基于IPv6的校園網(wǎng)的設計與建設研究*

賀 靜，徐成武，任密林

(1.太原理工大學 信息化管理與建設中心，山西 太原 030024；2.下一代互聯(lián)網(wǎng)重大應用技術(北京)工程研究中心，北京 100084)

基于IPv6的校園網(wǎng)的設計與建設研究*

賀 靜1，徐成武1，任密林2

(1.太原理工大學 信息化管理與建設中心，山西 太原 030024；2.下一代互聯(lián)網(wǎng)重大應用技術(北京)工程研究中心，北京 100084)

隨著中國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程CNGI的建立，百所高校駐地網(wǎng)采用純IPv6技術以專線接入CNGI-CERNET2主干網(wǎng)，本文以一百多所駐地網(wǎng)之一的太原理工大學作為研究對象，對其IPv6網(wǎng)絡建設進行介紹的基礎上,結合高校校園網(wǎng)的實際情況，提出了IPv6校園網(wǎng)的設計與建設方案，并進行相關的部署與互通試驗，以期為其他院校IPv6校園網(wǎng)的建設提供理論參考和實踐經(jīng)驗。

IPv6；校園網(wǎng)；設計

隨著因特網(wǎng)使用范圍的不斷擴大，因特網(wǎng)用戶數(shù)量正以指數(shù)級增長，IPv4地址幾近枯竭，這必將嚴重影響互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。這就造就了下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv6的產生，相較于32位編碼的IPv4，128位編碼的IPv6不僅解決了因特網(wǎng)地址資源不夠的問題，而且在靈活性安全性等各方面都表現(xiàn)出更優(yōu)的性能。

1 關鍵技術分析

IPv6雖然相較IPv4有諸多優(yōu)勢，但不幸的是，IETF 在RFC1550中偏偏沒有IPv6對IPv4兼容性的要求。 最終選定的方案-IPv6，也確實與IPv4不兼容。當擁有232個地址的IPv4網(wǎng)絡因為地址匱缺而需要發(fā)展為IPv6的時候，網(wǎng)絡中的用戶、終端和網(wǎng)絡設備都已經(jīng)是支持IPv4的。所以在研究IPv6校園網(wǎng)的設計與建設時，首先要研究分析的關鍵技術是IPv4向IPv6的過渡技術。

目前基本過渡技術中成熟的技術包括雙協(xié)議棧技術、隧道技術和協(xié)議翻譯技術，其中雙棧技術是IPv4向IPv6過渡過程中的共存技術，隧道技術和協(xié)議翻譯技術則是IPv4向IPv6過渡的互通技術。本節(jié)我們對這三種技術分別進行分析。

1.1 雙協(xié)議棧技術

雙協(xié)議棧[1]技術是指網(wǎng)絡設備上同時啟動IPv4和IPv6協(xié)議棧。雙協(xié)議棧具有相同的物理平臺，在網(wǎng)絡層同時支持IPv6和IPv4協(xié)議，并且支持的TCP/UDP協(xié)議也是相同的[2]。其工作模式如表1。即網(wǎng)絡設備運行IPv6協(xié)議 又運行IPv4協(xié)議，該網(wǎng)絡設備上接收到的目的地址為IPv4地址，則使用IPv4地址；若目的地址是IPv6地址，則使用IPv6地址。

表1 雙棧模式

雙協(xié)議?？梢栽趩为毜木W(wǎng)絡設備上實現(xiàn)，也可以在擁有雙協(xié)議棧的骨干網(wǎng)上實現(xiàn)。

1.2 隧道技術

IPv6隧道技術[1]是一種實現(xiàn)兩個IPv6孤島之間通過IPv4網(wǎng)絡通信[3]，將網(wǎng)絡設備接收到的IPv6報文封裝在IPv4報文中即為IPv6隧道技術，“偽裝”成IPv4報文，在解封裝時，如果報頭的協(xié)議域值為41，說明這個分組是IPv6分組，這樣IPv6協(xié)議包就可以穿越IPv4網(wǎng)絡進行通信[4]。通過隧道技術，純IPv6協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)之間就可以利用IPv4網(wǎng)絡進行通信，并且現(xiàn)有的IPv4互聯(lián)網(wǎng)也無需升級和修改。IPv6隧道配置在邊界網(wǎng)絡設備之間或邊界網(wǎng)絡設備和網(wǎng)絡終端設備之間，隧道兩端的網(wǎng)絡設備必須支持雙棧協(xié)議。IPv6隧道技術如圖1所示。

圖1 隧道技術工作原理

1.3 協(xié)議翻譯技術

在現(xiàn)有的網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡設備大部分是只支持IPv4協(xié)議的，如何讓純IPv6的網(wǎng)絡節(jié)點設備與純IPv4的網(wǎng)絡節(jié)點設備互聯(lián)通信，就需要協(xié)議翻譯技術解決此問題。

本文要介紹的是最常用也最基本的網(wǎng)絡層協(xié)議翻譯技術-NAT-PT。

NAT-PT[5]技術用于IPv4互聯(lián)網(wǎng)邊緣的IPv6網(wǎng)絡中的IPv6節(jié)點設備和IPv4互聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點設備互相通信，如圖2所示。

圖2 NAT-PT技術工作原理

通過NAT-PT技術即把支持IPv4協(xié)議的節(jié)點的地址和支持IPv6協(xié)議的節(jié)點的地址看成兩個不同的地址空間，當任意一端發(fā)起通信請求時，經(jīng)中間的NAT-PT服務器翻譯，把網(wǎng)絡層協(xié)議頭進行IPv6/IPv4間的轉換，變成另一端的IP地址類型，完成通信。

2 IPv6校園網(wǎng)規(guī)劃設計

本文以山西省省網(wǎng)節(jié)點以及CNGI駐地網(wǎng)之一的太原理工大學為例，簡單介紹該校自接入CERNET2以來，IPv6校園網(wǎng)的設計與建設。

2.1 校園網(wǎng)絡概況

太原理工大學IPv6駐地網(wǎng)建設的主要目標包括：按照發(fā)改委對CNGI的規(guī)定技術要求，建設太原理工大學IPv6駐地網(wǎng)；以2 Gbps獨立光纖方式連入CERNET2；實現(xiàn)校園網(wǎng)三層結構中每一層的雙棧技術改造；保證能夠按要求接入CERNET2主干網(wǎng)，并且繼續(xù)開展IPv6的各項技術試驗和應用示范等以配合下一代互聯(lián)網(wǎng)項目的需要。IPv6校園網(wǎng)拓撲圖如圖3所示。

圖3 太原理工大學IPv6拓撲圖

太原理工大學校園網(wǎng)設計為典型的三層結構，即核心層、匯聚層和接入層，其中核心交換機為一臺Juniper高性能路由交換機，匯聚層由分布在全校各個樓宇中的三層交換機構成，接入層則分布在各個接入單位，負責用戶終端的接入。針對校園網(wǎng)各層實施的接入方案為：

1) 以2 Gbps獨立光纖方式和純IPv6協(xié)議接入CERNET2，邊界路由器通過靜態(tài)路由指到校園網(wǎng)核心交換機，在校園網(wǎng)內部則實現(xiàn)IPv6/IPv4雙棧接入。

2) 在核心層上，啟用雙棧協(xié)議，并且要有雙鏈路分別接入IPv6網(wǎng)絡和IPv4網(wǎng)絡。

3) 在匯聚層上，啟用雙棧協(xié)議，使設備既可以接收IPv6數(shù)據(jù)又可以接收IPv4數(shù)據(jù)。

4) 在接入層，啟用雙棧技術，并且為終端用戶自動分配IPv6地址，在訪問IPv6資源時，并不影響原來IPv4網(wǎng)絡。

目前整個校園網(wǎng)設備升級完畢，全校教職員工、學生通過雙棧方案可訪問IPv6網(wǎng)絡；純IPv6無線實驗網(wǎng)絡已部署完成；“教學資源庫”及“精品課程服務應用”項目升級至IPv6平臺；立足太原理工大學IPv4/IPv6網(wǎng)絡環(huán)境，發(fā)展山西省高校接入CNGI網(wǎng)絡(已有山西大學、中北大學、太原科技大學以及山西師范大學等高校)，為其提供優(yōu)質服務，保障全年不間斷網(wǎng)絡運行服務和技術支持。

2.2 主要設備配置

校園網(wǎng)中設備都是支持雙棧協(xié)議的，核心交換機是一臺Juniper9214，在核心交換機上啟動IPv6協(xié)議，以其中一條為例：

protocols {

router-advertisement {

interface irb.6 {

prefix

2001:250:c01:6001::/64;

}

IPv6路由：

routing-options {

rib inet6.0 {

static {

route

2001:250:c01::/64next-hop

2001:250:c01:6999::2;

route

2001:250:c01:6000::/64 next-hop

2001:250:c01:6999::2;

route::0/0 next-hop

2001:250:c01:10::1;

}

}

配置VLAN199的IPv6地址段：

unit 199 {

family inet;

family inet6 {

address

2001:250:c01:6028::1/64;

}

3 結論

本文介紹了IPv6校園網(wǎng)建設中需要解決的關鍵技術即IPv4向IPv6的過渡技術，以駐地網(wǎng)之一的太原理工大學為例，介紹了此IPv6校園網(wǎng)的設計結構與具體配置。雖然此設計存在有不足，但希望為其他院校IPv6校園網(wǎng)的建設提供理論參考和實踐經(jīng)驗。

[1] Gilligan R,Nordmark E.RFC2893-2000,Transition Mechanisms for IPv6 Hosts and ro uters[S].

[2] 楊婷婷，賈樹文，王昆強，等.IPv6校園網(wǎng)升級方案研究[J].產業(yè)與科技論壇，2015，14(17)：82-83.

[3] 王中震.IPv4至IPv6過渡技術方案的設計[M].北京：北京郵電大學,2012.

[4] 馬嚴，趙曉宇.IPv4向IPv6過渡技術綜述[J].北京郵電大學學報，2002，25(4):1-5.

[5] Tsirtsis G,Srisuresh P.RFC 2766-2000,Network address Translation-protocol Translation(NATPT)[S].

Research on the Design and Construction of IPv6 Campus Network

He Jing1, Xu Chengwu1, Ren Milin2

(1.CenterofInformationManagementandDevelopment,TaiyuanUniversityofTechnology,TaiyuanShanxi030024,China;2.TheNextGenerationInternetApplicationTechnology(Beijing)EngineeringResearchCenter,Beijing100084,China)

With the establishment of China’s next generation Internet demonstration project, one hundred of colleges and universities use IPv6 Technology to access CNGI-CERNET2 network. In this paper, it takes Taiyuan University of Technology as the research object, based on the introduction for its IPv6 network construction and combined with the actual situation of campus network, this paper presents the design and construction scheme of IPv6 campus network and makes related deployment and interoperability test. It hopes to provide the oretical reference and practical experience for the construction of IPv6 campus network in other colleges and universities.

IPv6; campus network; design

2016-08-04

2015年度北京市發(fā)改委下一代互聯(lián)網(wǎng)重大應用技術項目“IPv4/IPv6過渡網(wǎng)關技術研發(fā)及產業(yè)化”(20151045)

賀 靜(1983- )，女，山西原平人，講師，碩士研究生，研究方向：網(wǎng)絡技術與網(wǎng)絡信息安全。

徐成武(1974- )，男，山西汾陽人，碩士研究生，工程師。2009年畢業(yè)于太原理工大學，研究方向：網(wǎng)絡技術與網(wǎng)絡信息安全。

1674- 4578(2016)06- 0073- 02

TP393

A