高職IPv6校園網過渡策略研究

摘要:高校校園網從IPV4到IPV6過渡已經是一種必然趨勢;結合高職院校校園網現狀，分析了IPV6技術的優勢及幾種主要過渡技術，并對高職院校校園網從IPv4向IPv6平滑過渡的策略進行了深入的探討。

關鍵詞:IPv6;校園網;過渡技術;NAT-PT;雙協議棧;隧道

中圖分類號:TP393.18文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2009)33-9190-02

There Research of the Campus IPV6 Network Transitional Tactics in High Vocation College

CHEN Guo-lang

(Compute Science Department， Wenzhou Vocation and Technology College， Wenzhou 325035， China)

Abstract: The Campus network updating from IPV4 to IPV6 becomes to the certain inexorable trend. It combines the current situation of campus network in high vocation college. It analyzes the advantage of IPV6 technology and several main transitional technologies. And the article also thorough discusses the smooth transitional tactics of the campus network updating from IPV4 to IPV6.

Key words: IPV6; campus network; transitional technology; NAT-PT; dual stack; tunnel

近年來，以IPv4網絡為主的高校校園網規模不斷擴展，應用逐漸增多，難以避免地出現:地址空間不足、QoS、安全等問題。IPv6的出現給高校校園網升級帶來新的技術、新的發展，也為高職院校園網建設帶來機遇;隨著中國下一代互聯網示范工程CNGI的不斷發展以及CERNET2的建成，IPv6技術及設備逐漸成熟;如何以最小的代價改造現有的基于IPv4的校園網，合理地進行IPv6的升級部署已經成為各高校、尤其是高職院校共同面臨的難題。

1 IPv6的優點

IPv4最初優良的設計思想，使互聯網從早期小規模網絡擴展到如今全球范圍Internet應用。然而，今天Internet如此迅速的發展，也是IPv4設計之初未曾預料到的，出現了諸如IP地址缺乏、網絡安全性差等問題，IPv6正是在這樣的情況下孕育而生。

IPv6最根本的改變就是提供了未來對全球范圍內可確定的地址空間的需求，它將網絡地址位數從32位擴展到128位，使它幾乎可以不受限制地提供地址，徹底解決了IPv4地址不足的問題，消除了IPv4網絡中的NAT(Network Address Translation， 網絡地址轉換)所帶來的瓶頸，提高了網絡效率，使人們就很方便地實現全球范圍內的地址可達、端到端的安全通信等。

盡管IPv6地址長度為IPv4的四倍，IPv6報頭長度僅為IPv4報頭長度的兩倍。IPv6數據則是由一個IPv6報頭、多個擴展報頭和一個上層協議數據單元三部分組成，其包頭長度固定為40字節，去掉了IPv4數據包中一些不必要或很少用的字段，增加了部分能更好提供實時支持的字段，包括8個必要的字段。報頭格式的簡化，有效地減少路由器或交換機對報頭的處理開銷，這對設計硬件報頭處理的路由器或交換機十分有利;IPv6加強了對擴展報頭和選項部分的支持，這不但讓轉發更為有效外，還對將來網絡加載新的應用提供了充分的支持。

另外，IPv6充分考慮到了IP的安全性問題，還提供了更好的實時QoS支持，其強大的自動配置能力更是簡化了移動主機和局域網的系統管理。

2 IPv6過渡技術

從IPv4到IPv6的演進是一個逐漸的過程，不可能將它們在短時間內都過渡到基于IPv6的網絡，更不是徹底改變的過程，它是一個循序漸進的過程。在IPv6完全取代IPv4之前，IPv6網絡就像IPv4海洋中的小島。在相當長時間內，IPv6 節點之間的通信還要依賴于原有IPv4網絡的設施，隨著時間的推移，IPv4的海洋將會逐漸變小，而IPv6的小島不僅會越來越多，而且越來越大，并最終完全取代IPv4形成新的下一代Internet網絡。

為了實現IPv4向IPv6的平滑過渡，也就是在兩種協議共存的這個時期，需要解決這些IPv6孤島之間互相通信的問題，以及IPv6孤島與IPv4海洋之間通信的問題。國際上由IETF NGTrans負責研究制定IPv4向IPv6過渡機制，目前提出的多種過渡策略和技術，概括起來可分為三類:同時支持兩種協議的雙協議棧技術、采用IP數據包封裝的隧道技術和NAT-PT技術。前兩者需要主機做相應的修改，目前已有相應的軟件協議棧和路由設備，第三種實際上是一種網關技術，最大的優點是不需要改動通信主機就能實現純IPv4和純IPv6主機之間的“透明”通信。

2.1 雙協議棧技術

如果在網絡設備上同時啟用IPv4和IPv6協議，雙協議棧技術是IPv4向IPv6過渡的一種有效的技術，也是處理過渡問題最簡單的方式，采用該技術的節點上同時運行IPv4和IPv6兩套協議棧。由于IPv6和IPv4是功能相近的網絡層協議，兩者都基于相同的物理平臺，而且加載于其上的傳輸層協議TCP和UDP又沒有任何區別。可以在網絡設備(包括主機、服務器和路由器等)上同時啟用IPv6和IPv4兩種協議，該主機既能與支持IPv4協議的主機通信，又能與支持IPv6協議的主機通信，在一個物理網絡就能夠支持兩個邏輯IP網絡。這種方式對IPv4和IPv6提供了完全的兼容，但是由于對每一個網絡設備也要同時分配一個IPv4地址，因此無法解決IPv4地址耗盡的問題。

2.2 隧道技術

隧道(tunnel)是指一種協議封裝到另外一種協議中的技術。隧道技術只要求隧道兩端(也就是兩種協議邊界的相交點)的設備支持兩種協議。IPv6穿越IPv4隧道技術利用現有的IPv4網絡為互相獨立的IPv6網絡提供連通性，IPv6報文被封裝在IPv4報文中穿越IPv4網絡，實現IPv6報文的透明傳輸。

2.3 NAT-PT技術

隧道技術是利用現有的IPv4網絡為互相獨立的IPv6網絡提供連通性，實現了IPv6節點之間的互通。而要實現不同協議之間的互通，也就是使IPv6主機和IPv4主機之間的相互訪問，目前采用的主要技術就是NAT-PT(Network Address Translation-Protocol Translation)，它允許只支持IPv6協議的主機與只支持IPv4協議的主機進行互聯，一個位于IPv4和IPv6網絡邊界的設備負責在IPv4報文與IPv6報文之間進行翻譯轉換，所有的地址轉換過程都在該設備上實現，對IPv4和IPv6網絡來說是透明的，用戶不需要進行IPv4、IPv6節點的升級改造就可以實現IPv6網絡與IPv4網絡的通信。

以上三種過渡技術是從技術本身角度來分類敘述的，它們的工作原理不同，所適用的場合也不同，在進行IPv6網絡部署時，無非是兩種情況:IPv6跨IPv4網絡互聯和IPv6與IPv4之間互聯。IPv6網絡之間互通可采用隧道技術，IPv6與IPv4網絡之間互通則可以采用雙協議棧技術、NAT-PT技術等。

3 IPv6校園網建設策略

隨著中國第一個下一代互聯網主干網——CERNET2的全面展開，標志著中國下一代互聯網運營開始向全國范圍的高校輻射，目前已很多高校接入CERNET2，部分高校已計劃或正在建設IPv6校園網，由此可以預見，在未來5～10年間，中國高校校園網全面向IPv6過渡已是大勢所趨。在新的形勢下，基于IPv6 的校園網絡是各高校要研究和解決的重要問題。

目前，絕大多數高職院校已完成校園網絡的基礎建設，為了避免過多的投資浪費，必須充分考慮現有的網絡環境，更好地繼承和取代原有的IPv4校園網。在IPv6建設初期，用戶相對較少的情況下，可實驗性接入CERNET2;對現有IPv4校園網內只支持IPv4的主機通過NAT-PT這樣的轉換技術在IPv4和IPv6報文之間進行轉換，實現與IPv6主機的通信;安裝了IPv4/IPv6雙協議棧的主機在現有校園網上建立隧道鏈路將其連接到出口路由器，并通過出口路由器與CERNET2進行互聯，就能夠實現和IPv6的骨干網CERNET2的互通。

為了讓把IPv6更多的用戶直接在校園網學習、IPv6技術，可在校園網內局部建設IPv6 試驗網;然后再根據需求把邊界路由器升級為雙棧路由器，把有需要的部分IPv4 網絡采用隧道技術與外網連接，并逐步把原有IPv4網絡升級為全面融合的IPv4/IPv6雙協議棧網絡;最后逐步向純IPv6網的過渡。這樣既充分保證了教學科研的需要，又安全穩妥地以最少代價實現了校園網的升級。

3.1 校園網內局部建設IPv6網絡

為了不中斷和影響目前IPv4網絡基礎架構正常運轉、保證學校教與學的正常秩序、滿足科研和部分院系的教學需要，高職院校可以在校園網內新建IPv6試驗床，也就是校園網的局部進行全新IPv6網絡改造建設，把IPv6接入能力擴展到學校的部分網絡，能夠讓更多的用戶直接在校園網上利用IPv6試驗床進行學習，研究和體驗下一代互聯網絡的主要技術。

這種建設方式要求實現高速的IPv6多層交換，盡管實現比較簡單，對現有網絡影響也比較小，但是建設成本相對較高。如果不能更好地考慮IPv6網絡之間互連問題，就會有可能形成一個或多個新的IPv6網絡孤島，因此，在采用這種方式進行網絡建設時，對于現有IPv4校園網內，只支持IPv4的主機，需要通過NAT-PT這樣的轉換技術在IPv4和IPv6報文之間進行轉換，實現與IPv6主機的通信;IPv6孤島網絡之間則通過IPv4鏈路互連。

對于新建的IPv6網絡，如果有多個，在沒有全面升級為雙棧設備之前，可以采用隧道方式，把這些IPv6網絡連接起來，安裝IPv4/IPv6雙協議棧的主機，則只要在現有校園網上建立隧道鏈路將其連接到出口路由器，并通過出口路由器與CERNET2進行互聯，就能夠實現和IPv6的骨干網CERNET2的互通。

3.2 逐步升級為全面融合的IPv4/IPv6雙協議棧網絡

在IPv6試驗網建設的基礎上，可以選擇建設IPv6/IPv4雙協議網，實現大規模IPv6校園網，很顯然，這種建網方式最復雜，對網絡改動也較大;對設備整體的交換性能和可靠性要求也很高，對功能的要求也很豐富。但采用這種方式建設好的校園網，不但可以提供更廣泛的IPv6接入服務，而且示范性強，可獲得較大規模IPv6建設和使用的經驗。

根據當前IPv6網絡發展的現狀，許多高校在綜合考慮本校的實際情況后，規劃本校校園網的發展，采用逐步升級的方式，實施全面融合的IPv4/IPv6雙協議棧網絡建設。這種建設方式可以采用不同的方法和步驟進行過渡升級，如:從核心層、匯聚層，到接入層逐層用雙協議棧設備替換現有網絡設施，或新建雙棧網絡，將IPv4 網絡用戶逐漸遷移到新網。當然如果現有的校園網的部分設備在硬件上已經支持IPv6，那么就只需要進行簡單的升級就可以了，這也是基于充分保護現有校園網設備資源的考慮，盡量減少建設成本。

從目前的發展情況來看，高校校園網發展趨勢都是在不影響現有網絡的性能和服務質量的前提下，從網絡邊緣到核心逐步從IPv4向IPv6協議平滑過渡，這中間一個非常關鍵的因素就是網絡設備要能夠同時支持IPv4和IPv6協議，這不僅是全部網絡設備的硬件、軟件支持IPv6，還包括相關的一整套的管理、安全、服務支撐和應用系統都支持IPv6協議。

從實現現有的IPv4校園網和CERNET2的互通，到建設局部范圍的純IPv6校園網絡進行IPv6技術的使用和測試，然后整體規劃，逐步升級現有IPv4校園網，建設全面融合的IPv4/IPv6雙協議棧網絡，都是IPv6網絡的發展和普及過程的不同的建設方式，或者說是不同的發展階段，在這個過程中，肯定會遇到很多的問題。因此對于高校來說，尤其是高職院校在建設IPv6網絡初期，一定要做好隨時面對網絡問題的應急措施。

4 結束語

IPv6已經是歷史發展的必然趨勢，漸進地、合理地由基于IPv4的網絡過渡到基于IPv6的網絡，并盡可能減少過渡的成本是我們要考慮的主要問題。目前已出現了很多過渡的策略，作為高職院校，首先在校園網內局部建設IPv6網絡，然后再逐步升級為全面融合的IPv4/IPv6雙協議棧網絡，最終實現平穩過渡。這樣既充分利用了原有資源，又滿足了教學科研對IPv6 的需求。

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