真正的应用,还需要一个非常漫长的过程。目前,IPV6的杀手级应用尚未出现。“这需要一个从量变到质变的过程。”日本是最早把IPV6应用到了游戏、应用开发竞赛等方面的国家,刘永春认为,由于IPV6地址具有全球唯一性,因此更适合点到点的应用。

  “最终决定IPV6是否被采用的是市场,而在其中用户起着绝对的作用。”如何用好IPV6这一技术,拉菲娱乐2使之形成产业,是目前最受关注的问题。LatifLadid则预测,2005年将是IPV6最大的里程碑,而中国,则将是IPV6最大的推动力。

  由于全球IPv4地址将于2011年分配完毕,故发展基于下一代互联网技术的IPv6已是当务之急。目前,全国CNGIIPv6骨干网现已覆盖22个城市,深圳作为接入地进入IPv6主干节点城市。深圳电信结合大运会契机,开展下一代互联网IPv6试商用,也获得了国家发改委、深圳市发展局等部门的一系列扶持。大运会对通信网络提出“采用业界成熟、可靠、先进的技术,支持IPv4/IPv6双栈运行,面向下一代互联网应用”等要求。

  深圳建设国家创新型城市总体规划也明确提出,以IPv6技术为支撑,建设下一代互联网信息基础设施,提升城市网络信息服务能力。IPv6在大运会试商用后,将在深圳推广建设和大规模应用,为广大市民提供服务的同时,促进城市信息化,带动产业链升级发展,增强深圳综合实力和国际竞争力。

  中国电信为建设一个开放、安全、可扩展、广覆盖网络,来满足下一代业务促进三网融合,拓展互联网新兴的应用和支持国家的信息化、可持续发展的目标,规划分三个阶段来发展IPv6网络。第一个阶段是试商用,从2009年到2011年,这个阶段主要以IPv4的业务为主,启动相应的网络和业务平台的改造和试商用;第二个阶段是规模商用,从2012年到2015年,IPv4、IPv6的网络业务共存,网络的平台进行规模的改造和逐步的迁移;第三个阶段,即到2015年以后全面商用IPv6的网络。

  在今年的上海世博会上,中国电信曾率先应用IPv6的技术,为上海的世博会提供宽带的接入,如官网的镜像、高清的IPTV、彩色e家等互联网应用。同时,在2011年的大运会上,中国电信也将使用IPv6技术来提供一些新型的应用,覆盖大运会67个场馆,服务于7万多的运动员、教练员、媒体、记者等等。

  在第26届世界大学生夏季运动会进入倒计时一周年之际,“信息大运”捷报频传。据大运会综合信息服务全球合作伙伴中国电信透露,大运会通信和信息系统建设经过全力攻坚,在信息基础网络、下一代互联网IPv6应用、赛事管理指挥系统等各方面均已取得阶段性成果。

  全球最先进的下一代互联网IPv6将覆盖大运会44个比赛场馆、14个非竞赛场馆。中国电信表示,大运会信息系统由运动会IT系统、赛事成绩系统、信息发布系统、运行保障与支持系统四大部分组成,将全部获得IPv6网络环境支撑。

  面向下一代信息技术发展的各种应用都将在大运会期间变为现实,大运会期间将实现IPv6网络信息服务的全面覆盖,IPv6的引入将满足大运会安全保卫、指挥调度及高效服务的需要,为大运会创造高效、舒适、安全、便利、环保的比赛生活交流环境。通过大运会的全新应用与练兵,IPv6将更好地推动深圳建设国家创新型城市的发展。

  目前,中国电信正在建设覆盖全市的下一代IPv6城域网、IPv6无线网两大网络平台,以IPv6、云计算、物联网等前沿技术为基础,建设无线宽带视频监控、大运村RFID识别、移动多媒体多语种信息服务、智能化大运村(智能家居)、无线宽带即拍即传、高清赛事直播(宽带互联网视听)、大运会门户网站等IPv6框架下的7大应用系统,为大运会各方来宾提供更丰富、更便捷的综合信息服务,展现深圳作为创新城市的魅力。

  据透露,上述下一代互联网IPv6应用正在大运会相关场馆和大运村进行部署,计划今年底完成建设进行试用。据悉,下一代互联网IPv6在大运会试商用后,有望在全市推广建设和大规模应用。

  主要采取RFID卡和具备RFID功能的手机用于大运村消费,包括DVD厅、网吧、健身房等场所消费、商业场所购物等各类大运村服务;开发支持IPv6的POS机。

  大运村及部分场馆计划部署IPv6高清视频监控摄像头,进行赛事监控和环境监控。相比基于IPv4的视频监控,功能更为丰富强大。

  对智能家居网关等设备进行IPv6的开发,可更方便的支持家居自动化、家电控制、安保、监控等应用,同时还将提供大运会信息服务等。

  通过基于IPv6的无线网络WAPI/WIFI,通过设置在照相机的无线接入设备,或独立的读卡器,第一时间将照片快速传回媒体总体进行处理和发布。

  通过支持CDMA和WLAN的移动终端提供基于位置的实时信息推送与导航,包括中英文双语的大运会相关信息发送、资讯订购等。相比普通GPS导航系统具有提供实时信息的显着优势。

  通过宽带互联网视听收看赛事,计划部署在大运村DVD厅等场所,可为运动员、记者等群体提供赛事赛况、娱乐直播和点播节目,并提供大运信息中英文服务。此次应用将在业界创新开展基于IPv6的商用产品开发。

  IT管理员和普通用户都已熟知,目前世界上几乎没有IP地址了,或者说至少是几乎没有IPv4地址了。幸运的是,IPV6已经开发,将成倍地扩大可用的IP地址池,同时也提供一些其他方面的好处。

  为了解决与目前使用的IP协议(IPv4)问题,增加新功能以改善未来的协议,互联网工程任务组(IETF)已经推出IPV6(互联网协议版本6)。让我们从几个方面看看,IPV6将如何来拯救和保护互联网。

  IPv6使用128位地址而不是目前的32位地址,这样可用IP地址的数量会急剧增加。网络路由专家,早在80年代在世界上大多数人还没知道互联网之前,在互联网变得无处不在之前就意识到IPv4的局限性。

  使用32位的IPv4只允许大约4.3亿个IP地址。而由于每个网络连接的设备服务器、台式机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑等等,都必须有一个IP地址,而且因为网络已经在像中国和印度等国家爆炸式增长,整个世界里可用的IPv4地址临近结束。

  使用128位来编制独特的地址,IPv6的海量IP地址远远超过今天的互联网和网络连接设备的疯狂需求。而不会像IPv4的43亿地址极限,IPv6有足够的地址,给地球上的每一个人都会分配到数十亿。

  IPv6可以向后兼容IPv4,所以不同的网络或硬件制造商可以在不同的时间升级而不会破坏互联网上的当前流量数据。鉴于整个世界对互联网上的新闻、商业、公共安全、国家安全都十分依赖互联网,IPv6的这一特性尤显重要。

  最后,所有的IPv4的设备将被消耗替换,IPv6将是唯一使用的地址协议。但是,这可能需要数十年,因此在可预见的未来,向后兼容性将是至关重要的。

  IPv6设计理念包含加密和认证。IPSec是IPv4的一个可选的安全组成部分,但在IPv6是强制性的。使用IPSec,每个独立数据包都进行加密和认证,使许多对现在这样的互联网的恶意攻击变得不大可能,或者说更加困难。

  IP数据包的和头,以及IPv6路由器处理数据包的方式已经改变,以提高性能,从而减少丢失或遗漏的数据包,连接更加可靠有效。随着越来越多的的人和设备共享互联网,VoIP(IP语音)和视频流的需求增长,性能将比以往任何时候都更重要。

  以IPv6为技术基础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。

  现今网络上,大部分应用采用的是“客户端/服务器”的模式,只能在一个区域和一定的范围内进行,而且由于地址有限,需要采用NAT等地址转换技术,地址经常变动。IPv6有了足够多的地址,可以长期拥有一个IP地址,实现了网络上所有设备的点对点(P2P)通信,IPv6网络上的游戏线的综合业务平台可以提供对安全、隐私和计费的保障,将会极大增强在线P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。

  IPv6拥有无穷尽的海量地址,除了有助于促进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。这种模式伴随Web2.0,网格等新型应用可能给互联网带来全新体验。

  IPv6具备海量地址,允许海量终端接入,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。

  互联网在全球普及之后“家庭网络”的概念开始出现,但是IPv4地址的稀缺,导致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。

  网络家电是IPv6下一代网络的重要应用之一。所谓网络家电,指通过个人电脑、PDA等信息设备可对连接在家庭网络中的空调、电饭煲、微波炉、冰箱、电视、音响和照明设备等家用电器进行远距离遥控。为了推行网络家电标准,众多家电厂商正在开发面向IPv6的多种网络家电产品,并进行多项网络家电的IPv6实证实验。

  数字家庭是指以计算机技术和网络技术为基础,各种家电通过不同的互连方式进行通信及数据交换,实现家用电器之间的“互联互通”,使人们足不出户就可以更加方便快捷地获取信息,从而极大提高人类居住的舒适性和娱乐性。交互式网络电视(IPTV)、有线数字电视、机顶盒、电脑娱乐中心、网络电话、网络家电、信息家电以及智能家居等,都是数字家庭的体现。

  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。

  RFID(射频识别)是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,作为条形码的无线版本,RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点,其应用将给零售、物流等产业带来革命性变化。

  作为下一代网络协议,IPv6凭借着丰富的地址资源以及支持动态路由机制等优势,能够满足物联网对通信网络在地址、网络自组织以及扩展性等诸多方面的要求。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。

  IPv6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。由于IPv6协议栈过于庞大复杂,并不匹配物联网中互联对象,尤其是智能小物体的特点,因此虽然IPv6可为每一个传感器分配一个独立的IP地址,但传感器网需要和外网之间进行一次转换,起到IP地址压缩和简化翻译的功能。

  目前,相关标准化组织已开始积极推动精简IPv6协议栈的工作。例如,IETF已成立了6LowPAN和RoLL两个工作组进行相关技术标准的研究工作。相比较传统方式,能支持更大的节点组网,但对传感器节点功耗、存储、处理器能力要求更高,因而成本要更高。另外,目前基于IEEE802.15.4的网络射频芯片还有待进一步的开发来支持精简IPv6协议栈。

  总体上,物联网应用IPv6可按照“三步走”策略来实施。首先,承载网支持IPv6;其次,智能终端、网关逐步应用IPv6;最后,智能小物体(传感器节点)逐步应用IPv6。

  (1)IPV6地址长度为128比特,地址空间增大了2的9 中国IPV6主干节点示意图[1]6次方倍;

  (2)灵活的IP报文头部格式。使用一系列固定格式的扩展头部取代了IPV4中可变长度的选项字段。IPV6中选项部分的出现方式也有所变化,使路由器可以简单路过选项而不做任何处理,加快了报文处理速度;

  (3)IPV6简化了报文头部格式,字段只有8个,加快报文转发,提高了吞吐量;

  一,IPv6具有更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32,即有2^32-1(符号^表示升幂,下同)个地址;而IPv6中IP地址的长度为128,即有2^128-1个地址。

  二,IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类(Aggregation)的原则,这使得路由器能在路由表中用一条记录(Entry)表示一片子网,大大减小了路由器中路由表的长度,提高了路由器转发数据包的速度。

  三,IPv6增加了增强的组播(Multicast)支持以及对流的支持(Flow Control),这使得网络上的多媒体 IPv6的长分布式结构图[2]应用有了长足发展的机会,为服务质量(QoS,Quality of Service)控制提供了良好的网络平台。

  四,IPv6加入了对自动配置(Auto Configuration)的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展,使得网络(尤其是局域网)的管理更加方便和快捷。

  五,IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验,极大的增强了网络的安全性。

  现实Internet上的各种攻击、黑客、网络蠕虫病毒弄得网民人人自危,每天上网开了实时防病毒程序还不够,还要继续使用个人防火墙,打开实时防木马程序才敢上网冲浪。诸多人把这些都归咎于IPv4网络。现在IPv6来了,它设计的时候充分研究了以前IPv4的各种问题,在安全性上得到了大大的提高。但是是不是IPv6就没有安全问题了?答案是否定的。

  目前,病毒和互联网蠕虫是最让人头疼的网络攻击行为。但这种传播方式在IPv6的网络中就不再适用了,因为IPv6的地址空间实在是太大了,如果这些病毒或者蠕虫还想通过扫描地址段的方式来找到有可乘之机的其他主机,就犹如大海捞针。在IPv6的世界中,对IPv6网络进行类似IPv4的按照IP地址段进行网络侦察是不可能了。

  所以,在IPv6的世界里,病毒、互联网蠕虫的传播将变得非常困难。但是,基于应用层的病毒和互联网蠕虫是一定会存在的,电子邮件的病毒还是会继续传播。此外,还需要注意IPv6网络中的关键主机的安全。IPv6中的组发地址定义方式给攻击者带来了一些机会。例如,IPv6地址FF05::3是所有的DHCP服务器,就是说,如果向这个地址发布一个IPv6报文,这个报文可以到达网络中所有的DHCP服务器,所以可能会出现一些专门攻击这些服务器的拒绝服务攻击。

  由于Internet的规模以及目前网络中数量庞大的IPv4用户和设备,IPv4到v6的过渡不可能一次性实现。而且,目前许多企业和用户的日常工作越来越依赖于Internet,它们无法容忍在协议过渡过程中出现的问题。所以IPv4到v6的过渡必须是一个循序渐进的过程,在体验IPv6带来的好处的同时仍能与网络中其余的IPv4用户通信。能否顺利地实现从IPv4到IPv6的过渡也是IPv6能否取得成功的一个重要因素。

  实际上,IPv6在设计的过程中就已经考虑到了IPv4到IPv6的过渡问题,并提供了一些特性使过渡过程简化。例如,IPv6地址可以使用IPv4兼容地址,自动由IPv4地址产生;也可以在IPv4的网络上构建隧道,连接IPv6孤岛。目前针对IPv4-v6过渡问题已经提出了许多机制,它们的实现原理和应用环境各有侧重,这一部分里将对IPv4-v6过渡的基本策略和机制做一个系统性的介绍。

  在更新过程中避免设备之间的依赖性(即某个设备的更新不依赖于其它设备的更新);

  主要分三个方面:IP层的过渡策略与技术、链路层对IPv6的支持、IPv6对上层的影响

  对于IPV4向IPV6技术的演进策略,业界提出了许多解决方案。特别是IETF组织专门成立了一个研究此演变的研究小组NGTRANS,已提交了各种演进策略草案,并力图使之成为标准。

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