互联网发展趋势研究-毕业设计(论文)

毕业论文（设计）

下一代互联网发展趋势研究

准考证号：

学生姓名：

专业：计算机应用技术

摘要

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

互联网；Internet；下一代互联网；发展趋势；

目录

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

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。

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

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。

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，

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TCP／IP协议簇为主干通信协议，TCP／IP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

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

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

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层以上的层负责，但它现在已经成为IP的下一个版本可以发挥作用的地方。所以IPV4定会有一个更优的网络协议出现来替代它。由于IPV4的种种缺点也就出现的新的网络协议IPV6，相对于IPV4来说它有更大的地址空间，更小的路由表，增加了增强的组播（Multicast）支持以及对流的支持（Flow Control），加入了对自动配置（Auto Configuration）的支持，IPv6具有更高的安全性。在将来的发展过程中，IPV6必然要代替IPV4的地位并成为最主要的网络协议。在今后的不久，电视、电话、冰箱、电饭煲等等的家用电器都有可以有自己的IP地址，连接到互联网中，实现更的服务。相信在IPV6的主导下，互联网有望实现以下几个方面的内容：（1）实现端到端的实时通信，这也是下一代网络的发展方向；（2）实现语音、数据和视频的融合业务，为多网合一的提供条件；（3）满足移动终端指数型增长；（4）更加的满足移动互联业务需求；（5）满足高速网络的发展需求。IPV6一定会给网络带来发展，使我们的生活呈现出一个真正的网络时代。现在的新的操作系统都有内置的IPV6，这说明了IPV6正在慢慢的推广，正在走入我们的生活，相信在IPV6的时代网络会更加的方便我们。

自从IPV6开发完成从2000年到2007年，全球已有1800百万家生产支持IPV6的设备的厂商。这说明IPV6正在逐渐的过渡。具体数据如下图3：

图 1 IPv6生产商的不断增加

谢辞

本论文是在王老师的悉心教诲指导下完成的，在整个毕业设计期间，得到了王老师的认真指导和帮助，王老师的严谨学风和渊博学识使我受益匪浅，在此表示诚挚的敬意和由衷的感谢。同时要感谢我的专业老师给我们提供了良好的环境和热心指导。

最后感谢母校给与我深造的机会。

参考文献

[1] 伍海桑，陈茂科等．IPv6的原理与实践[M] ．北京：人民邮电出版社，2000．

[2] 抄纹译．IPv6详解．北京：机械工业出版社．

[3] 卢显良．新一代Internet协议IPv6[M] ．清华大掌出版社，2000．

[4] 陶文星．胡文才译．新因特网协议IPv6[M] ．清华大学出杜，2000．