基于IPv6的校園網建設研究與思考

覃仲宇

摘 ?要： IPv6協議以其龐大的地址空間等優勢已成為下一代互聯網的核心協議，現有的IPv4網絡逐步向IPv6過渡已勢在必行。結合現有校園網的實際與需求，提出了IPv6校園網的整體設計和建設規劃，并進行了相關的部署和典型通信場景的實驗，為同類院校建設IPv6校園網提供了理論依據和實踐經驗。

關鍵詞： IPv6; IPv4; 校園網; 過渡

中圖分類號：TP393.1 ? ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1006-8228（2015）07-23-03

Research on the construction of IPv6 campus network

Qin Zhongyu

（Guangzhou Institute of Railway Technology， Guangzhou， Guangdong 510430， China）

Abstract： IPv6 protocol with its huge address space superiority has become the core protocol of the next generation of the Internet， the transition of existing IPv4 network to IPv6 has be imperative. In this paper， combined with the reality of the existing campus network and the actual needs， the overall design and construction plan of IPv6 campus network is proposed， the related deployment and the typical communication scene experiment is carried on， so as to provide the similar institutions with the theoretical basis and practical experience of the IPv6 campus network construction.

Key words： IPv6; IPv4; campus network; transition

0 引言

當前，中國教育科研網（CERNET）的建立極大地促進了我國高校校園網的建設和發展，各高校基本上都建立了基于IPv4的校園網絡，普遍采用GE為主干、100M交換到桌面的組網方案[1]，為高校的信息化建設做出了很大的貢獻。然而，隨著我國教育體制改革的不斷深入，各高校普遍開始擴招，且高校之間的合并也經常發生，各高校校園網逐漸出現了帶寬瓶頸、安全管理和多業務需求等問題，原有的校園網組網方案已經不能滿足當前校園網用戶的需求，基于IPv6協議的下一代互聯網及IPv6校園網建設已迫在眉睫。因此，基于IPv6的校園網建設與研究具有重要的意義。

1 某高校校園網現狀及IPv6升級規劃

目前某高校校園網前期改造工作已基本完成，網絡硬件設備得到了很大的提升，多數網絡設備均具備開展IPv6校園網建設的硬件條件。其主要建筑物有：花都校區、教學樓、行政樓、后勤區、圖書館、學生宿舍區和教師宿舍區等。本次改造將在此基礎上增加部分IPv6節點，形成IPv4與IPv6并存的校園網絡，并在網絡中心和計算機網絡技術專業實訓室建設純IPv6子網。當前IPv4網絡技術經過多年的發展已經比較成熟，高校校園網仍以Ipv4協議為主，此次IPv6升級若大規模更換網絡設備將耗費大量資金，新建的IPv6實驗子網規模較小，因此我們采用部分新建校園網模式。增加部分IPv6結點后形成新的校園網拓撲結構，如圖1所示。

圖1 ?增加IPv6節點后的校園網拓撲結構圖

2 IPv6校園網升級改造具體規劃及部署

依據該高校校園網實際情況，此次升級改造，將部署成清晰的三層網絡拓撲結構，采用IPv4/v6雙協議棧網絡的技術路線，為校園網用戶提供IPv4/v6雙棧服務，另外還將建設純IPv6實驗子網，分別部署在網絡中心和計算機網絡技術專業實訓室，實現IPv4和IPv6兩種網絡共存且互訪互通，為日后逐步過渡至全網IPv6奠定了基礎，并為師生提供了IPv6技術試驗環境和科研平臺。以下為具體部署過程和主要建設內容。

2.1 升級規劃及設備新增計劃

2.1.1 網絡架構升級

為了節省投資，原有校園網大多采用二層網絡架構模式，校內多個區域的接入交換機直連到核心交換機上，核心交換機因受到攻擊導致宕機的情況時有發生，校園網的可靠性和安全性等得不到有效保障。為了解決該問題，此次升級改造購置一批雙棧匯聚交換機，組建具有清晰的核心層、匯聚層和接入層三層架構的校園網。

2.1.2 設備升級改造計劃

接入層設備將購置性價比較高的國產交換機，對新購買的接入設備要求能夠支持IPv6網管、IPv6 ACL和IPv6 QoS等安全特性。主要用于替換2006年前購置的接入設備。

匯聚層設備將購置支持萬兆上連，千兆線速轉發并支持IPv6及雙棧技術的設備，并部署于每個功能區。

核心層設備將購置兩臺高性能雙棧三層交換機，實現“獨立路由，共享交換”[2]，將校園網打造成雙棧雙核心熱備校園網，用于替換原有核心交換機。

出口邊界設備將購置一臺高性能雙棧路由器，用于與CERNET2及互聯網互聯。

2.2 全網路由規劃

該高校現有IPv4校園網的路由規劃采用的是靜態路由+0SPFv2動態路由配置。在校園網內部主干網中采用OSPFv2協議交換主干路由信息。所有核心節點（包括核心交換機、防火墻和邊界路由器等出口設備）構成Area 0，其他區域按功能不同又構成7個路由自治域，編號分別為：花都校區為Area 1、教學樓為Area 2、行政樓為Area 3、后勤區為Area 4、圖書館為Area 5、學生宿舍區為Area 6和教師宿舍區為Area 7。為避免功能區域內路由變化給主干網造成影響，要求各個自治域將本域內的路由匯總后再廣播到Area 0中。在出口邊界設備上，通過配置靜態路由分別指向本市中國移動運營商節點和CERNET華南理工大學節點。

為保證網絡管理的統一性，此次校園網升級改造，IPv6單播的路由設計將采用靜態路由+OSPFv3動態路由相結合的模式，OSPFv3的設計也沿用OSPFv2的設計思路，路由規劃等設計細節也沿用現有的設計;出口路由仍采用靜態路由指向CERNET2華南理工大學主干節點。另外為平滑對接現有校園網業務，在雙棧核心設備上將同時運行0SPFv2和0SPFv3兩套協議，這兩套協議相互獨立、互不影響。

2.3 過渡技術的選用

在實際IPv6網絡建設中，應根據現有實際網絡環境選擇某一種基本過渡技術或某幾種基本過渡技術結合起來靈活使用。在IPv4向IPv6過渡時期，遵循如下的組網原則：

⑴ 在能直接建立IPv6鏈路的情況下使用純IPv6路由;

⑵ 在不能使用IPv6鏈路的情況下，IPv6節點之間使用隧道技術;

⑶ 雙協議棧的IPv6/IPv4節點和純IPv6節點或者純IPv4的節點通信不需要采用協議轉換，而直接“自動”選擇相應的協議進行通信;

⑷ 對于純IPv6節點和純IPv4節點之間的互通，可使用協議轉換（NAT-PT）或者應用層網關（ALG）技術，設計的協議轉換器或者ALG應該盡量保證在不修改原有應用的情況下就可以使用[3]。

2.4 IP地址分配

該高校現有1個C空間的中國移動運營商公網IPv4地址和20個C空間的教育科研網IPv4地址，基本能滿足當前校園網的IP地址需求。Vlan劃分將根據功能區的結構劃分成多個虛擬子網，各子網需通過路由轉發才能互訪，并作了各子網的訪問控制策略。Vlan的劃分有效降低了廣播風暴的產生，增加了校園網的可靠性和安全性。

此次IPv6校園網建設，IPv4/v6地址分配方案和Vlan劃分原則均沿用原先設計;另依據學校實際情況及將來發展需要，準備向CERNET國家網絡中心（CERNIC）申請一段：：/48的IPv6地址，考慮到當前實際情況和鼓勵校園網用戶積極使用IPv6地址，將采用無狀態地址自動分配方式為用戶分配IPv6地址，等將來IPv6大規模使用且客戶端能夠完全支持DHCPv6時，再逐步切換到有狀態地址分配方式，以實現地址配置的統一性和方便管理與維護。

2.5 純IPv6子網建設

為提供IPv6技術的實驗及科研平臺，本次校園網升級改造除了解決IPv4與IPv6共存問題外，還分別將網絡中心和計算機網絡技術專業實訓室部署成純IPv6子網。純IPv6子網將與雙棧核心交換機直連，采用靜態路由方式實現路由選擇，終端主機將通過無狀態地址分配方式獲取IPv6地址。在純IPv6網絡中可以展開IPv6各種新技術及新應用試驗，為相關教師及學生提供試驗環境和科研平臺。

3 實驗與結果分析

為驗證本文所述規劃方案的技術可行性和合理性，選取校園網中隧道典型通信場景進行實驗分析，并對實驗結果進行分析論證。

IPv6校園網建設完成后，校園網內部IPv6節點與校園網外部IPv6孤島之間通信業務，將通過對校園網邊界路由器以及校園網外部的邊界路由器設置隧道，穿越IPv4網絡實現互通。實驗通信模型如圖2所示。

⑴ 路由器的配置

連接用戶的SVI接口使能IPv6，配置IP6v地址，并開啟路由通告功能，使用無狀態自動配置為PC分配IPv6地址。

關鍵配置命令如下：

#ipv6 enable

#ipv6 address 2001：10：：1/64

#no ipv6 suppress-ra

圖2 ?手工配置隧道拓撲圖

⑵ 配置IPv6手工隧道

關鍵配置命令如下：

#interface Tunnel 1

#ipv6 enable

#tunnel source 10.1.1.1

#tunnel destination 10.1.1.2

#tunnel mode ipv6ip

⑶ 配置IPv6路由

R1（config） # ipv6 route 2001：20：：/64 Tunnel 1

⑷ 功能驗證

通過ping測試PC間的連通性。

R1#ping 2001：20：：1 source 2001：10：：1

Type escape sequence to abort.

Sending 5， 100-byte ICMP Echos to 2001：20：：1，

timeout is 2 seconds：

Packet sent with a source address of 2001：10：：1

！！！！！

Success rate is 100 percent （5/5）， round-trip min/avg/max=

48/106/176 ms

實驗小結：通過功能驗證可知，純IPv6的PC1和PC2兩者可通過隧道穿越IPv4網絡實現互訪互通。

4 后期推廣

IPv6校園網的普及和推廣不僅僅體現在網絡架構的完善或硬件系統的支持上，還要看用戶的培養情況，只有用戶量達到了一定規模，才有可能實現相應的商用測試和科學研究[4]。而用戶的培養，關鍵是要有出色的IPv6網絡應用來吸引用戶使用下一代互聯網[5]。

要想推廣IPv6校園網及培養更多的IPv6用戶，首先需要給用戶提供一個更加可靠、更安全和人性化的校園網環境，這要求我們對IPv6校園網要加強安全防御的研究;其次，需要提供更多、更豐富、更吸引用戶的IPv6資源，今后將嘗試讓用戶免費使用IPv6資源的方式，免費訪問IPv6流媒體、BT資源、高清電視及視頻等IPv6資源，以吸引更多校園網用戶使用IPv6。

另外，對于IPv6校園網的推廣使用，還需網絡基礎服務及校內各應用系統的支持，今后需要加快各網絡基礎服務及應用系統的IPv6升級，并形成自身的一些特殊應用服務。與校園網類似，各基礎服務及應用系統將同時支持IPv4和IPv6協議，并跟隨校園網逐步全面升級至IPv6。

5 結束語

本文針對某高校IPv6校園網建設進行了具體的研究與設計，結合自身現有校園網條件和需求，提出了IPv6校園網的整體設計方案和建設規劃，并提出了IPv6校園網的后期推廣計劃。本研究具有一定的理論和實踐價值。要加速過渡至全網IPv6，還需加快IPv6校園網的系統基礎應用研究，加快校園網資源支持IPv6接入訪問進程和加強IPv6網絡安全技術與應用研究等。

參考文獻：

[1] 鄧小盾.基于IPv6的校園網絡建設模式的研究與設計[D].西安科技

大學碩士學位論文，2013.

[2] 王竹威.北京大學快速部署IPv6校園網[J].中國教育網絡，2006.11：

23-24

[3] 程軍.高校校園網IPv6過渡策略及設計部署[D].安微大學碩士學位

論文，2012.

[4] 王宇杰，楊志軍.北京交通大學下一代校園網建設進入新階段[J].中

國教育網絡，2010（6）：45-46

[5] 高建國.IPv6下基于協議分析的入侵檢測系統研究與設計[D].南開

大學碩士學位論文，2007.