物聯網時代視頻監控網絡與IPV6之間的愛恨情仇

2019-02-25 18:13:45 dabaoxue 15

在物聯網的三大層次中,感知層作為物聯網識別物體、采集信息的來源,成為物聯網的關鍵。據相關數據顯示,攝像機采集的數據信息占據全世界物聯網數據的約一半以上的存儲量。傳統視頻監控技術在智慧城市、公共安全等各行業已獲得廣泛的應用,而目前網絡視頻監控技術正在升級為“以視頻為核心的物聯信息服務”,即“視頻+”,“視頻+多維感知”和“視頻+多維應用”, 視頻監控網絡已成為目前應用最廣泛、技術最成熟的物聯網。

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在物聯網感知層采用IP技術,要實現“一物一地址,萬物皆在線”,將需要大量的IP地址資源,就目前可用的IPv4地址資源來看,遠遠無法滿足感知智能終端的聯網需求,特別是在視頻監控、智能家電、汽車通信等應用的大規模普及之后,IP地址的需求會迅速增長,目前IPv4地址可以說是基本消耗殆盡了。

一、“愛悠悠”:取代IPV4且看更優秀的IPV6

1、“洋量”的網絡地址:目前分配給物聯網設備的網絡地址一般為IPv4地址,其地址是由 4組 8位二進制數字排列組合而成,總共有2的32次方個地址可用,合計4,294,967,296個。雖然IPv4提供了“海量”地址,但隨著物聯網的高速增長,目前全球已有上百億個物聯網設備,卻只有40多億個網絡地址。IPv6可以提供“洋量”的網絡地址,數量遠遠大于IPv4。如果把每一個物聯網設備比喻成一粒沙子,就算給鋪滿地球表面的每一粒沙子都分配一個網絡地址,IPv6提供的網絡地址數量仍然是夠用的。雖然物聯網時代視頻監控網絡地址需求量巨大,但無需擔心IPv6網絡地址數量問題。

2、更小的路由器表:IPv6的地址分配一開始就遵循“聚類”(Aggregation)的原則,這使得路由器能在路由表中用一條記錄表示一片子網,大大減小了路由器中路由表的長度,提高了路由器轉發數據包的速度,也就使得通過IPv6連接并獲取內容的速度要比IPv4更快,這在物聯網時代對實時性要求很高的視頻監控網絡來說非常的重要。IPv6技術不僅僅可以提高視頻監控網絡基礎設施性能和質量,還可以更好地完善視頻監控網絡整體系統的建設。

3、IP層的安全:傳統的網絡安全機制只建立在應用層程序級,如E-mail加密、SNMPv2網絡管理安全、接入安全(HTTP和SSL)等,沒有辦法能夠從IP層來保證互聯網以及物聯網的安全。而IPv6可以實現IP層的安全,用戶能夠對網絡層的數據進行加密并且對IP報文進行校驗,保證了分組的完整性與保密性。IPSec是過去為了解決IPv4的安全性問題所產生的IP地址安全協議,IPv6將IPSec納入其架構中,讓IPSec直接可以鑲嵌在IPv6的封包中,這一特性可以加強物聯網視頻監控網絡相關設備和數據的安全性,讓用戶信息的安全保障得以升級,有效地防止視頻監控數據被非法竊取。

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4、多宿主特性支撐5G應用:典型的IPv6設備可以有多個地址,并且一個終端可以同時建立多個宿主(Multi Homing)的功能,為移動邊緣計算提供基于源地址的分流應用。實現移動邊緣計算的切片和隔離都是通過多條鏈路進行的,由于多宿主特性,所以在切換的時候可以先建后斷,降低了數據丟包影響,減少了切換時間,改進了用戶的體驗,這在已經到來的5G時代,IPv6將在視頻監控網絡上會有更廣闊的應用。

5、為新增根服務器提供了機會:IPv4時代全球只有13臺根域名服務器,1個主根服務器在美國,12個輔根服務器中9個在美國,2個在歐洲,1個位于日本,中國作為全球互聯網用戶數最多的國家,沒有自主可控的根服務器。在IPv6的DNS體系中,數據幀結構可以安排25個IPv6根服務器,純IPv6根服務器取得根區文件后,同樣可以解析IPv4,為新增根服務器提供了機會。在與現有IPv4根服務器體系架構充分兼容基礎上,“雪人計劃”在美國、日本、印度、俄羅斯、德國、法國等全球16個國家完成25臺IPv6根服務器架設,形成13臺原有根加25臺IPv6根的新格局,中國部署了其中的4臺(1主3輔),打破了中國過去沒有根服務器的困境。

IPv6還有許多功能,例如新的技術或應用需要時,它可以允許協議進行擴充,使用新的選項來實現附加的功能;IPv6使用更好的頭部格式,其選項與基本頭部分開,如果需要,可將選項插入到基本頭部與上層數據之間,簡化和加速了路由選擇過程。總之,IPv6具備著滿足我們對未來物聯網的各種要求的特性,雖然現在未能普及,但相信在未來IPv6一定會走到我們身邊,歷史大潮不可逆。

二、“恨亦悠悠”:IPV6取代IPV4之路道阻且長

事實上,作為全球最早開展IPv6以及下一代互聯網技術研究標準制訂的國家之一,中國早在2008年就建成了全球最大的純IPv6網絡,地址分配總數在全球排名居于第二位,但是IPv6在國內的實際應用程度卻非常低。數據顯示,全世界IPv6用戶占網絡用戶比重為18%,其中美國已經達到了30%,比利時則達到了56%,而我國僅為3%,遠遠落后世界平均水平。為什么IPv6在中國猶抱琵琶半遮面,千呼萬喚難出來,筆者認為主要原因在以下幾個方面 :

1、NAT技術讓人歡喜讓人憂:(Network Address Translation,網絡地址轉換),它是為解決IPv4地址短缺問題而出來的一種技術,同時還能有效地避免來自網絡外部的攻擊,隱藏并保護網絡內部的計算機,所以很多運營商和公司通過使用NAT,給用戶分配私有IPv4編址地址而非公有IPv4地址,大部分用戶沒有更換現有網絡設備馬上升級到IPv6的理由。物聯網時代視頻監控網絡具有一定的特殊性,絕大部分都是內部網絡不對外開放,接入互聯網的需求并不大,有些視頻監控網絡由于安全保密的需要,特別是公安部門,按要求是不能接入互聯網的,使用私有地址即可解決相關的問題,所以使用IPv6的積極性并不是很高。

2、IPv4到IPv6過渡并非易事:在某種情況下,一項技術發展越充分,應用越廣泛,未必是件好事,因為這有可能成為下一項新技術部署的障礙,IPv6就碰上這樣的尷尬:IPv4龐大的用戶群與設備,使得IPv6不得不考慮如何實現IPv4到IPv6的平滑過渡。現在常用的三種過渡轉換技術各有千秋,但是也各有缺陷:

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(1)、雙棧技術:是指在網絡節點上同時運行IPv4和IPv6兩種協議,從而在IP網絡中形成邏輯上相互獨立的兩張網絡:IPv4和IPv6網絡,網絡中的節點同時支持IPv4和IPv6協議棧,源節點根據目的節點的不同選用不同的協議棧,而網絡設備根據報文的協議類型選擇不同的協議棧進行處理和轉發。采用雙棧技術部署IPv6,不存在IPv4和IPv6網絡部署時的相互影響,可以按需部署,實現二個網絡的共存,但是不能解決IPv4和IPv6網絡之間的互通問題,而且不會節省IPv4地址,不能解決IPv4地址用盡問題。

(2)、隧道技術:基于IPv4隧道來傳送IPv6數據報文的隧道技術,是將IPv6報文封裝在IPv4報文中,這樣IPv6協議包就可以穿越IPv4網絡進行通信。因此被孤立的IPv6網絡之間可以通過IPv6的隧道技術,利用現有的IPv4網絡互相通信而無需對現有的IPv4網絡做任何修改和升級。IPv6隧道可以配置在邊界路由器之間,也可以配置在邊界路由器和主機之間,但是隧道兩端的節點都必須既支持IPv4協議棧又支持IPv6協議棧。該技術缺點也很明顯,需要部署隧道兩端的設備,在隧道的入口處會出現負載協議數據包的拆分,在隧道出口處會出現負載協議數據包的重組,這就增加了隧道出入口的實現復雜度, 對終端系統要求也高,不利于大規模的應用。

(3)、地址協議轉換技術:該技術實際上就是一種翻譯技術,實現IPv4和IPv6的協議轉換,能夠將數據在兩種格式之間靈活轉換。翻譯涉及兩個方面:一方面是IPv4與IPv6網絡協議層的翻譯,另一方面是IPv4應用與IPv6應用之間的翻譯,從早期使用NAT-PT協議到現在的NAT64協議,僅需對現有IPv4網絡做少量改造(通常是更換出口網關),即可實現對外支持IPv6訪問,部署簡單便捷。由于IPv4和IPv6協議設計上的不兼容性,協議轉換過程費時費力,處理開銷較大,效率較低,應當盡量避免采用此技術。

三、又愛又恨卻又甘之如飴,期待厚積薄發

在互聯網與物聯網應用領域,IPv4仍然主導著IP網絡,在IPv6的網絡流行之前,IPv6的先驅者們還有很長的路要走,但網絡IPv6化是大勢所趨。據了解,目前主流網絡設備提供商都已經給出相關的IPv6解決方案,同時電信運營商也著手計劃部署IPv6網絡。一旦基礎網絡IPv6過渡完成,視頻監控網絡也必然會向IPv6化過渡。

當然,就目前而言IPv6在物聯網時代視頻監控網絡中大展身手的時機還未成熟,視頻監控網絡設備與IPv6融合主要表現在終端設備與IPv6網絡的結合。然而IPv6與網絡視頻監控系統融合并沒那么簡單,雖然已經有部分廠商推出了支持雙協議的網絡攝像機等,但其實際意義并不大。視頻監控網絡作為一個整體應用,從前端到后端,采集到存儲,以及用戶監管,各個設備以及平臺軟件都要支持IPv6協議,才能保證整個系統正常運行,而現實是各個設備或子系統來自于不同廠家,目前還難以做到協議統一。

在可預見的未來,網絡視頻監控網絡設備,包括網絡攝像機、網絡視頻服務器以及網絡視頻監控平臺軟件等產品將率先跨入IPv6應用,物聯網的浪潮也將引爆IPv6在智慧城市、智能社區、智能家居、智能交通、智能設施等視頻監控業務中的應用。

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