基于IPv6的智慧校園網(wǎng)建設(shè)設(shè)計(jì)

趙思佳 尹 婷

（湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421005）

0 引言

智慧校園是在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建全校園智慧化工作、智慧化學(xué)習(xí)和智慧生活一體化的環(huán)境氛圍，該一體化環(huán)境氛圍的載體是不同種類(lèi)的應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，把教師教學(xué)、實(shí)驗(yàn)科研、學(xué)院管理和校園生活充分融合在一起。因此，在智慧校園里需要接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備和終端數(shù)量眾多，目前的IPv4地址規(guī)則已經(jīng)不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的應(yīng)用需求。IPv6使用128位地址可以支持更多設(shè)備上網(wǎng)[1]。使用IPv6創(chuàng)建智慧校園網(wǎng)相比IPv4大大提高了網(wǎng)絡(luò)的整體滲透率，提高了整體服務(wù)質(zhì)量，保障系統(tǒng)安全性，可以隨機(jī)移動(dòng)，也可以插入端口使用，這樣就更能夠適用于不同的功能和服務(wù)[2]。為建設(shè)前瞻性網(wǎng)絡(luò)以及適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，采用IPv6互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議建設(shè)智慧校園的網(wǎng)絡(luò)。

1 基于IPv6的智慧校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備配置設(shè)計(jì)

1.1 基于IPv6的智慧校園網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)分析

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益精湛，其他同種類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)同樣也在迅速發(fā)展，OOM以自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)加入軟件設(shè)計(jì)進(jìn)程。OOM面向?qū)ο蠹夹g(shù)有助于程序員更好地理解軟件的本質(zhì)，有助于規(guī)范軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程[3]。在客觀(guān)世界中，對(duì)象具有非靜態(tài)行為和非動(dòng)態(tài)屬性，比如用計(jì)算累積的方法來(lái)算出總的數(shù)據(jù)。假設(shè)按照原先的思路做編程，那就必須先自己構(gòu)思并寫(xiě)出一個(gè)統(tǒng)計(jì)函數(shù)，然后調(diào)用統(tǒng)計(jì)函數(shù)在main函數(shù)中構(gòu)建疊加[4]。面向?qū)ο缶幊膛c箭頭計(jì)算任務(wù)的想法非常不同，及時(shí)[5]。OOM可以讓軟件得到及時(shí)復(fù)用和改進(jìn)，從而提高系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率，提升系統(tǒng)維護(hù)質(zhì)量[6]。

IPv6比較IPv4來(lái)說(shuō)，有下邊的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，IPv6就地址來(lái)說(shuō)，具有更廣泛的空間。IPv4的IP地址長(zhǎng)度可見(jiàn)數(shù)量為32位，一共有大概43億個(gè)IP地址可供使用。而IPv6地址的所容數(shù)量是IPv4的8×1028倍。第二，IPv6的路由表更小。IPv6地址的分配從最初就依照著聚類(lèi)分配原則，通過(guò)在路由表中記下單次跳動(dòng)路由的信息來(lái)表示一個(gè)子網(wǎng)，這就是路由器的工作原理。這樣做的目的就是為了縮短路由表的長(zhǎng)度，加快數(shù)據(jù)包在路由器轉(zhuǎn)發(fā)的速度。IPv4中，正是因?yàn)镮P地址不足，一般都會(huì)使用NAT技術(shù)將內(nèi)部網(wǎng)站的私有IP地址轉(zhuǎn)化為公網(wǎng)看到的IP地址，隨著IP地址的使用量日益劇增，NAT技術(shù)客觀(guān)上給互聯(lián)網(wǎng)造成了一些延遲，因?yàn)槁酚善髅看无D(zhuǎn)發(fā)都需要進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換。同時(shí)NAT技術(shù)也影響了一部分在綁定地址的應(yīng)用和程序正常使用[7]。第三，IPv6的網(wǎng)絡(luò)地址很多，用戶(hù)不必為了網(wǎng)絡(luò)地址不夠用而擔(dān)心，更不需要使用NAT技術(shù)轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)地址，這樣就可以降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的延遲。

1.2 IPv6的智慧校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備配置關(guān)鍵技術(shù)

IPv4核心路由器配置的具體操作流程如下：因特網(wǎng)管理用戶(hù)登陸之后主機(jī)的設(shè)置界面，之后輸入配置所需的部分參數(shù)，參數(shù)的大多數(shù)性質(zhì)需要系統(tǒng)來(lái)判斷，判斷顯示成功則參數(shù)合法，否則就會(huì)提示命令是無(wú)效的。設(shè)置完成還要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理員對(duì)路由器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試若可以通過(guò)，才會(huì)顯示一般所需要的操作。網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備設(shè)置內(nèi)容一般包含路由器、交換的基本配置、IP地址和端口配置、通信和地址映射配置等。即便IPv4路由器使用靜態(tài)路由，設(shè)備性能所需程度最低，可依舊在IPv6校園網(wǎng)中不被使用。IPv6智慧校園網(wǎng)內(nèi)部路由策略的最終選擇是OSPFV3路由協(xié)議，OSPFV3被用在智慧校園網(wǎng)絡(luò)的中心層和內(nèi)部匯聚層，一般分成好幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域。區(qū)域0由關(guān)鍵層的大部分節(jié)點(diǎn)構(gòu)建，區(qū)域使用不同的區(qū)域號(hào)對(duì)應(yīng)，區(qū)域1-N將該區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中的路由匯總并廣播到區(qū)域0中，很大程度降低了路由變化對(duì)主干的影響。

1.3 基于IPv6的智慧校園網(wǎng)配置流程設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)配置流程如下：由管理員登錄，然后手動(dòng)配置2個(gè)鏈路IPv6地址，然后選擇打開(kāi)協(xié)議棧開(kāi)關(guān)，配置參數(shù)，測(cè)試參數(shù)的正確性，如果錯(cuò)誤，它需要用戶(hù)繼續(xù)輸入或修改。升級(jí)過(guò)程中的命令集如下。

應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的主體實(shí)現(xiàn)流程如下：首先，網(wǎng)絡(luò)管理員寫(xiě)入IP地址和相關(guān)參數(shù)，輸入操作之后測(cè)試其合法性，如果合法，就可以創(chuàng)立新建DNS服務(wù)區(qū)進(jìn)行操作；然后創(chuàng)建反向查找區(qū)域并進(jìn)行查找，檢查操作結(jié)果，通過(guò)之后就可以保存并退出。

應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)包含了校園網(wǎng)設(shè)置的基礎(chǔ)和高級(jí)應(yīng)用服務(wù)2種功能，關(guān)鍵的應(yīng)用服務(wù)有DNS、WWW、FTP、視頻服務(wù)等，下面對(duì)FTP服務(wù)的實(shí)現(xiàn)做詳細(xì)介紹。

支持IPv6 FTP服務(wù)的軟件并不多。該文介紹了VSFTPD和SMARTFTP在Linux中的表現(xiàn)。RHL9下安裝VSFTPD軟件，在GUI界面上執(zhí)行“Main Menu - SystemSettings - Add/RemoveApplications - Select FTP server - Update”命令安裝VSFTPD。

1.4 基于IPv6的智慧校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用部署和故障分析設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，需要分析模塊，使用JMeter工具進(jìn)行故障分析，數(shù)據(jù)采集分析、結(jié)果顯示導(dǎo)出都屬于故障分析模塊流程內(nèi)容，配置該模塊流程不太困難，網(wǎng)絡(luò)管理員先進(jìn)入JMeter，登錄后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)故障分析，然后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集任務(wù)，假使存在數(shù)據(jù)，那么系統(tǒng)會(huì)提前一步進(jìn)行自動(dòng)故障分析，操作之后會(huì)給出用戶(hù)不同的提醒來(lái)警示，客戶(hù)完全能夠根據(jù)給出的要求和提醒來(lái)分析網(wǎng)絡(luò)的故障，然后導(dǎo)出數(shù)據(jù)分析的結(jié)果。

網(wǎng)絡(luò)管理員以及網(wǎng)絡(luò)中心控制器同時(shí)進(jìn)行的操作權(quán)限一般都是網(wǎng)絡(luò)故障診斷提供的，診斷系統(tǒng)根據(jù)自我構(gòu)思的一套計(jì)算算法，再加上既定的具體規(guī)章制度，對(duì)一些網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，最后做出判斷，所有分析過(guò)程都是自動(dòng)化的，無(wú)須人工干預(yù)，完成分析后，向用戶(hù)發(fā)送詳細(xì)的報(bào)告和提示。系統(tǒng)一般會(huì)對(duì)用戶(hù)的報(bào)告根據(jù)安全級(jí)別進(jìn)行分類(lèi)，若是發(fā)現(xiàn)被捕捉到的安全問(wèn)題較為嚴(yán)重，系統(tǒng)會(huì)直接給出錯(cuò)誤的最嚴(yán)重警告機(jī)制，同時(shí)按安全級(jí)別處理規(guī)范進(jìn)行操作。

1.5 IPv6的智慧校園網(wǎng)入網(wǎng)身份和信息查詢(xún)模塊設(shè)計(jì)

身份展示在網(wǎng)絡(luò)管理下的操作過(guò)程具體表現(xiàn)：互聯(lián)網(wǎng)中心客戶(hù)和網(wǎng)絡(luò)管理員提前進(jìn)入系統(tǒng)，在登錄系統(tǒng)后，配置登錄邏輯規(guī)則，可以設(shè)置手動(dòng)和自動(dòng)2種方法，如果選擇手動(dòng)，控制操作是通過(guò)人工干預(yù)進(jìn)行的，其中入網(wǎng)身份認(rèn)證操作流程如圖1所示。

圖1 入網(wǎng)身份認(rèn)證操作流程

設(shè)置操作內(nèi)容關(guān)鍵有以下幾點(diǎn)：給出一些相應(yīng)的內(nèi)容，制定規(guī)則，客戶(hù)登錄之后創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)上的用戶(hù)名，設(shè)置一個(gè)屬于自己的密碼，創(chuàng)建一個(gè)IP地址，以這種方式來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，這是進(jìn)行線(xiàn)上監(jiān)測(cè)的3個(gè)主要步驟。用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)身份創(chuàng)建和驗(yàn)證的操作界面，一側(cè)為有關(guān)于功能鍵的選擇區(qū)域菜單，另一側(cè)為主要操作區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)中心負(fù)責(zé)人和管理員可以規(guī)定、監(jiān)察用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)地址的尋訪(fǎng)日志。

信息總和的查詢(xún)和操作步驟具體如下進(jìn)行：進(jìn)入查詢(xún)界面，首先進(jìn)行分類(lèi)查詢(xún)，然后開(kāi)始選擇查詢(xún)所需的具體內(nèi)容，之后可以設(shè)置查詢(xún)的條件和時(shí)間范圍，最后執(zhí)行統(tǒng)計(jì)并顯示操作，可以按照條件查詢(xún)結(jié)果，還可以將查詢(xún)結(jié)果導(dǎo)出到Excel文件中。

后臺(tái)監(jiān)控人員可以查詢(xún)操作和分析研究，操作之后的結(jié)果就會(huì)全部出現(xiàn)在一個(gè)單一圖形的多個(gè)不同區(qū)域，就能對(duì)這些區(qū)域打印導(dǎo)出。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)分系，使用統(tǒng)計(jì)功能，可以快速找到流量最大的節(jié)點(diǎn)，也可以查詢(xún)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)外節(jié)點(diǎn)的通信情況。

1.6 智慧校園網(wǎng)建設(shè)設(shè)計(jì)過(guò)程中IPv6技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

目前，把IPv6技術(shù)用于智慧校園網(wǎng)建設(shè)的過(guò)程中，路由協(xié)議的建設(shè)是該技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)中的一環(huán)。因?yàn)槁酚善鲗傩源笙鄰酵?，智慧校園網(wǎng)IPv6建設(shè)設(shè)計(jì)中需要考慮的路由協(xié)議基本上有3個(gè)：RIPng路由信息協(xié)議、IDRPv2域間路由協(xié)議和OSPFv3開(kāi)放優(yōu)先最短路徑協(xié)議。應(yīng)用過(guò)程的實(shí)際操作中，OSPFv3最短路徑優(yōu)化協(xié)議是最遵循IPv6智慧校園網(wǎng)建設(shè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵原則的。絕大多數(shù)運(yùn)用OSPFv3 的網(wǎng)絡(luò)都是具有很好的可視性，但部分并不符合智慧校園網(wǎng)建設(shè)系統(tǒng)的實(shí)際情況運(yùn)用，所以不提倡在智慧校園網(wǎng)建設(shè)設(shè)計(jì)中采用。同時(shí)，RIPv6的路由協(xié)議和IDRPv2域間路由信息協(xié)議2種路由協(xié)議其實(shí)都屬于距離矢量協(xié)議。通過(guò)這2種路由協(xié)議的比較，RIPv6在執(zhí)行基礎(chǔ)命令上更佳，建議智慧校園網(wǎng)建設(shè)設(shè)計(jì)過(guò)程中采用RIPv6路由信息協(xié)議來(lái)承擔(dān)IPv6的基本路由協(xié)議。

在智慧校園網(wǎng)建設(shè)的整個(gè)系統(tǒng)中使用IPv6技術(shù)，服務(wù)器所處設(shè)備的節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要自動(dòng)配置地址。使用IPv6技術(shù)自動(dòng)配置地址時(shí)，基本節(jié)點(diǎn)是PC設(shè)備，必須向PC節(jié)點(diǎn)給予一定的IP地址指令(對(duì)象于“本地連接”方向相對(duì)應(yīng))。按照不同地址自動(dòng)配置機(jī)制進(jìn)行操作，地址自動(dòng)配置操作機(jī)制可分為無(wú)狀態(tài)地址自動(dòng)配置和有狀態(tài)地址自動(dòng)配置2種類(lèi)型。對(duì)于有狀態(tài)的地址自動(dòng)配置技術(shù)而言，這種類(lèi)型的地址自動(dòng)配置在一定程度上需要人工干預(yù)，用來(lái)保證服務(wù)器能第一時(shí)間和各PC節(jié)點(diǎn)保持傳達(dá)信息的狀態(tài)，并且還必須要對(duì)該信息狀態(tài)進(jìn)行有效管理。僅對(duì)于比較大型的智慧校園網(wǎng)，才采用有狀態(tài)地址自動(dòng)配置方式，且應(yīng)該選擇了BSP啟動(dòng)協(xié)議和DHCP動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于中小型校園網(wǎng)的建設(shè)，就可以采用無(wú)狀態(tài)地址自動(dòng)配置技術(shù)模式。

將IPv6 技術(shù)應(yīng)用到智慧校園網(wǎng)建設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)，引入了一種節(jié)點(diǎn)信息通信協(xié)議，稱(chēng)之為NDP鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議。NDP協(xié)議是PC節(jié)點(diǎn)之間的通信協(xié)議。在目前的技術(shù)條件下，鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議涉及5種信息控制的方式，包括路由器公告、路由器請(qǐng)求、路由器重定向、鄰居公告和鄰居請(qǐng)求。在構(gòu)建IPv6智慧校園網(wǎng)時(shí)，使用NDP鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議，還要對(duì)于MAC地址存在對(duì)象和IP地址提出一些相符合的關(guān)系用來(lái)隱射?？蓱?yīng)用于校園網(wǎng)三層交換機(jī)或路由器之間的通信轉(zhuǎn)換，保證控制包傳輸?shù)挠行浴?/p>

2 基于IPv6的智慧校園網(wǎng)可靠性與性能測(cè)試

性能測(cè)試和系統(tǒng)可靠性是工作中的重要內(nèi)容，對(duì)系統(tǒng)控制性能進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)診斷，外加對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐率或者其他一系列的性能值進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，為開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的優(yōu)化提供依據(jù)。下面從壓力測(cè)試、海量數(shù)據(jù)操作和疲勞方面進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試操作。

接入壓力系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。依照加快訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)正在使用的數(shù)量來(lái)判別其運(yùn)行狀況。通過(guò)測(cè)試系統(tǒng)最大極限值，判定系統(tǒng)測(cè)試的魯棒性。

客戶(hù)并發(fā)實(shí)驗(yàn)是系統(tǒng)壓力負(fù)載測(cè)試的一種。測(cè)試僅僅需要假定客戶(hù)接入的端口，再運(yùn)用到具體的系統(tǒng)中，客戶(hù)接入系統(tǒng)之后的壓力很大，所以，客戶(hù)真實(shí)接入系統(tǒng)數(shù)據(jù)的數(shù)量一定要加以控制，最好控制在10000之內(nèi)最好。只有這樣做系統(tǒng)才可以處在更加平靜的一個(gè)狀態(tài)下。

網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定也是可靠性測(cè)試的其中之一，測(cè)試系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中系統(tǒng)的狀態(tài)是否穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括占用系統(tǒng)資源、內(nèi)存和吐吞效率等方面。為了判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，記錄網(wǎng)絡(luò)吞吐量測(cè)試狀態(tài)，多用戶(hù)同時(shí)使用。網(wǎng)絡(luò)一直維持優(yōu)秀的吞吐率，顯示出智慧校園網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

該網(wǎng)絡(luò)工程和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)工程的測(cè)試情況，對(duì)照IPv4的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，系統(tǒng)更加平穩(wěn)可靠，包括魯棒性也在逐漸提升，運(yùn)行之后的結(jié)果系統(tǒng)回饋正確，功能更加完善。

將現(xiàn)有IPv4逐步擴(kuò)大升級(jí)成IPv6，這一個(gè)過(guò)程具有寶貴的現(xiàn)實(shí)意義。智慧校園作為IPv6協(xié)議的實(shí)施載體，對(duì)于智慧校園網(wǎng)建設(shè)設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，IPv6技術(shù)的研究與實(shí)踐必須相輔相成。

3 結(jié)語(yǔ)

在協(xié)議的空間設(shè)計(jì)和IP地址等方向上，從IPv4到IPv6是一次不小的革命和跳躍。世間萬(wàn)物的演變都要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間加持，從IPv4升級(jí)IPv6也是如此。在該過(guò)程中，新部件將取代原有部件，新的應(yīng)用，新的技術(shù)，甚至完全不同的商業(yè)模式都會(huì)出現(xiàn)。IPv6 比 IPv4 具有更好的穩(wěn)定性和可靠性，在 IPv6 不斷改進(jìn)的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)更加完善的技術(shù)。