從IPv4到IPv6的高校校園網(wǎng)過渡技術(shù)研究

1、從IPv4到IPv6的高校校園網(wǎng)過渡技術(shù)研究 從IPv4到IPv6的高校校園網(wǎng)過渡技術(shù)研究 摘要：該文介紹了IPv4協(xié)議的缺乏與IPv6協(xié)議的改良，研究三種過渡技術(shù)：雙協(xié)議棧技術(shù)、隧道技術(shù)及協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)，以及它們?cè)诟咝Ｐ@網(wǎng)過渡中的應(yīng)用，為校園網(wǎng)過渡到IPv6網(wǎng)絡(luò)過程中技術(shù)應(yīng)用做參考。 關(guān)鍵詞：IPv6；校園網(wǎng)；過渡技術(shù) 中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-304434-8104-02 隨著2021年全球IPv4地址的消耗殆盡，從IPv4到IPv6的過渡已成為網(wǎng)絡(luò)開展的必然選擇。IPv6網(wǎng)絡(luò)的開展是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，目前IPv4網(wǎng)絡(luò)仍是主流網(wǎng)絡(luò)，不可能一蹴而就的全部過

2、渡到IPv6網(wǎng)絡(luò)。IPv4向IPv6過渡技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并且在一定的時(shí)期內(nèi)會(huì)不斷的被使用和研究。高校校園網(wǎng)作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的一局部，也要過渡到IPv6網(wǎng)絡(luò)。在過渡的過程中，過渡技術(shù)的應(yīng)用問題擺在了各個(gè)高校面前。 1 IPv4與IPv6 在研究過渡技術(shù)前先介紹下兩種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：IPv4與IPv6。 1.1 IPv4 IPv4是Internet Protocol version 4的英文簡(jiǎn)稱。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)采用的就是IPv4，其中IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議族的核心協(xié)議。隨著互聯(lián)網(wǎng)不斷開展，IPv4暴露出許多缺乏之處，阻礙了網(wǎng)絡(luò)的開展。主要表現(xiàn)為： 1 地址空間缺乏：目前IPv4的地址已經(jīng)分配殆盡。 2 路由表爆

3、炸式膨脹：路由選擇的等待時(shí)間過長，使得路由器不堪重負(fù)，網(wǎng)絡(luò)的路由選擇機(jī)制面臨崩潰。 3 效勞質(zhì)量欠缺：IPv4是盡最大努力來傳送數(shù)據(jù)包，這導(dǎo)致了它為上層協(xié)議提供的效勞是不可靠的，效勞質(zhì)量差。 4 平安性無法保障：IPv4網(wǎng)絡(luò)很多節(jié)點(diǎn)不支持IPsec，所以平安性是不可靠的。 1.2 IPv6 IPv6是Internet Protocol Version 6英文簡(jiǎn)稱，是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的下一代標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，IPv6是接替IPv4的下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本。主要優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為： 1 完全充足的地址空間：可提供2128-1個(gè)地址，完全可以滿足地址空間需求。 2 更精簡(jiǎn)的路由表：在設(shè)計(jì)IPv6的地址分配時(shí)采用了遵循聚類的

4、原那么，路由表中一條記錄表示一片子網(wǎng)，路由表更加精簡(jiǎn)，設(shè)備性能得到了提高。 3 內(nèi)置QoS和增強(qiáng)的平安性：QoS是效勞性能的總體評(píng)價(jià)，IPv6提供了QoS支持。同時(shí)IPSec作為IPv6中的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展頭之一，為在網(wǎng)絡(luò)層提供端對(duì)端的平安特性提供了保障。 4 增強(qiáng)的鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議機(jī)制：ICMPv6協(xié)議實(shí)現(xiàn)即插即用的特性，并負(fù)責(zé)管理鄰居節(jié)點(diǎn)之間信息的傳遞和交互。 5 簡(jiǎn)化而靈活的報(bào)文頭格式：IPv6協(xié)議有強(qiáng)大擴(kuò)展能力，能夠滿足多種需求。 2 IPv6過渡技術(shù) 從IPv4到IPv6過渡過程的長期性決定了過渡技術(shù)研究的必要性，過渡技術(shù)主要三種。 2.1雙協(xié)議棧技術(shù) 雙協(xié)議棧技術(shù)是指在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上同時(shí)加載I

5、Pv4和IPv6協(xié)議，該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)既可以與IPv4節(jié)點(diǎn)通信，又可以與IPv6節(jié)點(diǎn)通信。雙協(xié)議棧技術(shù)是可以實(shí)現(xiàn)IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的最簡(jiǎn)便的方式，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以節(jié)省大量的硬件投資，只要升級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來支持雙協(xié)議就可以了，不需要投入大量的資金來重新購置IPv6設(shè)備。這種技術(shù)的缺點(diǎn)也是顯而易見的，我們要讓網(wǎng)路中的節(jié)點(diǎn)支持雙協(xié)議，就必須要給IPv6節(jié)點(diǎn)同時(shí)分配一個(gè)IPv4的地址，這樣就無法解決IPv4地址分配殆盡的問題，因此這種技術(shù)只適合過渡的初期在有相對(duì)充足的IPv4地址的情況下。 2.2隧道技術(shù) 隧道技術(shù)可看作是一種封裝技術(shù)，它先將IPv6數(shù)據(jù)報(bào)文封裝到IPv4的數(shù)據(jù)報(bào)文中，通過I

6、Pv4網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行傳輸，到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，再將封裝的IPv6數(shù)據(jù)報(bào)文拆解，在傳輸?shù)倪^程中，被封裝的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)上傳輸所使的邏輯路徑就稱為隧道，這種技術(shù)就稱為隧道技術(shù)。隧道就是一條虛擬的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的連接，隧道兩端要對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行封裝和拆解。 隧道技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是隧道的透明性，即IPv6節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸不用在意隧道的存在，這個(gè)隧道相對(duì)IPv6節(jié)點(diǎn)沒有一樣的完全透明。并且隧道技術(shù)可以節(jié)約很多投資，它不需要投資購置新IPv6專用路由器設(shè)備和組建新的網(wǎng)絡(luò)鏈路，充分利用現(xiàn)有IPv4網(wǎng)絡(luò)鏈路來構(gòu)建IPv6的虛擬鏈路，到達(dá)實(shí)現(xiàn)IPv6節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信。 隧道技術(shù)的缺點(diǎn)是它沒有解決IPv4節(jié)點(diǎn)和IPv6

7、節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸通信問題，并且隧道的兩端要對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝和拆分工作，無疑會(huì)增加端口處的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，加大網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，因此隧道技術(shù)不適合大規(guī)模的應(yīng)用。 2.3協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù) 協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)是用在不同的協(xié)議網(wǎng)絡(luò)間通信的技術(shù)。它是將發(fā)送到IPv6節(jié)點(diǎn)的IPv4報(bào)頭轉(zhuǎn)換成IPv6報(bào)頭或是將發(fā)往IPv4節(jié)點(diǎn)的IPv6報(bào)頭轉(zhuǎn)換成IPv4報(bào)頭，使其能被目的節(jié)點(diǎn)識(shí)別并正確接收，實(shí)現(xiàn)了純IPv4節(jié)點(diǎn)和純IPv6節(jié)點(diǎn)間通信，且不需對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行修改。 NAT-PT是把SIIT協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)和IPv4網(wǎng)絡(luò)中常用的NAT結(jié)合，通過修改協(xié)議報(bào)頭的同時(shí)完成地址轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)IPv6和IPv4網(wǎng)絡(luò)的通信。NAT-PT利用NAT技術(shù)給

8、訪問IPv4網(wǎng)絡(luò)的IPv6節(jié)點(diǎn)分配IPv4地址，就解決了SIIT技術(shù)中IPv4地址池中地址短缺問題。 NAT-PT分為靜態(tài)NAT-PT和動(dòng)態(tài)NAT-PT，靜態(tài)NAT-PT的原理相對(duì)簡(jiǎn)單，在小型網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用方便。如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)，在路由器上的配置就會(huì)變的復(fù)雜，且維護(hù)困難，還會(huì)占用大量的IPv4地址。動(dòng)態(tài)NAT-PT，采用上層協(xié)議的映射方法，將多個(gè)不同IPv6地址映射成一個(gè)IPv4地址，實(shí)現(xiàn)了少量的IPv4地址支持大量的IPv6地址轉(zhuǎn)換為IPv4地址。 3 高校校園網(wǎng)中的過渡技術(shù)應(yīng)用 在高校校園網(wǎng)過渡的過程中，過渡技術(shù)的應(yīng)用分兩種情況進(jìn)行探討，分別是IPv6校園網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的過渡技術(shù)應(yīng)用和IPv6校

9、園網(wǎng)連接外部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。高校校園網(wǎng)的IPv6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為圖1所示結(jié)構(gòu)。 3.1在IPv6校園網(wǎng)內(nèi)部應(yīng)用過渡技術(shù) 隨著高校校園網(wǎng)的開展，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部出現(xiàn)了IPv6網(wǎng)絡(luò)，校園內(nèi)IPv6網(wǎng)絡(luò)通過會(huì)聚交換機(jī)連接IPv4網(wǎng)絡(luò)核心交換機(jī)，要實(shí)現(xiàn)與校園內(nèi)的IPv4局域網(wǎng)連接，需在核心交換機(jī)上使用NAT-PT技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)IPv4網(wǎng)絡(luò)到IPv6網(wǎng)絡(luò)和IPv6網(wǎng)絡(luò)到IPv4網(wǎng)絡(luò)的雙向通信。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的IPv6網(wǎng)絡(luò)較少時(shí)，可以通過靜態(tài)NAT-PT來時(shí)實(shí)現(xiàn)這種通信，當(dāng)IPv6網(wǎng)絡(luò)到達(dá)一定規(guī)模后，可需要?jiǎng)討B(tài)NAT-PT。 IPv6網(wǎng)絡(luò)之間要完成通信，可以在IPv6網(wǎng)絡(luò)之間建立通路，或是通過隧道技術(shù)實(shí)現(xiàn)IPv6網(wǎng)絡(luò)之間的通信。 為

10、實(shí)現(xiàn)在IPv6和IPv4兩種網(wǎng)絡(luò)并存情況下的多種網(wǎng)絡(luò)效勞，例如DNS效勞、FTP等效勞，需要在連接核心交換機(jī)到各效勞器之間的交換機(jī)上應(yīng)用雙協(xié)議棧技術(shù)，在原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，各種效勞器可以為兩種網(wǎng)絡(luò)提供效勞。 3.2 IPv6高校校園網(wǎng)外聯(lián) CERNET2是我國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程的核心網(wǎng)絡(luò)和學(xué)術(shù)網(wǎng)絡(luò)，提供全國高等院校和科研機(jī)構(gòu)IPv6接入效勞，并通過下一代的互聯(lián)網(wǎng)交換中心連接國內(nèi)外的IPv6網(wǎng)絡(luò)。IPv6高校校園網(wǎng)外聯(lián)就是接入CERNET2，分為兩種情況： 1 專線接入CERNET2 高校校園網(wǎng)與CERNET2核心節(jié)點(diǎn)之間通過專用光纖建立連接，實(shí)現(xiàn)直接連通。這種接入方式是較為簡(jiǎn)單的，在這種情況下

11、，高校校園網(wǎng)的出口路由器與CERNET2核心節(jié)點(diǎn)的接入路由器間實(shí)現(xiàn)了純IPv6轉(zhuǎn)發(fā)，高校校園網(wǎng)直接接入到CERNET2主干網(wǎng)中。 2 利用隧道接入CERNET2 CERNET2主節(jié)點(diǎn)要分配一個(gè)IPv4的互連地址，并把這個(gè)地址配置到其網(wǎng)絡(luò)出口及與其相連的邊界路由器的接口上，并把IPv4的互連地址作為隧道的源地址。接入的高校只要Pv4網(wǎng)絡(luò)與CERNET2的節(jié)點(diǎn)之間能互相通信，就可以配置6to4隧道來接入CERNET2。 4 總結(jié) 本文研究了三種主要的過渡技術(shù)的工作機(jī)制、各自特點(diǎn)、適用情況、優(yōu)缺點(diǎn)等，并就在高校校園網(wǎng)升級(jí)過渡過程中適用何種技術(shù)做了簡(jiǎn)要闡述，隨著IPv6網(wǎng)絡(luò)的不斷開展，高校校園網(wǎng)過渡到IPv6網(wǎng)絡(luò)的步伐也會(huì)逐步加大，過渡技術(shù)的研