基于IPv6和P2P的网络传输技术及其应用研究

所需积分/C币:15 2013-10-15 14:37:54 8.43MB PDF
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l对IPv6组网技术进行了深入研究。探讨了多种IPv6校园网建网模式,给 出了各种模式的拓朴结构和实现方法;设计了一个基于多平台的IPv6隧道代理 服务器,给出了系统相应的配置方式和程序实现流程图;根据《中国下一代互 联网示范工程CNGI示范网络高校驻地网建设项目》标准要求,完成了“CNGI 一南开大学IPv6驻地网"建设与应用研究。这些研究成果和实践技术经验的总 结,将对今后IPv6技术的应用研究与推广实践具有一定的参考价值。 2对基于IPv6的多媒体传输技术进行了前瞻性探索和研究。在对IPv6网络 多媒体传输的关键技术进行深入研究分析的基础上,提出了一个基于IPv6网络 的多媒体传输系统的体系结构和功能设计,探讨了在下一代互联网(NGN)上多媒 体传输业务的建立和管理方案。本文提出的系统模型充分考虑了现有的网络媒 体应用特点,对网络电台(IP Radio)、语音会议、网络电话(VoIP)、网络电视(IPTV)、 视频点播(VOD)、视频会议等应用,设计通用的管理控制接VI,在此基础上,每 一种具体的网络媒体应用都被设计为系统的一个管理插件,向系统提供一致的 调用方法。这也同时保证了系统的即插即用性和易扩展性,实现多媒体传输控 制的综合管理。这有益于促进IPv6网络多媒体应用的快速发展。
摘要 3提出并实现了一个新的P2P流媒体直播系统模型PSLS(P2 P Streaming Live System)。PPSS模型采用了混合结构,它结合了树状结构模型和网状结构 模型的优点,既发挥了基于树状结构模型便于控制组播树中节点的优势,同时 结合了基于网状结构模型中采用多个节点传输数据的方法,避免了树状结构模 型稳定性差的缺点,减少了系统延迟。 PPSLS模型采用计算节点优先级的策略来选取系统中节点的数据发送节点, 釆用多邻居节点结构形成控制拓扑,减少了系统的传输延迟和中断,提高了系 统的鲁棒性。 在节点的数据传输调度中,采用了两阶段数据传输调度算法。该算法保证 了系统中节点的数据下载带宽需求,从而提高了系统在视频直播过程中的稳定 性。为了进一步减小节点加入系统时的启动延迟,引入了“虚拟修补”的思想,并 且加以改进以适应节点的数据传输调度算法。 最后,本文实现了一个 PPSLS的原型系统,对其性能指标进行了相应的测 试。测试结果表明,系统运行稳定,完全达到了设计目标要求。目前,该系统 已经在南开大学校园网上得到部署和应用。 4研究分析了P2P与Iv6相结合的应用前景和发展策略,指出了将P2做 为IPv6重点应用进行推广的理论和实践意义。IPv6是下一代互联网的基础,P2P 则是新的网络互联模型,IPv6的海量地址支持以及改进的业务解析能力与P2P 对等互联传送能力相结合,将会给互联网带来新的发展机遇,对开启未来信息 通信网络时代做出新的贡献。同时,本文也分析了基于IPv6的P2P应用所面临 的主要挑战。 关键词:网络传输技术;IPv6;P2P;流媒体;视频直播系统;组网模式;隧 道;服务质量; Abstract Abstract With the development of network technologies, IPv6 and P2P have become the research hotspots in the field of the current Internet As the kernel protocol of the Next Generation Internet, IPv6 has more advantages compared with IPv4. but the problems in the steady migration from IPv4 to IPv6 and the lack of IPv6-based application have been acting as the main obstacles throughout the course of development. P2P, with its rich application modes, has become the application which occupies the largest amount of Intermet traffic in just a few years. But P2P is also facing dual pressure coming from the management layer and technology layer, for example, the excessive occupation of bandwidths, copyrights and safety in the Internet, etc In this paper, we make a deep exploration on IPv6 and P2P, ranging from their background of emergence, course of development and current status of research and development. We make a comparison between IPv6 and IPv4 and find the various kinds of differences in the aspects of address structure data packet header, address configuration mechanism between IPv6 and IPv4. After the comparison and analysis of IPv6 and IPv4, it is obviously observed that IPv6 has made important improvements in terms of working principle and supports on network applications More emphasis is made on good support that IPv6 gives to the multimedia application and on the important significances that gives to P2P-based applications. In addition to these, we also make researches on the theories and technologies relating to the P2P streaming media live broadcasting system, at the time, detailed comparison and analysis have been put to the current typical corresponding systems On the basis of the above-mentioned researches we put our special emphasis on the following research and exploration items 1. a deep research and exploration is carried on the technology of IPv6 network integration. We explore various modes of IPv6 campus network construction and put orward various modes of topology and ways of implementation. And then, we design an IPv6 tunnel broker based on multiple platforms, and propose the corresponding III Abstract configuration methods and programming flow charts. Besides these, an engeering project of"CNGI-IPv6-based demonstration campus network, Nankai University is also finished according to the document of (Demonstration Network Engeering Project of China Next Generation Intermet-CNGI Demonstration College Campus Network Project>. We think, all the theoretical research achievements and experience of practice will play a significant role in the application research and extension practice of IPv6 2 We make prospect exploration and research on multimedia transmission technologies of IPv6. Based on deep research and analysis of the key technologies of the multimedia transmission of IPv6, we put forward the systematic structure and unctional design of the multimedia transmission system which are based on IPv6 and explore the establishment and management scheme of the multimedia transmission service in the Next Generation Internet ( NGI). The said system fully takes consideration of the features of current network media applications, and meanwhile, arranges the universal management and controlling interface for the applications such as ip radio. Voice Conference voIP IPTV. voD. Video Conference, etc On the basis of the above, each kind of separate network media application will be designed as a management plugin of the system to supply the universal method of system calling All these will guarantee the characteristics of "plug play and easy extensibility of the system and realize the comprehensive management of the multimedia transmission control. As a result, the rapid development of network multimedia application based on IPv6 can be promoted 3. A new P2P streaming media broadcasting system model--PPSLS(P2P Streaming Live System) is put forward and realized. The PPSLS model adopts a kind of hybrid structure which comprises the advantages of Tree model and mesh model structure exploits the advantage of easy controlling the nodes of the multicast tree based on the Tree model structure. In the meanwhile, it also integrates with the mechanism of using multiple nodes in data transmission which is based on Mesh model structure. In this way, it can avoid the deficiency of poor stability in the Tree model structure PPSLS model employs the strategy of choosing the data sending nodes in the nodes of the system depending on node priority. In the mean time, we use the Abstract structure of multiple neighbor nodes to form control topology to reduce the transmission delay which is caused by the retreating of single node to improve the robustness of the system In the process of node transmitting data, we use the scheduling algorithm of two-stage data transmission. This algorithm increases the download bandwidth of data transmission of node in the system to improve the continuity of live video. In order to reduce further the start-up delay at the time while node is joining, we introduce the idea of Virtual Patching", and also make improvements to it to adapt the data transmission scheduling algorithm of node Finally, we realize the above-said system and make the relative tests, the results of the tests show that the system has met the design requirements essentially. At present, this system has been widely used in the campus network of Nankai University 4. We study and analyze the application prospect and development strategy of the combination of P2P and IPv6, and point out the theoretical and practical significance of considering P2P as central application of IPv6 to spread. IPv6 is the foundation for Next Generation Internet while p2P is the new interlink model of internet IPv6 with its nearly inexhaustible number of address and the reformed business analysis ability combined with P2P, the correspondent inter-transmission abilities, will bring fresh development opportunity for Internet, and also will make contribution to the opening of the future network and information era. at the same time we also analyze the main challenges that the P2P applications based on IPv6 will face in the future. Key Words: network transmission technology; IPv6; P2P; streaming media; live video broadcasting system; network integration mode; tunnel; Qos; 第一章绪论 第一章绪论 11IPv6和P2P的发展历程 111IPV6的发展历程 经过多年不断地发展和完善,基于IPV4的互连网取得了巨大成功然而, 随着 Internet持续快速发展,网络用户数持续增加,网络规模和业务不断扩大, IPv4存在的缺陷和不足逐渐显露出来,主要表现在:地址空间缺乏、路由表急剧 膨胀、缺乏网络层安全、缺乏对移动和网络服务质量的支持等多个方面P26,IPV4 已经不能满足这种日益增长的需要。尽管一些新技术的出现大大延长了IPv4的 生命周期,例如,NAT( Network address translation)、 CIDR(Classless Inter-Domain Routing等技术延缓了地址消耗, IPSec体系结构对网络进行了安全扩展1 集成和区分服务( ntServ/DiffEr√)机制实现了对服务质量的支持1,移动IPv4 技术支持移动设备和终端,等等,但IPV4固有的体系结构设计方面的缺陷不可能 从根本上得到解决。 为了彻底解决IPv4存在的这些缺点,尤其是解决地址空间不足的问题,IETF The Internet Engineering Task Force)在IPv4的基础上,于1992年发布了下一代 Internets议,称为Pv61。1994年7月,Pg工作组19年7月后改为Pv6工作 组提出建立 NGTrans工作组( Png Transition Working Group)来解决网络过渡的 问题118199412月 NGTrans工作组成立。该工作组的任务主要有920 ●规范IPv6演进的方法和工具 ●编制与IPv6演进相关的标准文档 ●协调6Bone试验床 ●试验地址分配和协调IETF与其它组织的IPv6工作开展 NG Trans工作组于1996年7月建立了6 Bone(ipv6 Backbone),对Pv6进行实验 (我因于1998年6月加入6Bone),并提出了大量的基本过渡技术方案,其中一些提 案具有广泛的适用性。到1998年,ITF已经基本完成了V6的标准化过程1 经过多年的研究、试验和部署,逐渐使IPv6成为一种成熟的网络技术,其优越的 特性为互连网的进一步发展提供了更好的支持1 第一章绪论 1.12P2P的发展历程 早在20世纪70年代中期,源于局域网文件共享的P2P( Peer-to-Peer)技术就开 始流行起来。199年,文件共享系统 Napster诞生,它是最早的P2P实用系统,主 要用来共享MP3音乐文件2324。因此,P2P并非新技术,而是原有技术的新应用 模式。 由于目前的互联网仍然以CS( Client/server)模式为主,尤其是Web技术的发 展,使得许多Web服务器成为信息的主要提供源,导致整个 terne依附于这些 少量的服务器节点,网络中大量边缘节点上的资源无法被充分利用,从而形成 信息孤岛。随着访问量的增加,与服务器相关的网络带宽也必须相应增加,才 能满足用户海量信息传递的需求。人们逐渐认识到,必须改变这种集中服务的 模式,让用户直接控制和共享资源,这就导致了P2技术的复兴。 C/S和PP两种网络体系结构的对比情况如表1所示2, 表1.1P2P与C/S模式的比较 C/S模式 P2P模式 数据接收 数据安全性 数据价值 数据管理方便性 数据发布 数据互动性 数据传输速度 好好好好差差差差 中差中差好好好好 数据成本控制 同传统的C/S模式相比,P2P网络的一个显著的特点就是节点无需依赖集中 式服务器资源,各节点之间可以直接进行通信和资源共享。每个节点既可以请 求服务,也可以提供服务,它们都具有相同的地位。而且,每个节点同时扮演 着C/S模式中服务器和客户端的双重角色。在某些情况下,节点甚至还可以具 有路由器和高速缓存的功能2。 有关调查表明,目前P2P累计业务量已悄然占据互联网业务总量的60% 80%,深夜时分甚至可以超过95% 第一章绪论 12IPv6与P2P研究发展现状 121IPv6研究发展现状 目前,许多国家都在积极推进以IPv6为基础的下一代互联网的研究和应用。 欧盟委员会2008年5月底发布公告,鼓励欧盟企业、政府机关和个人使用下 代互联网协议IPv6,以便在2010年底前实现25%的企业、政府机关和个人使用 Pv6网络协议的目标。日本政府也制定了“e- Japan”战略,明确了IPv向Pv6过 渡的时间表和路线图。而韩国计划从2013年开始全面应用IPv6,从而争取成为 在全球率先普及IPv6的国家。美国也在IPv6应用上取得重大进展,美国要求所 有政府部门在2008年6月30日前必须部署IPv6,该项决定使美国的IPv6地址 在2008年5月份突然从一个月前的全球第11位跃升至第一位279。 12.11国内外IPv6发展情况 通过科学家的共同努力,目前IPv6技术和标准已经相对成熟,Pv6网络设 备得到了规模部署,业务应用取得了较大进展,许多国家都组建了规模不等的 IPv6试验网。但从全球IPv6整体发展情况来看,在亚太和欧洲地区的应用较多, 但依然是由发达国家担当了领军者的角色,不同的是美国在互联网领域一家独 大的局面被打破。日本、韩国、欧盟在IPv6的研发和产业化方面走在了前列, 中国作为发展中大国,在IPv6领域也颇有建树 我国在下一代互联网领域开展了多项研究、试验和示范工程建设,如国家 自然科学基金委员会的“中国高速互联研究实验网络( NSFNet)”、863计划“九 五”期间的 CAINONET、“十五”期间的IPv6核心技术开发、中科院的“IPV6关键 技术及城域示范网”和国家发展改革委的“下一代互联网中日IPv6合作项目”等。 2003年,国务院批复了由国家发改委主导的8部委“关于推动我国下一代互联 网有关工作的请示”。随后,国家发改委正式批准中国下一代互联网示范工程 (CNGI),CNG项目开始实施。 CNGI在国际上首次提出了“建设纯IPv6大型互联网主干网”的技术路线, 并予以设计实现,解决了大规模IPv6主干网拓扑结构、路由设计、地址和域名 规划、网络调试测量和网络管理等一整套技术难题,在确保国家信息安全的同 时,有力地促进了中国在NGI领域的自主创新及互联网产业的发展。这方面, 尤其以 CNGICERNET2的进展最为明显,其主要成就有: ●技术路线有巨大自主创新,在世界上首次建成了规模最大的纯IPv6主干 第一章绪论 网络,从根木上摆脱了受IPv4的诸多约束与困扰。 首次大规模釆用国产IPv6核心路由器,彻底摆脱了以往主干网建设严重 依赖国外核心路由器的被动局面,有力推进了我国NGI核心设备的自主创新与 产业化进程 ●在国际上首次提出了真实源地址认证的NGI新体系结构理论,为较好解决 NG最棘手的安全保障问题提供了重要保证,为此国际互联网组织正TF已决定 以此为基础成立专门工作组SAVA,制订相应国际标准。 CERNET2在国际上首次提出了“基于真实IPv6源地址的网络寻址体系结 构”,设计和实现了一种包括接入、域内及域间三层次的真实IPv6源地址网络寻 址系统,并具有简单、松耦合、多重防御、支持增量和激励部署等诸多特点。 ●以IPv6为主体与依托,在国际上首次提出了“1IPⅤ4 over Ipy6网状体系结构 过渡技术”,为纯Pv6主干网建设和加速向IPv6过渡提供了解决方案,设计和 实现了基于动态非显性隧道的IPv4 over IPv6系统,其中采用了面向大规模分布 式的设计,扩展了核心路由协议BGP,提出并从IANA获得了新的子地址标志 符,解决了IPV4向IPv6过渡的兼容性、可管理、可扩展、可靠性及自动配置等 技术难题。显然,其在自主创新与融入国际化方面成绩相当突出。 通过CNG项目的实施,取得了一系列具有自主知识产权的技术成果,共申 请国内专利619项(已取得授权11项,绝大多数为发明专利),国外专利5项 形成了国家标准4项,提交国标草案10多项,中国通信标准化协会CCSA等行 业标准10多项。目前已经向互联网标准组织正TF申请互联网标准草案9项, 已获批准2项,这也是我国第一次进入互联网核心标准领域(以前中国申请的近 十项RFC均与中文相关 IPv6作为下一代互联网协议,同样引起了设备供应商、通讯运营商的足够 重视,因为人们已经认识到:只有率先在IPv6方面有所作为,才能够在未来的 互联网竞争中占据有利位置。在众多设备提供商和网络运营商的共同努力下, IPv6已经开始进入规模应用阶段。目前,已经有50多个国家和地区加入了有关 IPv6的研究与开发。法、日、美等国研究机构,IBM、Su、日立等公司,分别 研制开发了不同平台上的IPv6系统和应用软件;美国思科、加拿大北电网络 Nokia等路由器厂商已经开发出了面向IPv6网络的核心路由器产品。中国的网 络设备生产商如华为、中兴、清华紫光等,也成功推出了支持IPv6协议的核心 路由器设备,并在CNGI项目中得到了规模化应用。操作系统方面,基于开放源

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