基于校園網(wǎng)平臺的IPv6過渡研究

劉 婷 孟慶偉 江 凱

（1鄭州師范學院，河南 鄭州 450044；2新鄉(xiāng)供電公司，河南 新鄉(xiāng) 453000）

1 引言

隨著全球網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴大和用戶數(shù)的迅速增長，IPv4地址枯竭、網(wǎng)絡(luò)安全、服務(wù)質(zhì)量等問題成為阻礙互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的瓶頸?，F(xiàn)行IP協(xié)議版本 IPv4已經(jīng)不能適應(yīng)信息技術(shù)發(fā)展的需求?；贗Pv6的下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)經(jīng)過多年的研究和實驗，逐漸成為一種成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，IPv6層次化結(jié)構(gòu)和海量地址空間、支持端到端的安全、更好的Qos支持等為下一代互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展提供良好的支持，IPv4向IPv6網(wǎng)絡(luò)過渡已經(jīng)成為大勢所趨，但由于目前校園網(wǎng)的教學及應(yīng)用都是基于IPv4協(xié)議的，很多路由器、終端設(shè)備等都不支持IPv6協(xié)議，所以IPv4到v6的過渡將是一個循序漸進的過程。要實現(xiàn)IPv4向IPv6的成功過渡，無論是基礎(chǔ)架構(gòu)運營商、服務(wù)提供商還是開發(fā)人員或用戶都要積極應(yīng)對，并為之付出努力，充分研究IPv4向IPv6網(wǎng)絡(luò)過渡機制，部署IPv6網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為當前校園網(wǎng)建設(shè)的熱點。

2 IPv6校園網(wǎng)過渡的兩個階段

由于目前校園網(wǎng)大部分應(yīng)用仍然是基于IPv4的，校園網(wǎng)的很多硬件設(shè)備也不支持IPv6協(xié)議；而下一代互聯(lián)網(wǎng)工程的最大核心網(wǎng)和唯一學術(shù)網(wǎng)（CERNRT2）采用純屬IPv6技術(shù)架構(gòu)，為全國高校和科研機構(gòu)提供高速的IPv6接入服務(wù)。為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展要求，在校園網(wǎng)升級過渡過程中采用IPv4與IPv6共存和純IPv6接入兩個階段。

2.1 IPv4與IPv6共存階段

由于IPv4已經(jīng)得到大量的應(yīng)用，被用戶廣泛使用的XP系統(tǒng)還只能訪問IPv4網(wǎng)絡(luò)，目前Windows7和Vista系統(tǒng)已加入IPv6協(xié)議，但用戶不及XP系統(tǒng)使用廣泛。以營利為目的網(wǎng)絡(luò)運營商(ISP)和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容服務(wù)商(ICP)在用戶需求不是很強烈的情況下，不會積極推廣。IPv6和IPv4的報文格式不兼容，實現(xiàn)IPv4和IPv6的無縫結(jié)合以及無損害的平滑過渡也是IPv6大規(guī)模部署的瓶頸。因此在相當一段時間內(nèi)，校園網(wǎng)將是IPv6和IPv4共同存在、共同運行。

2.2 純IPv6接入階段

當IPv6發(fā)展到后來，骨干網(wǎng)全部是IPv6，而IPv4網(wǎng)絡(luò)成了孤島，最終IPv6要取代IPv4，這是大勢所趨。IPv6得到較大規(guī)模的應(yīng)用，出現(xiàn)了骨干的IPv6 Internet網(wǎng)絡(luò)，在IPv6平臺上引入了大量的業(yè)務(wù)。IPv6業(yè)務(wù)可以通過IPv6 Internet網(wǎng)絡(luò)與IPv6 Intranet網(wǎng)絡(luò)，從而可以充分利用IPv6的諸多優(yōu)勢。

3 校園網(wǎng)IPv4和IPv6的過渡技術(shù)

校園網(wǎng)IPv4和IPv6的過渡技術(shù)解決如何在IPv4網(wǎng)絡(luò)環(huán)境里實現(xiàn)與IPv6網(wǎng)絡(luò)的相互操作及平滑過渡問題。在國內(nèi)校園網(wǎng)建設(shè)中，最廣泛最成熟的技術(shù)包括雙棧協(xié)議棧技術(shù)、隧道技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換協(xié)議(NAT-PT)技術(shù)。

(1)雙棧協(xié)議棧技術(shù)

雙棧協(xié)議棧是指在單個節(jié)點同時支持IPv4和IPv6兩種協(xié)議棧。IPv6和IPv4都基于相同的物理平臺，IPv6和IPv4是功能相近的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，所以可以在一臺主機上同時支持IPv4協(xié)議和IPv6協(xié)議,該主機既能與支持IPv4協(xié)議的主機通信，又能與支持IPv6協(xié)議的主機通信。雙棧模式不需要對不同類型的用戶單獨部署網(wǎng)絡(luò)配置，投資小，容易管理，但原有僅適合于IPv4的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要淘汰棄用，造成設(shè)備資源浪費。所以這種模式并不適合所有的情況，只適合新建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)。

(2)隧道技術(shù)

隧道技術(shù)是通過將一種IP協(xié)議嵌套在另一種IP協(xié)議中傳遞。兩端的設(shè)備必須同時支持IPv4和IPv6兩種協(xié)議?；诂F(xiàn)有的IPv4路由體系來傳送IPv6數(shù)據(jù)包，原始包頭和有效載荷是不被修改的。在隧道的入口處，路由器將IPv6的數(shù)據(jù)報封裝入IPv4中，IPv4數(shù)據(jù)報的源地址和目的地址分別是隧道入口和出口的IPv4地址。在隧道的出口處再將IPv6數(shù)據(jù)報取出轉(zhuǎn)發(fā)給目的站點。隧道技術(shù)只要求在隧道的入口和出口處進行修改，無需調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和路由，只需要簡單設(shè)置客戶端即可訪問全球IPv6資源。但隧道技術(shù)不能實現(xiàn)IPv4主機和IPv6主機的直接通信。

(3)網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換協(xié)議(NAT-PT)

網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換協(xié)議(NAT-PT)是最常用的協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換協(xié)議技術(shù)提供了IPV4網(wǎng)絡(luò)和IPV6網(wǎng)絡(luò)之間的互通技術(shù)，它通過SIIT協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)和IPv4網(wǎng)絡(luò)中的動態(tài)地址翻譯(NAT)技術(shù)適當?shù)嘏c應(yīng)用層網(wǎng)關(guān) (ALG)相結(jié)合，實現(xiàn)了純IPv6主機和純IPv4主機的大部分應(yīng)用的相互通信。

IPV6/IPV4互通技術(shù)實現(xiàn)不同協(xié)議之間的互通，NAT-PT通過IPv4和IPv6數(shù)據(jù)報之間報頭和語義的翻譯為IPv6節(jié)點與IPv4節(jié)點之間的通信提供透明的路由，NAT-PT是附帶協(xié)議轉(zhuǎn)換的的網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換器，直接在IPv4和IPv6協(xié)議之間進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換兩種不同協(xié)議數(shù)據(jù)包的相應(yīng)字段，從而達到兩種協(xié)議的互通。NAT-PT技術(shù)的優(yōu)點是不需要進行IPv4、IPv6節(jié)點的升級改造，但IPv4節(jié)點訪問IPv6節(jié)點的實現(xiàn)方法復(fù)雜，增加了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行協(xié)議轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換開銷。

4 校園網(wǎng)IPv6的過渡原則及應(yīng)用遷移推廣

4.1 IPv6的過渡原則

校園網(wǎng)IPv4和IPv6的過渡策略應(yīng)遵循下一代協(xié)議建議規(guī)范（RFC1752）中定義的過渡原則：

(1)有明確的網(wǎng)絡(luò)過渡計劃，過渡方式應(yīng)該是逐步的和漸進的；確保IPv4網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在過渡時期一段相當長的階段正常地獨立使用，保證現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計要有擴展性，方便以后升級。

(2)IPv4網(wǎng)絡(luò)和IPv6網(wǎng)絡(luò)長期并存，相互滲透，這就要求IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)備彼此可以互連互通，實現(xiàn)互操作。應(yīng)該著重考慮從邊緣到骨干的逐步演進，保證核心網(wǎng)絡(luò)的長期相對穩(wěn)定，。

(3)Pv4網(wǎng)絡(luò)向IPv6網(wǎng)絡(luò)過渡過程中，應(yīng)該統(tǒng)籌考慮對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)存在問題的改進，最大限度地保護現(xiàn)有投資，方案又要考慮周全，盡可能考慮到各種接入環(huán)境。

(4)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計要對管理員和用戶來說簡單容易實現(xiàn)，充分考慮部署IPv6網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)有IPv4網(wǎng)絡(luò)用戶的影響。

4.2 IPv6的應(yīng)用遷移

對IPv6的應(yīng)用遷移應(yīng)該從邊緣開始逐步過渡到核心，要提供平滑的網(wǎng)絡(luò)過渡策略，保護運營商的投資。對IPv6的開發(fā)，首先低端路由器上實現(xiàn)IPv6的支持，然后逐步在全系列的路由器產(chǎn)品上支持IPv6。目前校園網(wǎng)的很多應(yīng)該都是不支持IPv6的，在IPv4網(wǎng)絡(luò)上大量應(yīng)用的內(nèi)容也必須分批的遷移到IPv6環(huán)境中去。對于比較容易遷移的應(yīng)用先進行遷移，短期內(nèi)看到明顯的效果，而對于與IP地址有關(guān)的相對難以遷移的應(yīng)用，特別是基于客戶端程序的應(yīng)用系統(tǒng)，遷移比較麻煩些，不支持IPv6的可以采用在IPv6環(huán)境下重新編程或重新編寫支持IPv6協(xié)議通信程序等方式解決。

4.3 IPv6用戶推廣

對于IPv6網(wǎng)絡(luò)的推廣可以在IPv6宣傳網(wǎng)站上發(fā)布有關(guān)IPv6的發(fā)展狀況及使用情況宣傳。創(chuàng)建CERNET2之初，有關(guān)部門就承諾校園網(wǎng)用戶免費使用IPv6網(wǎng)絡(luò)，包括國際線路。然而ICP積極性不足和終端支持不夠，使用運營商對于IPv6網(wǎng)絡(luò)推廣興趣不高。為了改變現(xiàn)狀，對IPv6網(wǎng)絡(luò)運營商(ISP)和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容服務(wù)商(ICP)進行財政補貼和政策傾斜等適當?shù)恼哌M行激勵；對用戶IPv6地址自動分配，免費使用IPv6資源，即采用加入IPv6不認證的方法進行鼓勵；而對于政府網(wǎng)站等強制必須升級為IPv6等方式進行推廣。

結(jié)束語

基于校園網(wǎng)的IPv6過渡是一個漫長的過程，IPv4網(wǎng)絡(luò)與IPv6網(wǎng)絡(luò)的共存是必然的，過渡技術(shù)也加大了網(wǎng)絡(luò)的風險和復(fù)雜性，新的安全隱患對網(wǎng)絡(luò)的安全是個新的跳戰(zhàn)。IPv6網(wǎng)絡(luò)相對IPv4網(wǎng)絡(luò)來說，保密性和完整性方面有很大的改進，對于過渡問題的研究，不僅有利于完成校園網(wǎng)IPv4向IPv6的順利過渡，還能保證校園網(wǎng)長期穩(wěn)定運行。

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