IP网络的昨天今天明天
初一 记叙文 7470字 183人浏览 洪德珠大房

IP 网络的昨天今天明天

罗程

重庆邮电大学

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摘要: 2

关键字: 2

一、前言 2

二、IP 网络的过去 2

1.IP 网络的发展 2

2. IP 协议 2

3.IP 网络参考模型 2

3.1 应用层 3

3.2 传输层 3

3.3 网络层 3

3.4 链路层 3

4. IP 网络与ATM 网络对比 3

4.1 ATM 网络的优点 3

4.2 IP 网络的优势 3

三、 IP 网络的现状与缺憾 4

四、 IP 网络的未来 4

1. NGN 4

1.1 NGN 的内涵 4

2. IPv6 5

2.1 IPv6的发展 5

2.2 IPv6与IPv4的比较 5

3. IP 网络的未来格局 6

五、致谢 6

参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

摘要:论述了IP 网络的发展历史,IP 协议要解决的主要问题,参考模型概述,与ATM 网络进行比较,然后分析IP 网络的现状与缺憾,最后展望IP 网络与IP 网络的发展。

关键字:IP 网络 IPv4 IPv6 ATM 协议 TCP ARPANET QoS 参考模型 地址枯竭 移动支持 NGN 安全机制

一、前言

IP (Internet Protocol )顾名思义,网络协议,最早是由ARPA (美国国防部高级研究计划局)提出的,其作为一种无连接的分组方式与面向连接的TCP

(Transmission Control Protocol )一道构建起了互联网,满足了人们的资源共享的需求。而后伴随着危机的大范围推广,IP 迎来了自己的春天。而IP 网络则是基于IP 协议构建的网络,其主要使用在Internet ,以及现在的电话网,与无线网。现如今,IP 网已经成为使用最广的网络。IP 网络虽然在在市场上大获全胜,但是IP 网络还是需要进一步的优化与升级。

二、IP 网络的过去

1. IP 网络的发展

自从1946年世界上第一台计算机ENIAC 的问世以来,伴随着计算机技术的发展,以计算机为主体的各种远程信息处理技术应运而生,计算机与通信成了密不可分的有机体。计算机网就是计算机通信科学的结合物。没有互联的计算机只能是孤立的,信息交互才是最终目的,要是信息时代的标志。

而从20世纪60年代中期到70年代中期,计算机性能的不断提高和价格的持续下降,使得在多台具有独立功能的计算机之间实现互相通信,充分利用本地资源和共享远程系统的软件、硬件及信息资源成为可能。人们利用通信线路将多个计算机连接起来,形成了多计算机互联的网络,为用户提供服务。同时,数据处理与通信不再采用集中模式,而是由分散在不同地理位置的计算机共同完成,这就是以共享资源为目的的第二代计算机网络。 第二代计算机网络在逻辑上可分为两大部分:通信子网和资源子网。资源子网由主机、终端、终端控制器、联网外设、各种软件资源与信息资源组成,它负责全网的数据处理并向网络用户提供各种网络资源与服务。通信子网由通信控制处理机、通信线路和其他通信设备组成,负责网络数据传输、转发等通信处理任务。这种计算机—计算机网络中的计算机彼此独立又相互连接,它们之间没有主从关系,其功能比第一代面向终端的计算机网络扩大了许

多。

现代意义上的计算机网络是 1969 年美国国防部高级研究计划署DARPA 建成的ARPANET 实验网(Advanced Research Projects Agency Network 。直到1983年1月1日,在因特网的前身(ARPA 网)中,TCP/IP协议取代了旧的网络控制协议(NCP ,

Network Control Protocol ),从而成为今天的互联网的基石。最早的TCP/IP由文顿·瑟夫和罗伯特·卡恩两位开发,慢慢地通过竞争战胜了其他一些网络协议的方案,比如国际标准化组织ISO 的OSI 模型。TCP/IP的蓬勃发展发生在1990年代中期。当时一些重要而可靠的工具的出世,例如页面描述语言HTML 和浏览器Mosaic ,导致了互联网应用的飞速发展。

2. IP 协议

IP 协议主要用于异构型网络之间的相互连接和路由选择。主要解决三个问题:寻址、路由选择和分段与重新组装。

3. IP 网络参考模型

TCP/IP(Transmission Control Protocol /Internet Protocol 的简写,中文译名为传输控制协议/互联网络协议) 协议是Internet 最基本的协议,简单地说,就是由底层的IP 协议和TCP 协议组成的。TCP /IP 协议的开发工作始于20世纪7O 年代,是用于

互联网的第一套协议。开放式系统互联模型(OSI)是1984年由国际标准化组织(ISO)提出的一个参考模型。作为一个概念性框架,它是不同制造商的设备和应用软件在网络中进行通信的标准。现在此模型已成为计算机间和网络间进行通信的主要结构模型。TCP /IP 协议族网络协议通常分不同层次进行开发,每一层分别负责不同的通信功能。TCP /IP 协议族是一组不同层次上的多个协议的组合。TCP/IP通常被认为是一个四层协议系统:

应用层

传输层

网络层

链路层

3.1 应用层

负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的TCP /IP 实现都会提供下面这些通用的应用程序:Telnet 远程登录、FTP 文件传输协议、SMTP 简单邮件传送协议、SNMP 简单网络管理协议。

3.2 传输层

主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在TCP /IP 协议族中,有两个互不相同的传输协议:TCP(传输控制协议) 和UDP(用户数据报协议。 TCP 为两台主机提供高可靠性的数据通信。它所做的工作包括把应用程序交给它的数据分成合适的小块交给下面的网络层,确认接收到的分组,设置发送最后确认分组的超时时钟等。由于传输层提供了高可靠性的端到端的通信,因此应用层可以忽略这些细节。而另一方面,UDP 则为应用层提供一种非常简单的服务。它只是把称作数据报的分组从一台主机发送到另一台主机,但并不保证该数据报能到达另一端。任何必需的可靠性必须由应用层来提供。

3.3 网络层

有时也称作互联网层,处理分组在网络中的活动,例如分组的选路。在TCP /IP 协议族中,网络层协议包括IP 协议(网际协议) 、ICMP 协议(Intemet互联网控制报文协议) 以及IGMP 协议(Intemet组管理协议)

3.4 链路层

有时也称作数据链路层或网络接口层,通常包括操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接13卡。它们一起处理与电缆(或其他任何传输媒介) 的物理接口细节。

4. IP 网络与ATM 网络对比

ATM 模式即异步转移模式,信息分组是异步传送的。该模式又是一种快速分组交换方式。它既有分组交换的基本特性,又有电路交换的时延性,ATM 是异步的是因为ATM 允许收发时钟异步工作ATM 是面向连接,定长分组。

4.1 ATM 网络的优点

(1)灵活性:ATM 支持各种数据业务;

(2)资源利用率高;

(3)网络管理通用;

(4)减少操作,降低维护管理费用。通过统计复用

(5)以减少传输费用,同时ATM 能提供动态带宽分配

4.2 IP 网络的优势

IP 网络对数据传输具有以下特点:

(1)路由器根据IP 分组中所含目的地址来选择路由.各分组的长度可以不同.同一用户信息的各分组可以选取不同的路由传送

(2)路由器对输入的分组不进行流量控制,当到达的分组过于密集时,路由器按先到服务的原则使后到的排队等候,故路由器转发分组的时延随业务量而变化。

(3)当资源不足时(例如存储器已满) 就丢掉来不及处理的IP 包 在IP 的目的地,终端的TCP 层会检验出IP 包的丢失.要求源端重发,因此出现时延

(4)路由器对输人的IP 包不纠错,接收端的TCP 层发现错误后也要求源端重发,结果出现时延。

三、IP 网络的现状与缺憾

随着网络规模的扩大和业务需求的增长,IP 网络不再单纯地作为数据网,而是要提供话音,图像,数据和多媒体业务的综合网络,IP 网的业务范围也在进一步地扩大。从某种意义上说,互联网的目标远高于“B-ISDN ”,这个网络要包含丰富的信息,给人们提供各种可以检索与办理的事物,并且可以融合现有的电视网,如IPTV 。IPv4协议是1973年制定的,它的设计者没有预料到IP 网络会有今天的发展速度和规模。目前,以IPv4协议为核心技术的互联网面临着越来越严重的技术挑战,除网络地址不足外,主要包括:难以实现更大规模的扩展;网络带宽和性能不能满足用户的需求;不能保障高质量的网络服务;网络安全漏洞多,可信度不高;目前发展极为迅速的移动通信与互联网属于不同技术体制,实现高效的移动互联网困难等等。IP 需要解决的主要问题有:

1. 地址枯竭

互联网目前执行的IP 协议版本是IPv4,而IPv4的地址空间即将枯竭,虽然采取了动态分配等技术,但是还是不能再根本上解决问题。IPv6能在从根本上解救危机,由于IPv6与IPv4不兼容,过度需要一定的时期。

2. 服务质量难以保证

Internet 作为一种尽力而为的网络,不能保证服务的质量。

3. 网络和信息安全问题

由于互联网的开发性,它很容易受到攻击,IP 地址也可以虚冒,信息容易被窃听。

4. 移动支持问题

在lPv4网络里采用NAT 技术虽然解决了地址不足问题,但是破坏了网络端到端的特性,缺少固定地址、永远在线机制,限制了移动tP 、IP 电话、PuSh 业务的发展。随着下一代高速移动无线网的建设,一些新的移动应用将会出现,如无线游戏、音乐点播、视频内容和会议电视等;移动商务活动将广泛开展,如移动订票、移动银行、移动金融贸易与移动钱包等。如此一来,许多新的移动设备都将会有上网的要求,这意味着数亿台移动终端将与互联网相连,各自都需要有自己的地址,而IPv6完全可以解决这些设备对地址的海量需求。故3G 移动网络向I Pv6承载过渡是必然趋势。目前IPv6还不成熟,设备支持程度还远远不够,尤其在手机终端方面,到目前为止还没有一款移动终端能够支持IPv6;手机终端对IPv6的支持情况,已经成为了制约3G 发展的主要瓶颈。

5. 网络和运营问题

IP 网络进入到万兆IP 电信网时代,必然要对前期的IP 网络建网理念进行挑战。过去单纯围绕Internet 进行建设.宽带IP 网络强调的是快速转发、简单接入、业务的尽力而为在这样的承载网上,IP 电信业务的控制层的加载就遇到了很多的波折。可管理性与可运营性不足。

四、IP 网络的未来

1 NGN

1.1 NGN 的内涵

NGN 是下一代网络的简称,国际电信联盟远程通信标准化组织ITU —IT 对NGN 的定义如下:NGN 是基于分组的网络,能够提供电信业务;利用多种宽带能力和QoS 保证的传送技术;其业务相关功能与其传送技术相独立。NGN 使用户可以自由接入到不同的业务提供商;NGN 支持通用移动性。NGN 具有以下特点:NGN 属于电信网络,支持话音,数据和多媒体业务;

支持实时/非实时的业务,同时应支持业务的个性化、业务的移动性;分组传送;控制功能从承载、呼叫/会话、应用/业务中分离;业务提供与网络分离,提供开放接口;利用各基本的业务组成模块,提供广泛的业务和应用(包括实时、流、非实时和多媒体业务) ,具有端到端QoS, 透明的传输能力;通过开放接口与传统网络互通;具有通用移动性;允许用户自由地接入不同业务提供商;支持多样标志体系,并能将其解析为IP 地址以用于IP 网络路由;同一业务具有统一的业务特性;融合固定与移动业务;业务功能独立于底层传送技术;适应所有管理要求,如应急通信、安全性和私密性等要求。

与现有互联网比较:(1)下一代互联网比现在的互联网规模更大,这主要是由于采用IPv6协议,使下一代互联网具有非常巨大的地址空间,网络规模将更大,接人网络的终端种类和数量更多,网络应用更广泛;采用了IPv6协议地址,给未来的应用提供了非常大的发展空间;(2)更快:主干网和城域网传输速率将比现在提高100倍到1000倍;(3)从根本上解决互联网的安全问题:可进行网络对象识别、身份认证和访问授权,具有数据加密和完整性,实现一个可信任的网络;(4)满足实时应用的要求:现在的互联网开始设计时主要是用来传输数据的,下一代互联网不仅要传输数据,也要传输电话、电视信号,所有媒体信息都要在互联网上传送,这就需要下一代互联网解决实时传输的问题。下一代互联网提供组播服务,进行服务质量控制,可开发大规模实时交互应用;(5)更及时:提供组播服务,进行服务质量控制,可开发大规模实时交互应用;(6)更方便:除去支持固定用户,还要支持移动功能。下一代互联网可以提供无处不在的移动和无线通信应用;(7)更可管理:下一代互联网可以进行有序的管理、有效的运营、及时的维护;(8)更有效:有盈利模式,可创造重大社会效益和经济效益。

2 IPv6

2.1 IPv6的发展

IPv6移动终端应用现状最近,全球一些发达国家对IPv6的开发和应用取得了实质性的进展,虽然还只是局限于少数国家的一定范围内,但是一些运营商推出的商用业务和应用,为我们勾勒出了电信lPv6的未来发展前景。日本最大的移动电信企业NTT 拥有最大的lPv6商用网,在全球范围内提供IPv6接入和数据服务;美国移动运营商Sprint 于2008年1月就已经开始提供IPv6服务;同时全球知名的移动运营商例AT&T、KDDI 、中华电信都已经向IPv6进行过渡。欧洲在电信IPv6的发展上采取了“先移动,后固定”的基本战略,并在3G 网络中率先引入IPv6。

2.2 IPv6与IPv4的比较

(1) 地址扩充:

IPv6协议将IP 地址扩展到128位bit ,地址空间远远大于IPv4,足够地球上现有以及未来的每个网络设备分配IP 地址。

(2) 路由表的简化

采用多级类聚的编码方式设计了可类聚的全球单播地址。

(3) 报头格式简化

IPv6对数据报头作了简化,以减少处理器开销并节省网络带宽。IPv6的报头由一个基本报头和多个扩展报头(extension header) 构成,基本报头长度固定为40字节(8字节报头和两个16字节的IP 地址) ,固定的报头长度可以加快网络中路由转发数据包的速度。IPv4的报头有15个域,而IPv6的只有8个域,IPv4的报头长度是由IHL 域来指定的,而IPv6的是固定4O 个字节。

(4) 服务质量满足:

IPv4在传输原理上来说是无法满足服务质量QoS 的,而随着网上多媒体业务的增多,对传输延时和延时抖动均有严格要求。IPv6数据包的格式包含一个8位的业务流类别

(class)和一个20位的流标签(flow labe1) 。其目的是允许发送业务流的源节点和转发业务流的路由器在数据包上加上标记,并进行除默认处理之外的不同处理。一般来说,在所选择的链路上,可以根据开销、带宽、延时或其他特性对数据包进行特殊处理。IPv6的中间节点接收到一个信息包时,通过验证它的流标签,就可以判断它属于哪个流,然后就可以知道信息包的QoS 需求进行快速地转发。

(5) 安全机制的提升

IPv6将IPSec 集成到协议标准里面,增强了对信息与资源的安全保护。

3 IP 网络的未来格局

IP 网络必然伴随IPv6的推广而蓬勃发展,主要体现在其对移动性的支持,以及泛在的概念。网联网的发展意在实现物体的感知,接入问题是关键,若IP 网能作为网联网的支撑网,那么地址的问题必然是要首先考虑的,如何实现多物连接,数据的可靠传输是下一代IP 网需要解决的问题之一。如果能够实现自动的网络管理与维护,将节省一大笔的开销,那么IP 网也势必依附于无源光网络技术。

五、致谢

本次论文的完成首先要感谢吴大鹏老师的大半个学期的教导,他让我了解了网络技术以及通信人应该具备的网络的基本概念,为本论文的撰写打下了良好地基础。还要感谢赵国峰老师对网络管理技术的阐述,武俊老师对现代通信网的讲解。最后感谢家人、室友对我工作的支持。

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