第二代网络研究与发展现状
陈新华 106101256
张映俊 106101249
摘要：本文介绍了第二代网络（NGN）的发展背景、优势、基本特征和它给我们带来的变化，特别是介绍
了它的相关技术，主要是讲了IPv6技术（NGN的基础），包括IPv6的特点，技术应用，实际中碰到的问题等等，也简单讲了NGN的核心技术，即软交换技术。
关键词：NGN； IPv4; 1．前言：
IPv6; 软交换
社会在发展, 科技在进步, 当前网络越来越不能满足网络技术与应用发展的需求。一方面，当前网络依然存在着宽带瓶颈，包括BT（Bit Torrent,比特流）等更多新型网络应用的出现，使得网络带宽的消耗速度大大超出了人们的预期。解决当今网络所面临的各种问题的根本方法，是将现有的网络发展演进为下一代望网络（NGN）.另一方面，传统的互联网在IPv4 协议的基础上经历了长时间的发展后暴露出很多缺点,在IPv4 协议上的一些修补并不是长久之计,而且解决不了根本问题,因此, IPv6 应运而生。IPv6 所具有的众多优点使得IPv6 成为下一代互联网的核心,国际上无论是在标准化、产品化方面还是在网络部署及其应用方面, IPv6 都逐渐成熟。
２. 下一代网络的发展背景：
上个世纪末，Internet由于web技术的使用而取得了极大的成功，迅速成长为一个足以和电信网相抗衡的全球性的网络，并强烈地冲击着以商业经营为目的的电信网，使得传统电信网处于巨大的压力之下。
主要表现在： ? 一方面，数据业务在业务量上已经超过了电信的主营业务——语音业务。传统的交换技术已经无法适应以突发性和不对称性为特点的数据业务发展的需要，而建立以数据业务为主导业务的下一代电信网络框架成为历史的必然。
? 另一方面，传统的电信网络每一种电信业务都是由一个基础网络来进行承载的，这种方式对电信运营商而言，无论是基础网络建设投资还是操作维护成本都是十分巨大的。
? 而IP技术以其良好的开放性使多网融合成为可能。随着技术条件的成熟，网络的融合特别是网络边缘部分的融合正成为电信网发展的大趋势，建立一个以IP技术为核心的多业务智能网络是技术和产业发展的必然结果。
３．什么是第二代网络？
NGN是“下一代网络”或“新一代网络”的英文缩写，它包含了非常广泛的内容： 1） 从计算机网络看，NGN是以高宽带和IPv6为基础的NGI(下一代互联网) 2） 从传输网络看，NGN是以ASON(自动交换光网络)和GFP（通用帧协议）为基础的新一
代传输网络
3） 从移动通讯网络看，NGN是以WCDMA和cdma2000为代表的3G 4） 从电话网看，NGN是指以分组交换和软交换为基础的电话网络
NGN是一个建立在IP技术基础上的新型公共电信网络，能够容纳各种形式的信息，在统一的管理平台下，实现音频、视频 、数据信号的传输和管理，提供各种宽带应用和传统电信业务，是一个真正
实现宽带窄带一体化、有线无线一体化、传输接入一体化的综合业务网络。Internet 是下一代网络的主体，IP技术是实现计算机互联网 传统的公共服务电话网（PSTN）和有线电视网融合的关键技术。
在ETSI中，对NGN有这样的定义：“NGN是一种规范和部署网络的概念，即通过采用分层、分布和开放业务接口的方式，为业务提供者和运营者提供一种能够通过逐步演进的策略，实现一个具有快速生成、提供、部署和管理新业务的平台。”
４．下一代网络关键技术
下一代网络的发展需要一系列的关键技术的研究，其中包括IPv6、光纤高速传输、光交换与智能光网、
宽带接入、城域网、软交换、３G和后3G移动通信系统、IP终端、网络安全等。其中，IPv6将是下一代网络的基础，软交换是其中的核心技术。
４.1 IPv6
一、IPv6简介
IP协议是TCP/IP协议族中的核心协议。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：链路层，网络层，运输层，应用层。IP协议是TCP/IP协议族的网络层协议。IPv6是一种全新的协议，也叫做IPng（IP新一代），是IP协议的新版本。IPv6具有能够增加IP地址数量、拥有巨大网址空间和卓越网络安全性能等特点，所以IPv4地址不足的难题，并且在安全性、网络管理、移动性及服务质量等方面都有明显的改善，是下一代互联网协议采用的核心标准之一。
二、与IPV4相比IPv6具有以下特点:
(1)巨大的地址空间 地址容量大大扩展,由原来的32位扩充到128位,彻底解决了IPv4地址不足的问题。IPV4中规定IP地址长度为32，即有2
32-1个地址；而IPv6中IP地址的长度 128，即有2
128-1个地址，可以完
全满足人们对IP地址的需求。IPv4是在32位处理器普遍使用的基础上得到最大应用的,因此,从某种意义上来说,当128 位处理器得到应用时,就意味着IPv6的到来。
( 2)有效的、分级的寻址和路由结构 尽管IPv6的地址总数大约有3.4*10
38个，但IPV6在设计上允许使
用层次化的地址结构，使用多级的子网划分和地址分配，从而创建了一个高效的、分层次的、可以有效收敛的路由结构。提供更灵活的分层地址结构组织方式,从而更易于寻址;提供新的地址分配方案,减少了路由表大小,加快了路由器和交换机的数据处理速度;扩展支持组播和任播地址,使得数据包可以发送给任何一个或一组节点。
( 3)即插即用功能 IPv6将用户地址的自动配置作为协议的标准功能。提供Internet和Intranet统一的地址方案;大容量的地址空间可以实现无状态地址自动配置,使基于IPv6的终端能够快速连接到网络上而无需人工配置,实现了真正的即插即用。 (4)新的报头协议报头格式
IPv6报头扩展报头上层协议数据单元有效载荷IPv6数据包IPv6数据包结构
IPv6协议报头协议采用了一种新的格式，其在IPv4协议报头的基础上进行了简化，以最大程度地减少处理器开销，并节省网络宽带。对于非根本性和可选择的字段，IPv6协议将它们移动到了IPv6协议报头之后的扩展报头中。IPv6的协议报头有一个基本报头和多个扩展报头组成，其中基本报头具有固定长度４０字节，这些扩展报头可以具有不同的长度。IPv6报头中的下一个报头字段指向第一个扩展报头。在每一个扩展报头中都包含下一个报头字段，它们指向下一个扩展报头。在最后一个扩展报头中指示出上层协议数据单元中的上层协议的报头，上层协议可以是TCP、UDP、ICMPv6等多种协议。因此，报头格式大大简化,提高了网络的整体吞吐量，有效减少路由器或交换机对报头的处理开销,这对设计硬件报头处理的路由器或交换机十分有利。
( 5)加强了对扩展报头和选项部分的支持 对于IPv4，其选项集成于IPv4报头中；而对于IPv6，这些选项被作为扩展报头来处理。扩展报头是可选项，如果需要，则可以插入到IPv6报头和实际数据之间。这除了让转发更为有效外,还对将来网络加载新的应用提供了充分的支持。
（６）对移动性的支持 IPv6移动性提供了内在的支持。移动IPv6中的许多概念和移动IPV4相同或类似，但移动IPv6中没有外地代理的概念，也只定义了一种转交地址，即移动节点通过地址自动配置得到的配置转交地址。
（７）新的邻节点交互处理协议 IPv4中地址解析协议（ARP）是独立的协议，负责IP地址到链路层地址的转换，对不同的链路层协议要定义不同的ARP。可达性检测的目的是确认相应IP地址代表的主机或路由器是否还能收发报文，IPv4没有同意的解决方案。IPv6定义了邻居发现协议（NDP），它是一系列的IPv6网络控制报文协议（ICMPv6）报文，用来管理相邻节点，即同一链路上的节点之间的交互。
（８）更高的安全性 IPv6利用数据报头的扩展部分可以提供路由器级的安全性。使用IPv6,网络中的用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，这极大的增强了网络安全。IPv6中强制性的安全性包括两方面的内容。一方面，IPv6数据报的接受数据报，这种登录是算法独立的，可以有效地阻止网络黑客的攻击；另一方面，利用IPv6的封闭安全头（数据报头的扩展部分）加密数据报，这种加密也 是算法独立的，这意味着可以安全地在Internet上传输敏感数据，不用担心被第三方截取。
三、认识IPv6地址
IPv4采用32位地址长度,只有大约43亿个地址,而IPv6采用128位地址长度,几乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPv6实际可分配的地址,整个地球每平方米面积上可分配1000多个地址,提供了巨大的网络地址空间,为互联网的普及与深化发展提供了基本条件。书写IPv4的地址是用一个字节来代表一个无符号十进制整数,四个字节写成由3 个点分开的四个十进制数,例如: 202.106. 168. 103 与IPv4相比, IPv6的主要改变就是地址的长度为128位,也就是说可以有2的128次方的IP地址,相当于10的后面有38个零。对于128位的IPv6 地址, 定义相似的表示方法是必要的。
RFC1884规定的标准语法建议把IPv6 地址的128位(16个字节)写成8个16位的无符号整数,每个整数用四个十六进制位表示,这些数之间用冒号(: )分开,例如: 3ffe: 3201: 1401: 1: 280: c8ff: fe4d:db39为了进一步简化IPv6的地址表示,可以用0来表示0000,用1来表示0001,用20来表示0020,用300来表示0300,只要保证数值不便,就可以将前面的0省略。比如:
1080: 0000: 0000: 0000: 0008: 0800: 200C: 417A 0000: 0000: 0000: 0000: 0000: 0000: 0A00: 0001 可以简写为:
1080: 0: 0: 0: 8: 800: 200C: 417A 0: 0: 0: 0: 0: 0:A00: 1
另外,还规定可以用符号: : 表示一系列的0。
那么上面的地址又可以简化为:1080: : 0: 8: 800: 200C: 417A
: : A00: 1IPv6地址的前缀的表示和IPv4地址前缀在C I2DR中的表示方法类似。比如0020: 0250: f002: : /48表示一个前缀为48位的网络地址空间
四、IPv4向IPv6的过渡
尽管IPv6 比IPv4 具有明显的先进性,要想在短时间内将Internet和各个企业网络中的所有系统全部从IPv 4 升级到IPv6 是不可能的,也就是说,IPv6与IPv4系统在Internet中长期共存是不可避免的现实。为此, IETF (互联网工程任务组- The Internet Engineering Task Force) 制定了推动IPv4 向IPv6过渡的方案,其中包括三个机制:兼容IPv4的IPv6地址、双IP协议栈和基于IPv4隧道的IPv6.
１） 兼容IPv4的IPv6地址是一种特殊的IPv6单点广播地址,一个IPv6节点与一个IPv4节点可以使用这种地址在IPv4网络中通信。这种地址是由96个0加上32bit IPv4地址组成的,例如,假设某节点的IPv4地址是192.56. 1. 1,那么兼容IPv4的IPv6地址就是0: 0: 0: 0: 0: 0: C038: 101。
2) 双IP协议栈是在一个系统(如一个主机或一个路由器)中同时使用IPv4和IPv6两个协议栈。这类系统既拥有IPv4地址,也拥有IPv6地址,因而可以收发IPv4和IPv6两种IP数据报。
双协议栈地址服务器节点域节点域节点
图２ 采用双协议栈方式互通的系统构成
3) 与双IP协议栈相比,基于IPv4隧道的IPv6是一种更为复杂的技术,它是将整个IPv6数据报封装在IPv4数据报中,由此实现在当前的IPv4网络(如Internet)中IPv6节点与IPv4节点之间的I P通信。
网络节点节点隧道入口节点隧道出口节点网络节点节点图3 隧道技术的实现过程
基于IPv4隧道的IPv6实现过程分为三个步骤:封装、解封和隧道管理。封装,是指由隧道起始点创建一个IPv4包头,将IPv6数据报装入一个新的IPv4数据报中。解封,是指由隧道终结点移去IPv4 包头,还原原始的IPv6数据报。隧道管理,是指由隧道起始点维护隧道的配置信息,如隧道支持的最大传输单元(MTU)的尺寸等。 IPv6是一个建立可靠的、可管理的、安全和高效的IP网络的长期解决方案。尽管IPv6的实际应用之日还需耐心等待,不过,了解和研究IPv6的重要特性以及它针对目前IP网络存在的问题而提供
的解决方案,对于制定企业网络的长期发展计划,规划网络应用的未来发展方向,都是十分有益的。
五、IPV6在技术上的应用
IPv6的应用研究
同IPv4相似，IPv6可以各种不同的形式用于网络中实现多个不同目的。近期和中期内，其使用主要分为两种类型：（1）在最终用户应用端的应用；（2）作为接入网和核心网中的传输技术。这个结论虽有些武断，但对于描述IPv6及其在更高水平上的实施却非常有用。从更远的角度来看，爱立信相信，IPv6是管理新环境IP网络和支持移动应用情境下的关键网络构建功能模块。目前，许多研究项目都在围绕这些课题而展开。
在最终用户终端上的应用
这实质上是指在计算机和电话客户机、服务器等通信终端上使用IPv6地址，就如同今天的固定网络及移动互联网中使用IPv4一样。其实现的关键特性为：（1）为移动和固定终端用户提供基于IPv6连接能力；（2）支持IPv6的终端用户应用：终端用户的应用应该能够在IPv6环境下运行，并支持特定的IPv6信元和/或API；（3）IPv6主机堆栈。最初，需要依赖IPv6提供移动服务的支持性应用，将主要为3GPP IP多媒体子系统及其它新型点对点通信服务。随着IPv6走向成熟，传统业务和应用支持程序也将逐渐演进支持IPv6。 IPv6作为接入网和核心网中的传输技术
在诸如GSM/WCDMA核心网络等特定IP技术领域中可以利用IPv6的诸多优势：地址的轻松再分配、简化的安全解决方案等；但存在着某些封闭式网络因安全性考虑，而不从互联网上进行访问，故在此是否采用IPv6应完全出于纯业务考虑，而不必顾虑用户流量是IPv4流量还是IPv6流量，或是二者的混合。这是因为在3GPP网络中，用户级（隧道传输）IP流量与底层IP分组传输基础设施间有着严格的分离。
部署IPv6的基本考虑是：可作为站点间通信的主干和与其它网络对等连接。虽然在IPv4基础设施上也可支持隧接式IPv6连接，但本地IPv6骨干网或双堆栈则可提供更自然的广泛部署路径。特别是，如果预测到未来点对点及个人到内容（person-to-content）的移动数据业务使用量的显著增长，则在IPv4地址空间不足时，IPv6更是当然的战略之选。
六、IPV6所获得的社会支持
由IP地址危机产生和发展起来的IPv6作为下一代互联网协议已经得到了各方的公认，未来互联网的发展离不开IPv6的支持和应用，甚至被认为是后起发展网络的国家追赶“发达”国家的一个良好机遇。正因为如此，目前各方面都在加紧对IPv6的研究和应用开发。然而，需要强调的是，尽管与IPv4相比，IPv6是一项更新、更高级的技术，但其商业部署仍是一个主要问题，需要缜密分析和规划。IPv6的发展主要得益于政府和厂商两方面的支持。
政府支持
许多国家对Ipv6技术都已经引起足够的重视，并且都采取了一些切实可行的措施，尤其是一些欧洲国家。作为胡联网络的发源地，美国也在积极地进行Ipv6的研究和建设。中国对于IPv6技术的态度是“积极跟踪、把握机遇、稳妥推进”，并且在部分地区实行了网上实验，如刘东等人积极推动中国Ipv6的开展。中国政府密切关注着IPv6的发展，目前中国高校和科研机构已经与国外一些运营商合作，对IPv6进行研究实验。并且在日前有消息说，国家发改委划拨的4亿元资金和各大运营商配套的10亿元资金已经基本到位，