IPv6过渡技术在校园网建设中的研究与实现

IPv6过渡技术在校园网建设中的研究与实现

摘要：ipv6是下一代互联网采用的核心协议，现行的ipv4向ipv6过渡势在必行。因此，研究基于ipv4向ipv6的过渡技术在校园网中的应用是十分必要的。介绍了ipv4向ipv6过渡的技术，并分析了双协议栈技术、隧道技术、网络地址/协议转换技术这3种常用的过渡机制。结合目前高校网络建设的现状，阐述了ipv6过渡技术在校园网建设中的几种应用方式。

关键词：ipv4；ipv6；过渡技术；高校网络 1.1双协议栈（dual stack）技术

双协议栈技术是每个节点同时支持ipv4和ipv6两种协议栈。由于 ipv6 和 ipv4 是功能相近的网络层协议，并且两者都应用于相同的物理平台，而且加载于其上的传输层协议tcp和udp也没有任何区别，因此支持双协议栈的节点既能与支持ipv4协议的节点通信，又能与支持ipv6协议的节点通信。双栈方式的工作机制为：链路层解析出接收到的数据包的数据段，拆开并检查包头，如果ipv4/ipv6包头中的第一个字段ip版本号是4，该包就由ipv4的协议栈来处理；如果版本号是6，则由ipv6的协议栈处理。（其通信方式见图1）。双协议栈技术的优点是互通性好，易于理解，网络规划相对简单，同时在ipv6逻辑网络中可以充分发挥ipv6协议的所有优点（如安全性、路由约束、流的支持等方面）。缺点是需要给每个新的ipv6协议的网络设备和终端分配ipv4地址，不能解决ipv4地址短缺问题。

图1双协议栈通信方式图2隧道技术原理 1.2隧道技术（tunnel）

隧道技术是ipv4与ipv6共存的最主要技术。隧道（tunnel）是指将一种协议封装到另一种协议中，在隧道人口处，将被封装协议装入协议，在隧道出口处再将被封装协议从中取出。在整个隧道的传输过程中，被封装协议是作为封装协议的负载。隧道技术只需要在隧道的出入口进行修改，而对中间部分没有特殊要求，较为容易实现。目前的隧道技术主要实现了在ipv4数据包中封装ipv6数据包，随着ipv6技术的发展和广泛应用，未来也将会出现在ipv6数据包中封装ipv4数据包的隧道技术。如图2所示。

隧道技术在实践中的具体形式如：①自动配置隧道：该隧道端口的ipv4地址不需要事先配置，主机使用ipv4兼容

（ipv4-compatible）地址作为其目的地址，隧道端口的ipv4地址就是根据这个ipv4兼容地址直接产生隧道端口的目的地址，然后建立隧道；②手工配置隧道：该隧道端口地址是由封装ipv6分组的ipv4节点配置的，隧道可以是单向的，也可以是双向的。双向配置的隧道在实际运行中就像一个虚拟的点到点的连接；③ipv4组播隧道：该隧道端口地址是通过邻机发现机制来获得的。这种隧道配置技术要求 ipv4 网络支持组播。隧道技术的优点在于透明性，ipv4/ ipv6主机之间的通信可以忽略隧道的存在，隧道只起物理通道的作用，它不需要大量的ipv6专用路由器设备和专用链路，可以明显减少投资；缺点是:配置隧道比较麻烦，在隧道的出入口要

拆分和重组负载协议数据包，而且隧道技术不能实现ipv4和ipv6主机之间的通信。

1.3网络地址转换/协议转换（nat- pt）技术

网络地址转换/协议转换技术是一种纯ipv4终端和纯ipv6终端之间的互通方式，也就是说，原ipv4用户终端不需要进行升级改造，所有包括地址、协议在内的转换工作都由网络设备来完成。在这种情况下，网关路由器要向 ipv6 域中发布一个路由前缀，凡是具有该前缀的ipv6包都被送往网关路由器。nat-pt网关路由器应具有ipv4地址池，在从ipv6域向ipv4中转发包时使用。此外，nat- pt 通过与 siit （stateless ip/icmp translation，无状态ip/icmp转换）协议转换和传统的ipv4下的动态的网络地址转换（nat）以及适当的应用层代理网关alg（application level gateway）结合，实现了只安装ipv6的主机与只安装ipv4主机的大部分应用的相互通信。

nat-pt方式的优点是不需要进行ipv4节点的升级改造。缺点是ipv4节点访问ipv6节点的实现方法比较复杂，网络设备进行协议转换、地址转换的处理开销较大，一般在其他互通方式无法使用的情况下使用。

2ipv6在高校网络建设中的应用研究

高校校园网络ipv6的应用一般分为如下两种情况：一是新建校园网，二是新老校园网络的混合共存。 2.1新建校园网

建议校园网采用同时支持ipv6/ipv4的网络设备进行组网建设，使得校园网平台同时支持两种业务流的承载和互通。校园网核心采用支持双栈的三层交换机，汇聚接入使用普通ipv4交换机即可，所有关于ipv6的三层功能均交由核心处理，而不在汇聚层进行。也可考虑汇聚层使用双栈三层交换机，形成层次化的ipv6网络，如图3所示。

图3新建ipv6校园网图4老校园网升级、部分新建ipv6校园网 新建校园网的业务互通采用如下方式：①内部ipv6-ipv6，ipv4-ipv4业务通过双栈直接互通，无协议转换，与普通单网络业务转发模型类似；②内部ipv6-ipv4业务通过双栈核心交换进行nat-pt，从而进行互通；③内部ipv6-外部ipv4（或内部ipv4-外部ipv6）通过出口进行nat-pt与外部互通；④内部ipv6-外部ipv6，经核心设备通过cernet2直接连通。 2.2老校园网升级

老校园网升级，一般而言需要购买新的双栈设备，少数设备可以通过升级软件直接支持双栈。若核心设备可升级，则部署和业务互通方案类似前述新建校园网。若增加新的双栈设备，则新建ipv6网与原有ipv4网在各自网内分别互通，利用新增设备进行nat-pt与原ipv6核心设备互通，与外部则分别经原核心连接的cernet或新增设备所连接的cernet2分别于外部ipv4和ipv6网络互通。 2.3老校园网升级，部分新建

校园网内部ipv4-ipv4、ipv6-ipv6业务分别利用新老校园网直

接互通，如图4所示。校园网内部ipv6-ipv4业务通过新建ipv6校园网核心双栈交换机的nat-pt与老校园核心连通。内部ipv6-外部ipv4，通过双栈边界路由器的nat-pt与外部互通。内部 ipv6-外部 ipv6 通过边界路由器直接互通。目前，还没有一种普遍适用的过渡技术，上述的过渡策略与方案均有其各自的优点和缺点，有着各自的适用环境。因此，高校在实际校园网建设中，应根据扩展性、安全性、网络性能等多方面因素综合考虑选择适合自身特征的过渡方案。 3结束语

总之，从ipv4向ipv6过渡是internet发展过程中不可逾越的一个过程，ipv6 网络的应用必将加速信息技术在教育等多学科领域中的渗透和影响力，实现ipv4时代难以想象的复杂网络教育。随着 cernet2的正式启动，各大高校都将逐步进人下一代互联网，在现有网络资源正常运行的前提下顺利平稳地过渡到新的网络体系，并打造出功能更强、信息更丰富的网络平台，目前ipv6的许多应用尚处于研究和测试阶段，人们对ipv6的完全接受需要一个过程。所以从ipv4过渡到ipv6注定是一个渐进而漫长的过程。高校必须要根据自身的情况科学地分析、合理布局，找出最佳的方案。 参考文献：

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