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下一代网络“三网融合”地址问题研究

王朝other·作者佚名  2008-05-19
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下一代网络是电信网、计算机网和有线电视网的“三网融合”,它把电信与电视和数据业务结为一体,构成一种全新的网络,提供话音、数据、视频和各种业务。下一代网络的目标是“通过互联互通的电信网、计算机网和电视网等网路资源的无缝融合,构成一个具有统一接入和应用界面的高效率网路,使人类能在任何时间和地点,以一种可以接受的费用和质量,安全的享受多种方式的信息应用”。下一代网络(NGN)在以高带宽和大容量、足够的地址资源为重要特征。电信专家雷震洲指出,“下一代互联网应是一个具有后向兼容性、能与传统网络(PSTN等)互操作与互通、允许平滑演进的网络”。那么,下一代网络的地址问题是如何解决的呢?下面我们从IPv6、Enum和网络互通三个方面对下一代网络的地址问题加以探讨。

一、IPv6

1. IPv6地址概述

为了解决因为互联网迅速发展而带来的IPv4地址枯竭的问题,IPv6被提了出来。IPv6地址长度由IPv4的32位扩展到128位,意味着可以有2的128次方的地址,总数为340,282,366,920,463,374,607,431,768,211,456,这个地址数是足够每人拥有上千个IP地址。

IPv6地址分为四类。一是可聚集全球单点传送(单播)地址,这类地址和带有CIDR的IPv4地址类似。二是链路本地单点传送(单播)地址,这类地址用于每个地址自动配置的链路和邻居发现功能,适用于没有路由器的小型网络。三是站点本地单点传送(单播)地址,这类地址用来替换IPv4中的那些内部地址。四是多点传送(多播)地址,这类地址相当于IPv4中的224.0.0.0的D类地址,主要用于多媒体应用,从一个节点到多个节点进行传送。单点传送地址可以识别单一接口,发送到单点发送地址的数据包被传输到这个识别处的接口。多点传送地址包括任播地址和组播地址,它们都可以识别一系列接口,只是发送到任播地址的数据包被传输到这个地址识别出的最近接口,发送到组播地址的数据包被传输到这个地址识别出的所有接口。IPv4中的广播地址在IPv6中不复存在,而是代之以“所有节点”组播来实现。

对比IPv4,IPv6改进了许多功能,如:单播和组播地址空间扩大、任意广播地址、分层路由的集体寻址等。通过这些改进,IPv6扩大了地址空间,提高了网络的整体吞吐量,使服务质量得到了很大改善,使安全性有了更好的保证,支持即插即用和移动性,并且更好地实现了多播功能。

2. IPv6邻居发现

RFC1970中“IPv6协议邻居发现”给出了网络中节点或主机获知目的节点或目的主机地址的机制。邻居发现机制可用于发现附着在本地链路层上的目的节点的地址,也可以发现推进数据报的中间路由器的地址。这种机制也可确知邻节点是否可达并检测出链路层地址的变化。当传输路由中的传输链路或路由器因故无法工作时,主机可寻找其它替代路由。

IPv6的邻居发现使用路由器请求、路由器宣告、邻居请求、邻居宣告和重定向等5种ICMPv6消息类型来实现如下重要的功能:

•邻居路由器定位。

•发现前缀和与地址配置有关的配置参数。

•自动配置地址来在链路层地址和IPv6地址建立关系。

•确定邻居不再可达到。

•发现重复地址。

IPv6节点通过邻居请求和邻居宣告消息来完成IPv6地址解析为链路层地址的过程。IPv6地址解析过程如下:

•通过多点传送一个邻居请求信息包来请求目的节点返回其链路层地址。

•邻居请求消息多点传送给与目标地址相关的请求节点广播地址。

•从此多点传送地址开始,IPv6用算法计算一个多点传送的链路层地址。

邻居请求消息也在重复地址检测过程中使用,来确定相同的单点传送地址是否分配给了多个节点。此外,邻居请求在邻居不可达性检测过程中使用来检测此节点是否可到达。此过程需要肯定地确认信息包已被节点所接收。当确认信息不是由上层协议产生时,节点发送连接请求消息给目的节点,这必须通过邻居宣告消息来确认其可达性。

3. IPv6地址自动配置

众所周知,对于大型企业网络和ISP来讲,手工配置和管理主机IP地址是一件既费时又乏味的事情,而管理分配给主机的静态IP地址更是一项艰难的任务,尤其当主机IP地址需要经常改动的时候。IPv6协议提供自动配置网络设备的功能,也称为“即插即用”,可自动识别接入网络新的设备并可进行自动配置,即一个主机进行Internet网络登记连接后,位置或配置发生变化时只需进行很少的改动即可进行工作,这样可大幅度降低网络管理者的配置和地址映射管理工作,移动工作者也可方便地在任何地方任何时间内接入到Internet网络。

IPv6通过自动配置功能来完成地址发现、网络信息发现、自动地址修改、移动主机支持和寂灭邻节点发现等任务。在IPv4中,动态主机配置协议(DHCP)实现了主机IP地址及其相关配置的自动设置。一个DHCP服务器拥有一个IP地址池,主机从DHCP服务器租借IP地址并获得有关的配置信息(如缺省网关、DNS服务器等),由此达到自动设置主机IP地址的目的。IPv6继承了IPv4的这种自动配置服务,并称之为有状态自动配置。

除了有状态自动配置,IPv6还采用了一种被称为无状态自动配置的自动配置服务。无状态自动配置过程如下:

(1) 主机通过将它的网卡MAC地址附加在本地链接地址前缀1111111010之后,产生一个本地链接单点广播地址。

(2) 主机向该地址发出一个被称为邻居发现的请求,以验证地址的唯一性。如果请求没有得到响应,则表明主机自我设置的本地链接单点广播地址是唯一的。否则,主机将使用一个随机产生的接口ID组成一个新的链接本地单点广播地址。

(3) 以(2)中获得的地址为源地址,主机向本地链接中所有路由器多点广播一个路由器请求。

(4) 路由器以一个包含一个可聚合全局单点广播地址前缀和其它相关配置信息的路由器公告响应该请求。

(5) 主机用它从路由器得到的全局地址前缀加上自己的接口ID,自动配置全局地址后,就可以与Internet中的其它主机通信了。

使用无状态自动配置,无需手动干预就能够改变网络中所有主机的IP地址。例如,当企业更换了联入Internet的ISP时,将从新ISP处得到一个新的可聚合全局地址前缀,ISP把这个地址前缀从它的路由器上传送到企业路由器上。由于企业路由器将周期性地向本地链接中的所有主机多点广播路由器公告,因此企业网络中所有主机都将通过路由器公告收到新的地址前缀,它们就会自动产生新的IP地址并覆盖旧的IP地址。

4. IPv6寻址和路由

在IPv6中,默认的地址是基于分层网络拓扑结构的可聚类全球单播地址。分层网络拓扑结构的底层是互联网服务提供商,上层是客户网络和它的子网。IPv6主机在同外部互联网通信时可以使用定点地址,当需要在相邻的路由器之间安全地传送路由拓扑信息时,还可以使用局部连接地址。另外,这种地址结构还支持一些如优化的IP层移动或广播服务等的新的服务。IPv6的这种分层地址结构也使路由器可以使用多个可聚类的短路由表,每个路由表中存放适量数目的记录。IPv6及其结构能够在全球骨干网一级满足更大规模的网络结构需求,支持自动配置、移动计算、数据组播和更有效的网络路由聚类。

IPv6用来计算路由表的三种主要协议是RIPv6、OSPFv6和IDRPv2。RIP是一个距离矢量协议。路由表只存储到目的的最佳下一路程段。RIP的主要限制是它允许最大为15个路程段,超过15个路程段的目的地址被认为是不可达的。因此,RIP只能用在小型网络中。OSPFv6是IPv6推荐的IGP协议,允许传送128位地址和相关的前缀长度,是路由器的标准实现,适于大型网络。IDRPv2包括了所有的BGP-4的功能,每个路由器计算到达指定目的的首选路由,并且通过一个路径矢量将它传给IDRP邻接路由器。

IPv6协议采用层次化的路由选择策略.减低了网络路由表的规模.这样可提高骨干路由器的工作效率。IPv6协议包含加密和认证操作.可保证在Internet网络中用户通信的安全性。IPv6协议的最大的优点在于采用自动的IP地址分配的方法支持移动用户的接入,这和现有的IP协议的手工分配地址的方法是不同的。

5. IPv6试验床

为了对IPv6协议特性进行研究并积累IPv6组网经验,IETF于1996年建立了全球范围的试验床,称作6Bone。1999年7月,IANA授权APNIC、ARIN和RIPE分配商用IPv6地址。IPv6试验床的域名解析包括正向域名和反向域名解析两个部分。因此,提供IPv6地址-名字解析服务的域名服务器首先要能够解析IPv6地址的类型(即AAAA类型),同时为IPv6地址的逆向解析提供的反向域(即ip6.int)。

中国教育科研网CERNET于1998年6月加入6bone。1999年以后,很多高校相继组建区域IPv6示范网,并通过CERNETv6示范网与6bone实现相连。在CERNETv6中,对于正向域名来讲,正式使用站点可以向CERNET各级NIC申请域名并用后缀“6”同IPv4网络中使用的域名相区别,学生实验站点可以向所在学校申请域名,试验床指定6test.edu.cn为不能获得IPv6域名解析的学生实验站点提供IPv6域名授权。CERNETv6反向域名从属于ip6.int,由IPv6地址的16进制表示翻转并加后缀ip6.int构成,CERNET试验床已经申请注册了反向域 2.3.e.f.f.3.ip6.int,采用反向域名的体系结构和地址聚类的层次完全一致的原则。

二、 Enum

1. Enum概述

随着芯片技术、软件技术以及计算机通信等技术革命性地突破,Internet已经成为全球最大的、发展速度最快的网络,人们对通信的需求也由单纯的语音变为对数据、图像、语音的综合需求,PSTN网与IP网的融合也就成为必然之选。Enum的目的在于采用业已成熟的DNS技术和体

 
 
 
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