论文部分内容阅读
摘要 阐述了IPv6的基本特性，讨论了在IPv6网络上实现多媒体、特别是实时连续媒体的传输机制，为多媒体业务提供了可靠的服务质量。
关键词 IPv6；IPv4；多媒体；实时应用
中图分类号 TP393 文献标识码A文章编号1007-5739（2008）23-0326-01
基于IPv6协议的下一代IP网络，提供了在网络运行多媒体业务的机制，它采用优先级对各种业务进行分类，为多媒体业务特别是实时多媒体业务分配高的优先级，使实时多媒体业务在路由器中得到优先处理；并通过提供流标记的方法，为属于同一多媒体数据流的所有数据分组分配相同的流标记，路由器通过对流标记的跟踪，对后继多媒体数据流中的数据分组实现直接转发，从而实现多媒体数据流中的后继数据分组的快速交换，为多媒体业务提供可靠的服务质量。
1IPv6的特点
IPv6是新版Internet协议，是IPv4的后继版本，它与IPv4的主要区别：一是扩展地址。IPv6地址扩展到128位，使地址耗尽的问题彻底解决，并对提高路由效率有所帮助。二是简化头标格式。IPv6使用固定长度（40字节）和固定格式的包头，并减少了需要检查和处理的字段的数量和路由器上所需要的处理过程，提高了路由器的处理效率。三是改进了扩展头标和选项。IPv6将选项功能放在单独的扩展头标中（包括分段头标和路由头标），只在源节点和目的节点等必要的路由器或主机中才对这些选项进行处理，所有的中间节点都可以完全忽略这些选项，从而提高路由效率。四是增加了流标记。IPv6通过对具有相同的源地址、目的地址、站到站选项头标、路由头标的数据流配置流标记，使所有流中的数据分组使用相同的路由，并提高中间节点的路由效率，为传送多媒体数据、特别是实时媒体数据提供了可能。五是增加了认证能力。IPv6使用了2种方法实现身份验证和安全性（身份验证头和封装安全性净荷），可以实现安全密码传输、加密和数据包的数字签名。
2IPv6数据报格式
IPv6数据报的首部虽然比IPv4首部长，但却大大地简化了。IPv4首部中的一些功能被放在扩展首部中或取消了。在IPv6中，Internet层选项信息存放在单独的首部中，位于报文分组的IPv6首部和传送层首部之间。现已定义了几个这种扩展首部，各由一个下一首部值来标识，包括逐个路段路由选择、分片、验证、隐私权和端到端（End-to-End）等选项首部。
2.1流标号
IPv6的流标号和优先级对于多媒体和实时应用十分重要，其可用来提供通信服务质量保证，使吞吐量、延时和抖动保持在一定限度内。IPv6头中的24位流标号字段可由源节点用来给需要IPv6路由器特别处理的分组加标号，例如非缺省服务质量或实时服务。在制定IPv6规范时，这一方面的内容仍处于试验阶段，随着对Internet中关于流支持的需求的了解不断深入，将会做出适当的修改。对不支持流标号字段功能的主机或路由器，要求它们在初始生成一个分组时将该字段设置为0，在转发时对该字段不加改动，在接收一个分组时忽略该字段。
流是从一个特定源节点发往一个特定目的节点（单一或多目地址）的分组序列，源节点要求这些分组所经过的路由器对其进行特别处理。这种特别处理的性质可由控制协议传递给路由器，如资源预约协议；或由流的分组自身中的信息来传递，如在逐个路段选项中规定。
流标号是由流的源节点分配给一个流的，在1到FFFFFF （hex）之间（伪）随机地均匀选出。随机分配的目的是使在流标号字段中任意的位组适合于被路由器用来作为Hash关键字，以便查找与流相关联的状态。
路由器可以自由地根据实用原则为任何流设置流处理状态，即使在没有任何路由控制协议、逐个路段选项或其他手段给它们提供明确的流建立信息时，也可以这样做。例如，当收到一个从特定的源地址发来的具有未知非0流标号的分组时，路由器可以把流标号当作0来对其IPv6首部和任何必要的扩展首部进行处理。处理的内容可包括确定下一路段的接口或其他动作，如更新一个逐个路段选项，向前调整路由选择首部中的指针和地址，以及确定怎样根据优先级字段来将分组排队。这时，路由器可以选择去“记住”这些处理步骤的结果并将信息放在高速缓存中，以源地址加流标号作为高速缓存关键字。这样，对随后收到的具有同样源地址和流标号的分组就可以按照高速缓存中的信息来处理，而不必再查看根据上一小节的要求可以假设为与流中第1个分组相同的所有那些字段了。
保存在高速缓存中的根据实用原则设置的流处理状态，必须在其建立后6s内丢弃，无论属于同一个流的分组是否还在继续到来。若在丢弃了缓存的状态后，又有另一个具有同样源地址和流标号的分组到来，则需对该分组执行正常的全部处理（就像其流标号为0一样），这可能导致在高速缓存中重新为该流创建流状态。
一个源节点在为使用一个流标号而建立了流处理状态后，在其中任何一个流处理状态的生存期未超过时，不得把该流标号再用于一个新的流。由于可以为任何流根据实用原则建立生存期为6s的流处理状态，所以在使用同一个流标号的前一个流的最后一个分组和新流的第1个分组间的最小时间间隔为6s。用于生存期较长的明确设置的流的流标号，在这段较长时间内不得使用，期满后才能用于新的流。
2.2优先级
IPv6头中的4位“优先级”字段，使一个源节点可以为其分组标明所希望的发送优先级，这里的优先级是相对于发自同一源节点的其他分组而言的。优先级的取值可分为2个范围：一是用于源节点对其提供拥塞控制的信息传输，如像TCP这样在发生拥塞时做出退让的通信业务；二是用于在发生拥塞时不做退让的信息传输，例如以固定传输率发送的“实时”分组。
对于有拥塞控制的信息传输，建议对特定的应用类型分别采用下列优先级值：0－无特征传输（无任何要求，优先级最低）；1－“填充物”传输（对时间要求不严格，如电子新闻等）；2－无人关照的数据传输（如电子邮件）；3－保留；4－有人关照的数据传输（如FTP，NFS）；5－保留；6－交互式数据传输（如telnet，X）；7－Internet控制信息传输（如路由选择协议、SNMP）。对于无拥塞控制信息传输，最低优先级（8）应该用于发生拥塞时发送者最希望丢弃的那些分组（如高保真度视频信息）；而最高优先级（15）应给予发送者最不愿意丢弃的分组（如低保真度音频信号）。在有拥塞控制优先级（0～7）和无拥塞控制优先级（8～15）之间没有相对的优先顺序。
3结语
多媒体技术是目前计算机和通信领域研究的热点，具有广阔的应用前景。因此，在扩展地址空间和解决其他问题的同时，下一代的IPv6规范也对支持多媒体和实时应用做出支持，这些机制的具体应用方法，还需要通过实践取得进一步的经验。一些厂商和研究机构已开始IPv6的实现研究。在IPv6实现的基础上，还需要开发适当的传送层协议（TCP），以便充分利用IPv6对多媒体和实时应用的支持。
4参考文献
[1] 华为3Com技术有限公司.IPv6技术[M]．北京：清华大学出版社，2004.
[2] 张云勇，刘韵洁，张智江．基于IPv6的下一代互联网[M]．北京：电子工业出版社，2004.
[3] 袁琦，吕东芳.IPv6的最新技术进展[J].通信管理与技术，2006（4）：17-19.
[4] 王晓武，党小超.对于IPv6网络中服务质量的研究[J].现代电子技术，2006（16）：70-71，74.
[5] 李刚生，汪小刚，赵蔚.IPv6技术发展在远程教育中的应用研究[J].教育信息化，2005（11）：54-56.
关键词 IPv6；IPv4；多媒体；实时应用
中图分类号 TP393 文献标识码A文章编号1007-5739（2008）23-0326-01
基于IPv6协议的下一代IP网络，提供了在网络运行多媒体业务的机制，它采用优先级对各种业务进行分类，为多媒体业务特别是实时多媒体业务分配高的优先级，使实时多媒体业务在路由器中得到优先处理；并通过提供流标记的方法，为属于同一多媒体数据流的所有数据分组分配相同的流标记，路由器通过对流标记的跟踪，对后继多媒体数据流中的数据分组实现直接转发，从而实现多媒体数据流中的后继数据分组的快速交换，为多媒体业务提供可靠的服务质量。
1IPv6的特点
IPv6是新版Internet协议，是IPv4的后继版本，它与IPv4的主要区别：一是扩展地址。IPv6地址扩展到128位，使地址耗尽的问题彻底解决，并对提高路由效率有所帮助。二是简化头标格式。IPv6使用固定长度（40字节）和固定格式的包头，并减少了需要检查和处理的字段的数量和路由器上所需要的处理过程，提高了路由器的处理效率。三是改进了扩展头标和选项。IPv6将选项功能放在单独的扩展头标中（包括分段头标和路由头标），只在源节点和目的节点等必要的路由器或主机中才对这些选项进行处理，所有的中间节点都可以完全忽略这些选项，从而提高路由效率。四是增加了流标记。IPv6通过对具有相同的源地址、目的地址、站到站选项头标、路由头标的数据流配置流标记，使所有流中的数据分组使用相同的路由，并提高中间节点的路由效率，为传送多媒体数据、特别是实时媒体数据提供了可能。五是增加了认证能力。IPv6使用了2种方法实现身份验证和安全性（身份验证头和封装安全性净荷），可以实现安全密码传输、加密和数据包的数字签名。
2IPv6数据报格式
IPv6数据报的首部虽然比IPv4首部长，但却大大地简化了。IPv4首部中的一些功能被放在扩展首部中或取消了。在IPv6中，Internet层选项信息存放在单独的首部中，位于报文分组的IPv6首部和传送层首部之间。现已定义了几个这种扩展首部，各由一个下一首部值来标识，包括逐个路段路由选择、分片、验证、隐私权和端到端（End-to-End）等选项首部。
2.1流标号
IPv6的流标号和优先级对于多媒体和实时应用十分重要，其可用来提供通信服务质量保证，使吞吐量、延时和抖动保持在一定限度内。IPv6头中的24位流标号字段可由源节点用来给需要IPv6路由器特别处理的分组加标号，例如非缺省服务质量或实时服务。在制定IPv6规范时，这一方面的内容仍处于试验阶段，随着对Internet中关于流支持的需求的了解不断深入，将会做出适当的修改。对不支持流标号字段功能的主机或路由器，要求它们在初始生成一个分组时将该字段设置为0，在转发时对该字段不加改动，在接收一个分组时忽略该字段。
流是从一个特定源节点发往一个特定目的节点（单一或多目地址）的分组序列，源节点要求这些分组所经过的路由器对其进行特别处理。这种特别处理的性质可由控制协议传递给路由器，如资源预约协议；或由流的分组自身中的信息来传递，如在逐个路段选项中规定。
流标号是由流的源节点分配给一个流的，在1到FFFFFF （hex）之间（伪）随机地均匀选出。随机分配的目的是使在流标号字段中任意的位组适合于被路由器用来作为Hash关键字，以便查找与流相关联的状态。
路由器可以自由地根据实用原则为任何流设置流处理状态，即使在没有任何路由控制协议、逐个路段选项或其他手段给它们提供明确的流建立信息时，也可以这样做。例如，当收到一个从特定的源地址发来的具有未知非0流标号的分组时，路由器可以把流标号当作0来对其IPv6首部和任何必要的扩展首部进行处理。处理的内容可包括确定下一路段的接口或其他动作，如更新一个逐个路段选项，向前调整路由选择首部中的指针和地址，以及确定怎样根据优先级字段来将分组排队。这时，路由器可以选择去“记住”这些处理步骤的结果并将信息放在高速缓存中，以源地址加流标号作为高速缓存关键字。这样，对随后收到的具有同样源地址和流标号的分组就可以按照高速缓存中的信息来处理，而不必再查看根据上一小节的要求可以假设为与流中第1个分组相同的所有那些字段了。
保存在高速缓存中的根据实用原则设置的流处理状态，必须在其建立后6s内丢弃，无论属于同一个流的分组是否还在继续到来。若在丢弃了缓存的状态后，又有另一个具有同样源地址和流标号的分组到来，则需对该分组执行正常的全部处理（就像其流标号为0一样），这可能导致在高速缓存中重新为该流创建流状态。
一个源节点在为使用一个流标号而建立了流处理状态后，在其中任何一个流处理状态的生存期未超过时，不得把该流标号再用于一个新的流。由于可以为任何流根据实用原则建立生存期为6s的流处理状态，所以在使用同一个流标号的前一个流的最后一个分组和新流的第1个分组间的最小时间间隔为6s。用于生存期较长的明确设置的流的流标号，在这段较长时间内不得使用，期满后才能用于新的流。
2.2优先级
IPv6头中的4位“优先级”字段，使一个源节点可以为其分组标明所希望的发送优先级，这里的优先级是相对于发自同一源节点的其他分组而言的。优先级的取值可分为2个范围：一是用于源节点对其提供拥塞控制的信息传输，如像TCP这样在发生拥塞时做出退让的通信业务；二是用于在发生拥塞时不做退让的信息传输，例如以固定传输率发送的“实时”分组。
对于有拥塞控制的信息传输，建议对特定的应用类型分别采用下列优先级值：0－无特征传输（无任何要求，优先级最低）；1－“填充物”传输（对时间要求不严格，如电子新闻等）；2－无人关照的数据传输（如电子邮件）；3－保留；4－有人关照的数据传输（如FTP，NFS）；5－保留；6－交互式数据传输（如telnet，X）；7－Internet控制信息传输（如路由选择协议、SNMP）。对于无拥塞控制信息传输，最低优先级（8）应该用于发生拥塞时发送者最希望丢弃的那些分组（如高保真度视频信息）；而最高优先级（15）应给予发送者最不愿意丢弃的分组（如低保真度音频信号）。在有拥塞控制优先级（0～7）和无拥塞控制优先级（8～15）之间没有相对的优先顺序。
3结语
多媒体技术是目前计算机和通信领域研究的热点，具有广阔的应用前景。因此，在扩展地址空间和解决其他问题的同时，下一代的IPv6规范也对支持多媒体和实时应用做出支持，这些机制的具体应用方法，还需要通过实践取得进一步的经验。一些厂商和研究机构已开始IPv6的实现研究。在IPv6实现的基础上，还需要开发适当的传送层协议（TCP），以便充分利用IPv6对多媒体和实时应用的支持。
4参考文献
[1] 华为3Com技术有限公司.IPv6技术[M]．北京：清华大学出版社，2004.
[2] 张云勇，刘韵洁，张智江．基于IPv6的下一代互联网[M]．北京：电子工业出版社，2004.
[3] 袁琦，吕东芳.IPv6的最新技术进展[J].通信管理与技术，2006（4）：17-19.
[4] 王晓武，党小超.对于IPv6网络中服务质量的研究[J].现代电子技术，2006（16）：70-71，74.
[5] 李刚生，汪小刚，赵蔚.IPv6技术发展在远程教育中的应用研究[J].教育信息化，2005（11）：54-56.