淺析IPV6對校園網發展的影響

邊瑞卿

摘 要：目前互聯網的IPv4協議在地址空間、網絡安全、服務質量等方面都存在局限性。IPv6作為新的互聯網協議解決了這些問題。IPv6 的應用將對校園網的發展產生巨大的影響。本文從網絡結構、網絡安全、網絡應用三方面分析了IPv6 對校園網發展的影響。

關鍵詞：IPv6；校園網；網絡結構；網絡安全；網絡應用

1 引言

當前互聯網的實現基礎是TCP/IP協議族，其中IP是TCP/IP協議族中網絡層的協議，是TCP/IP協議族的核心協議，目前的版本IPv4已經使用了40多年。近年來，互聯網發展迅速，IPv4所定義的有限地址空間即將耗盡，同時互聯網在網絡安全、質量、NAT對端到端應用的阻礙等方面所暴露出來的問題更加突出，IPv4的局限性越來越清晰地表現出來。針對這一問題，IETF的IPng（新一代互聯網絡協議）工作組于上個世紀九十年代中期開始著手研究和制定新的IP協議規范，即IPv6。國際上對IPv6協議的完善及各項研究和實現工作已開展了十幾年，不同平臺上的IPv6系統軟件和應用軟件、面向IPv6的路由器等網絡設備均已面世，IPv6已逐漸開始進入實用，其大規模的推廣只是一個時間問題。

IPv6相對IPv4而言，最大的特點就是提供了巨大的地址空間。IPv4中IP地址長度為32位，地址數約為43億個，而IPv6飛躍性地擴大了地址空間，其地址長度為128位，地址個數為340，282，366，920，938，463，463，374，607，431，768，211，456。如此浩大的地址空間，按全球60億人口計算，每人可以分得5.7*1028個地址。因此，在有限的時間內，我們都不會再為地址不足的問題發愁。

IPv6除了一勞永逸地解決了地址短缺問題以外，還考慮了在IPv4中解決不好的其它問題，主要是端到端IP連接、服務質量（QoS）、安全性、組播（Multicast）、移動性、即插即用等。

IPv6的推廣應用勢必影響到校園網的發展。校園網突出的特點是學校內有眾多的計算機上網，用戶密集，網絡流量較大，網絡應用多且復雜，多媒體應用占相當大的比重，對安全性要求較高。

2 IPv6 對校園網網絡結構的影響

2.1 取消網絡地址轉換

一般校園網都因為IP地址不足而存在大量的私有地址，為實現對外部網的訪問和網間的互聯，不得不在網絡中部署大量的NAT設備。在這種網絡結構下，NAT設備往往成為網絡的瓶頸，而且有些應用是無法穿透NAT的，例如經過加密的數據包以及一些不使用UDP和TCP協議頭的數據包，因此嚴重制約了校園網內一些重要的應用，如多媒體應用和P2P應用。并且伴隨著網絡規模的擴大和網絡速率的提高，NAT設備將不斷提高建網成本。

IPv6巨大的地址空間完全解決了這一問題。不但每個計算機可以分到一個或多個地址，而且連學校中其它一些基礎設施和機器設備，如門禁、電鈴、電話、學生手中的PDA等都可以得到一個IP地址。因此，大量的NAT設備將被取消，網絡結構層次減少，網絡的拓撲結構將會更加簡明合理。

2.2 促進網絡設備的優化和改進

除此之外，IPv6還將影響到網絡設備，從而影響到網絡的結構和性能質量。首先是路由器，IPv6的地址分配一開始就遵循聚類的原則，IPv6 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。這是IPv6在尋址方面具有的優點。其次是網絡中需要自動配置服務器，實現網絡設備的“即插即用”。IPv6對自動配置提供了支持，使得網絡（尤其是局域網）的管理更加方便和快捷。它是對DHCP協議的改進和擴展，是指無需任何人工干預，就可以將一個節點插入IPv6網絡并在網絡中啟動。IPv6使用了兩種不同的機制來支持即插即用網絡連接：啟動協議（BOOTP）和動態主機配置協議（DHCP）。這兩種機制允許IP節點從特殊的BOOTP服務器或DHCP服務器獲取配置信息。當然這就需要校園網中保持和管理特殊的自動配置服務器，以便管理所有的狀態。

3 IPv6 對校園網網絡安全的影響

原來的互聯網包括校園網的安全機制只建立于應用程序級，如 E-mail 加密、SNMPv2 網絡管理安全、接入安全（HTTP、SSL）等，無法從IP層來保證網絡的安全。

IETF從1995年開始著手研究制定了IPSec 協議用于保護IP通信的安全。IPSec提供既可用于IPv4也可用于IPv6的安全性機制，它是IPv4的一個可選擴展協議，卻是IPv6的一個必不可少的組成部分。通過集成IPSec，IPv6實現了IP級的安全。IPSec提供如下安全性服務：訪問控制、無連接的完整性、數據源身份認證、防御包重傳攻擊、保密、有限的業務流保密性。IPSec的兩種協議，認證報頭（AH）協議定義了認證的應用方法，封裝安全負載（ESP）協議定義了加密和可選認證的應用方法。兩種協議提供了兩種安全機制，認證機制是指IP通信的數據接收方能夠確認數據發送方的真實身份以及數據在傳輸過程中是否遭到改動；加密機制通過對數據進行編碼來保證數據的機密性，以防數據因在傳輸過程中被他人竊取而失密。由于IPSec提供的端到端安全性的兩個基本組件，即認證和加密都是IPv6協議的必備組件，而在IPv4中，它們只是可選組件，因此，采用IPv6，安全性會更加簡便、一致。更重要的是，因為取消了NAT，IPv6 使我們有機會在將網絡轉換到這種新型協議的同時發展端到端安全性。

校園網特別是軍校的校園網在網絡安全上有一些特別的要求，IPSec實現的IP層的安全對實現身份驗證、訪問控制、保密等方面在根本上提供了方便性和一致性。

4 IPv6 對校園網網絡應用的影響

以IPv6為基礎的下一代網絡既可以更好地支持和保障傳統業務應用，更可以支持各種各樣的創新業務應用。IPv6提供了優質的信息高速公路，它使至今為止還是脫機的每樣東西都變成可訪問網絡的聯機設備成為可能，并且一旦什么東西都聯網之后，就能夠創新出數不勝數的新型應用。IPv6對校園網網絡應用的最大的影響就在于它增強了對于服務質量的考慮。IPv6增強的組播支持以及對流的支持使得網絡上的多媒體應用有了長足發展的機會，為服務質量控制提供了良好的網絡平臺。

從協議的角度看，IPv6與目前的IPv4提供相同的服務質量，但是IPv6的優點體現在能提供不同的服務。這些優點來自于IPv6的包頭結構中新增的優先級字段和流標簽字段。優先級字段擴大到1個字節，這就可以定義256個級別的優先級，對各種多媒體信息根據重要性確定數據包的優先級，從而保證每一項服務都能達到用戶滿意的質量。而有了20位長的流標簽字段，在傳輸過程中，中間的各節點就可以識別和分開處理任何IP地址流。在IPv6中，同一個業務流的所有數據包采用相同的流標簽，這樣當路由器檢測到相同的流標簽的時候就采用相同的路徑發出去，而不需要為每一個數據包重新選擇路由，從而大大提高了數據包轉發的效率，降低了端到端的延遲。反觀IPv4中，同一數據流的包和包之間沒有任何相關性，路由器對對每一個包的獨立處理，就會略微增加包的處理時間，對于文件傳輸等應用可能影響不大，但是對于視頻廣播或者點播來說，延時的增加和不確定性會造成收看質量的嚴重下降。此外，在支持“總是在線”連接、防止服務中斷以及提高網絡性能方面，IPv6 也有助于改進服務質量。

因此，我們可以認為，由于校園網對大量多媒體應用的迫切需求，隨著IPv6協議的推廣應用，視頻點播、視頻會議、網絡教學等應用將首先在校園網中得到長足的發展。

5 結語

現有的互聯網協議IPv4在地址空間、端到端的IP連接、服務質量、網絡安全和移動性等方面都暴露出了不足，而與IPv4相比較，IPv6在提供可用IP地址空間、改善端到端的安全性、對移動通信的內在支持、提高服務質量以及減輕系統管理負擔等方面都有著顯著的優勢。IPv6將成為構筑下一代網絡的重要基礎，在經過一段過渡期后，無疑它將最終代替IPv4。而且IPv6進入校園網并在校園網中發揮其優勢，這將是IPv6推廣過程中必然先行的一個階段。

參考文獻

[1] http：//www.isc.org.cn/ipv6jszt/

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