【正文】 er 基石的 TCP/IP 協(xié)議族正進(jìn)行著一場(chǎng)前所未有的變革。本文將以在 IPv4網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行 IPv6 的組網(wǎng)為目的展開設(shè)計(jì)工作。構(gòu)造了基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仿真軟件的 IPv6 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)中本著立足實(shí)際情況，充分體現(xiàn) IPv6 的特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合 DR 大學(xué) IPv4 校園網(wǎng)現(xiàn)狀，開展 IPv6試驗(yàn)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證。但由于網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)行的 IPv4 己越來(lái)越不能滿足各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需要了，產(chǎn)生了許多制約網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸。特別是隨著多媒體網(wǎng)上教學(xué)、視頻點(diǎn)播等應(yīng)用的興起，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求迅猛增加。例如，對(duì) MPLS VPN, IPv6 的支持，更強(qiáng)大的 QoS 保障，更好的 IP VPN業(yè)務(wù)等。這就說(shuō)明在下一代校園網(wǎng)中IPv6 技術(shù)必將作為核心的技術(shù)被使用。 對(duì) IPv4 到 IPv6 的過(guò)渡技術(shù)進(jìn)行分析，特別是對(duì)現(xiàn)在使用得較多的雙協(xié)議 棧技術(shù)、隧道技術(shù)和翻譯轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行研究，探討其機(jī)理。 分析出校園網(wǎng)信息點(diǎn) IPv6 地址的需求量，結(jié)合 RFC 的地址管理建議和Cer2 對(duì)地址的管理規(guī)則為該校園網(wǎng)分配便于管理的 IPv6 地址。 IPv6地址書寫表示 IPv4 地址長(zhǎng)度為 32 比特 (4 字節(jié) )。比如 2020:250:eeff::/48表示一個(gè)前綴為 48位的網(wǎng)絡(luò)地址空間。 一個(gè)單接口有一個(gè)標(biāo)識(shí)符。 RFC3513 建議所有的單播地址 (除了以二進(jìn)制 000開頭的地址外 )都有 64 位接口 ID，并具有改進(jìn) EUI64 格式的結(jié)構(gòu)，即建議 n+m=64, (2)任意播地址 任播地址表示單播地址的集合。也就是，將包發(fā)送給一個(gè)任播地址的節(jié)點(diǎn)并不在意由節(jié)點(diǎn)集中的哪一個(gè)來(lái)響應(yīng)，因?yàn)槿尾サ刂返亩鄠€(gè)成員都可能響應(yīng)對(duì)其鏈路層地址的請(qǐng)求。一般屬于不同節(jié)點(diǎn)的一組接口有一個(gè)標(biāo)識(shí)符。 請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)地址 :FF02:0:0:0:0:1:FFXX:XXXY 如本 IPv6協(xié)議分析中地址解析使用 FF02::1:FF00:2來(lái)獲得對(duì)方主機(jī)的 MAC地址。此外，在數(shù)據(jù)包發(fā)送前，可以確認(rèn)目標(biāo)是否存在或查看 路由器的狀態(tài)。 (2)地 址解析 ： 由其它節(jié)點(diǎn)的 IPv6 地址得到其鏈路層地址 。 從 IPv4 到 IPv6 過(guò)渡技術(shù)按照工作原理分為三大類：雙協(xié)議棧；隧道技術(shù)；IPv6/IPv4 協(xié)議與地址轉(zhuǎn)換技術(shù)。 用戶需求、政策支持和成本是推動(dòng)向以 IPv6 為核心的下一代網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡的關(guān)鍵。 如下圖所示： 圖 31 海洋與孤島 第一階段， IPv4“海洋” 不需要過(guò)渡技術(shù)。 第四階段， IPv4“孤島”和 IPv6“海洋”。從網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡成本和可管理性出發(fā)，結(jié)合對(duì)網(wǎng)絡(luò)的 分析和調(diào)查，參考很多觀點(diǎn)，視角的基礎(chǔ)上，提出過(guò)渡成本的描 述方法，見(jiàn)下圖： 圖 32 過(guò)渡成本的描述 在上圖中 ， 橫軸表示時(shí)間 (t： time )，縱軸表示過(guò)渡代價(jià) (c： cost)。我認(rèn)為，目前網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是尋找這個(gè)隨機(jī)量 r。包括Dual Stack Model 和 Limited Dual Stack Model 兩種模式。被 IPv4 網(wǎng)絡(luò)分隔的 IPv6 節(jié)點(diǎn) (或網(wǎng)絡(luò) )通過(guò)隧道技術(shù)產(chǎn)生一個(gè)虛擬鏈路，在這種方式下， IPv4 網(wǎng)絡(luò)充當(dāng) IPv6 的傳輸載體，共享 IPv4網(wǎng)絡(luò)的帶寬。建設(shè)校園網(wǎng)的根本目的是為學(xué)校的教學(xué)、科研和管理提供先進(jìn)實(shí)用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為學(xué)校的發(fā)展和全球信息資源的共享而服務(wù)。 描述 DR大學(xué)原有校園網(wǎng) DR 大學(xué)校園網(wǎng)是一個(gè)綜合高效的教學(xué)和科研的校園計(jì)算環(huán)境。以放射狀 ， 一個(gè)核心節(jié)點(diǎn)及幾組 12芯單模光纖、一組 4芯單模光纖組成星型網(wǎng)絡(luò)。 線路的連接都采用單上連方式，沒(méi)有冗余連接及備份策略。 DR 大學(xué)校園網(wǎng)原有分級(jí)拓?fù)淙缦聢D所示： 圖 41 原有分級(jí)拓?fù)? 原有網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題分析 DR 大學(xué)校園網(wǎng)經(jīng)歷了從無(wú)到有，從小到大的過(guò)程，一部分設(shè)計(jì)，一分實(shí)現(xiàn)，然后連接為一體，并沒(méi)有一個(gè)整體、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 DR 大學(xué)的這種網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)導(dǎo)致的核心層效率較低，而且一旦 Cisco 7206 路由器 DOWN 機(jī)，那么全網(wǎng)既陷入癱瘓狀態(tài)。 由于設(shè)備的數(shù)量，類型，模塊耗盡，不能支持流量的均分，也不能支持基于協(xié)議的流量工程。 (4)匯聚層 /接入層問(wèn)題 通過(guò)對(duì) DR大學(xué)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和應(yīng)用業(yè)務(wù)的分析發(fā)現(xiàn)， DR 大學(xué)原有網(wǎng)絡(luò)采用的是千兆骨干，原有網(wǎng)絡(luò)中，匯聚層設(shè)備采用的都是現(xiàn)在看來(lái)比較低端和落后的產(chǎn) 品，均不具備 ACL 功能，從而制約了校園網(wǎng)的擴(kuò)展能力，更無(wú)能力對(duì)病毒和黑客進(jìn)行有效地防范和杜絕。 隨著校園擴(kuò)建工程的的完工，新的學(xué)生公寓，會(huì)議中心，行政建筑，專項(xiàng)課題研究大樓的落成投入使用，原有的校園網(wǎng)已經(jīng)完全無(wú)法 滿足當(dāng)前的業(yè)務(wù)需求，升級(jí)校園網(wǎng)是適應(yīng)高校發(fā)展的重點(diǎn)工程。目標(biāo)是提高網(wǎng)絡(luò)的帶寬、 滿足未來(lái)應(yīng)用需求， 增加網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域和無(wú)故障安全運(yùn)行時(shí)間。主干核心層與匯聚層實(shí)現(xiàn)萬(wàn)兆 速率連接， 實(shí)現(xiàn)百兆到桌面。 (6)為流量集中的學(xué)生公寓區(qū)的流量進(jìn)行流量工程設(shè)計(jì)，充分利用冗余鏈路。 IPv4/IPv6工程升級(jí)的方向 IPv IPv4/IPv6 混合校園網(wǎng)絡(luò)，性能強(qiáng)大， ASIC芯片實(shí)現(xiàn) IPv6 的線速轉(zhuǎn)發(fā) 。 三步部署 IPv6校園網(wǎng)方案 根據(jù)前文分析，我們制定了 由邊緣向中心，由小島到海洋，逐步實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的IPv6 化，這樣可以保護(hù)原有投資，最大程度的減少網(wǎng)絡(luò)升級(jí)給用戶帶來(lái)的影響。 第一階段中 IPv4 的范圍依然廣大，占設(shè)備和地域的大部分，大部分?jǐn)?shù)據(jù)交換是經(jīng)過(guò) IPv4 核心網(wǎng)來(lái)傳輸?shù)?。其?樓宇間 的匯聚設(shè)備 升級(jí)到 Cisco WSC3750 交換機(jī)，以 支持 IPv6/IPv4雙棧 ，擴(kuò)充邊緣網(wǎng)性能，其中位于匯聚層 Cisco WSC3750 為提高交換性能要做堆疊，以擴(kuò)展其數(shù)據(jù)處理能力。 第二階段中 IPv4核心網(wǎng)已經(jīng)逐漸縮小，已經(jīng)形成網(wǎng)絡(luò)核心的 IPv4單獨(dú)存在，邊緣網(wǎng)基本實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的 IPv6 化。 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施 全面支持硬件 IPv6。 匯聚層設(shè)備至少應(yīng)該提供 32 個(gè)千兆以太網(wǎng)口的無(wú)阻塞交換能力，即匯聚層交換機(jī)的背板帶寬不小于 64Gbps。 原有網(wǎng)絡(luò)中的 Cisco7205 路由器性 能強(qiáng)大，但是原 IOS 不支持 IPv6，我們可以通過(guò)刷新 IOS 的方法使之支持 IPv6，并將其作為接入路由器被防置于校園網(wǎng)邊界。 DR大學(xué) IPv6 校園網(wǎng)解決方案 拓?fù)鋱D如下所示： 圖 53 DR 大學(xué) IPv6 校園網(wǎng)解決方案 通過(guò)隧道方式接入 IPv6 Cer2 DR 大學(xué) IPv4校園網(wǎng)上行線路是通過(guò)西南主節(jié)點(diǎn)與 Cer 相連 ， 由于 DR 大學(xué)還不是該地區(qū)的 Cer2 主干節(jié)點(diǎn) ， 還沒(méi)有與 Cer2 的直連線路 ， 所以采用配置隧道的方法與 Cer2 連接。 DR大學(xué) Enable Config termimal ! Interface tunnelxxx /xxx 是隧道 ID No ip address Ipv6 address 2020:250:2020:E011::1/64 Tunnel source /定義 隧道源接口 (DR Cisco6509)的 IPv4地址 Tunnel destination /定義隧道目的接口的 IPv4 地址 Tunnel mode ipv6ip /定義隧道模式 IPv6 over IPv4 Ipv6 route ::/0 2020:250:2020:E011::2/64 /定義 默認(rèn)路由 ! 電子科技大學(xué) Cisco7200 路由器配置 Enable Config termimal ! Interface Tunnelyyy /yyy 為隧道 ID No ip address Ipv6 address 2020:250:2020:E011::2/64 Tunnel source Tunnel destination Tunnel mode ipv6ip Ipv6 route 2020:250:2020::/48 2020:250:2020:E011::1/64 /定義路由信息 網(wǎng)絡(luò)管理 設(shè)計(jì)良好的網(wǎng)絡(luò)肯定需要一套與之切合的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)相配合才能起到保護(hù)投資 ， 維持網(wǎng)絡(luò)良好運(yùn)行的作用。 針對(duì)高校校園網(wǎng)絡(luò)靈活運(yùn)營(yíng)的需求， 集成于 CiscoWorks2020 和Cisco Works for Windows 的 Cisco 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備視圖處理 系統(tǒng) 可以 貼近校園用戶需求的計(jì)費(fèi)模式， 有計(jì)時(shí)長(zhǎng)、包月 計(jì)費(fèi)方式 。 學(xué)生公寓 A區(qū)有 12棟建筑，每棟屬于一個(gè) VLAN，共 12個(gè)建筑級(jí) VLAN。 交換機(jī)基礎(chǔ)性能需求計(jì)算及連接方式 DR 大學(xué)的下一代校園網(wǎng)絡(luò)預(yù)想中的設(shè)計(jì)規(guī)模大約有 1 萬(wàn)個(gè)信息點(diǎn)，其中需要立即使用的信息點(diǎn)也有很多，支持近兩萬(wàn)個(gè)用戶，使全校區(qū)絕大多數(shù)計(jì)算機(jī)設(shè)備都連接上網(wǎng)。 一般來(lái)講，計(jì)算方法如下 : 端口數(shù) *相應(yīng)端口速率 *2（全雙工模式） ， 如果總帶寬≤標(biāo)稱背板帶寬，那么在背板帶寬上是線速的。 WSC295048 WSC295024 背板帶寬分別為 。使用 StackWise 堆疊 技術(shù) 將交換機(jī)操作為五臺(tái)交換機(jī)一個(gè)堆疊陣列。 匯聚層堆疊陣列背板需求為： 140*2*1000M+4*6*1000M=280000M=280G 因?yàn)榻粨Q機(jī)的堆疊是建立在背板的基礎(chǔ)上的，每臺(tái) WSC3750 的背板帶寬為 96Gbps，5 臺(tái)則為 480。捆綁 10個(gè) 1000M 電口。每臺(tái) WSC3750的背板帶寬為 720Gbps，那么我們可以認(rèn)為 總帶寬≤標(biāo)稱背板帶寬 ，核心層背板帶寬上是線速，滿足設(shè)計(jì)要求。匯聚 層設(shè)備通過(guò)雙 萬(wàn) 兆上連到兩個(gè) 核心層 設(shè)備上， 保證系統(tǒng)的可用性。 支持每端口安全設(shè)置 , TACACS+， IP Permit 防止非法使用 。 支持 QOS， Trunking 及 ISL 表 52 Cisco WSC2950G48EI 模塊化交換機(jī)器主要性能參數(shù) 交換方式 存儲(chǔ) 轉(zhuǎn)發(fā) MAC地址表 8000 背板帶寬 傳輸速率 (Mbps) 10/100/1000 包轉(zhuǎn)發(fā)率 默認(rèn)端口類型 10/100/1000BaseTX VLAN支持 支持 模塊化插槽數(shù) 2 交換 特性 QoS隊(duì)列 ， 基于硬件的速率限制 ， 基于端口或協(xié)議的 VLAN， ， RSTP， MST， PVST 需用模塊 2port 1000BaseLX (3)Cisco 3750 匯聚 模塊化 三層 交換機(jī) 流量管理通過(guò)基于源 /目的 MAC 或 IP、協(xié)議和應(yīng)用 (TCP/UDP 端口號(hào) ) 的 速率限制 。 教學(xué)樓節(jié)點(diǎn)： 3棟教學(xué)樓， 1棟尚未進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)，每棟 6層，每層 15個(gè)普通教室， 2個(gè)多媒體教室，普通教室 2 個(gè) IP 地址 多媒體教室 30 個(gè) IP，為尚未進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)的 1棟也計(jì)算 IP 地址，總計(jì)為 30*2*6*3+2*15*6*3=1620 科教實(shí)驗(yàn)節(jié)點(diǎn)： 2 棟 實(shí)驗(yàn)樓，每棟 5 層，每層 10 間教室，教室總計(jì)為 100 間，其中機(jī)房 30 間，語(yǔ)音教室 10間，各專業(yè)實(shí)驗(yàn)室 60 間。 1， 2 層有大型會(huì)議室 4 個(gè)。 本科生公寓共 15棟，每棟 6層，每層 30間寢室，其中 5 間為 8 人間，其余為 4人間，按照每人 1 個(gè) IP地址計(jì)算，預(yù)需求地址為： 12600 研究生公寓共 5棟，每棟 5層，每層 20間寢室，都為 2 人間，預(yù)需求地址為：1000 會(huì)議中心，專項(xiàng)課題研究樓： 該 2棟建筑為新建完工建筑，按照學(xué)校規(guī)劃，給出的預(yù)留 IP地址為 3000 個(gè)。 RFC3177 中建議在公共的和私有的拓?fù)渲g的邊界分配應(yīng)遵循以 下規(guī)則： (1)除了有很大的網(wǎng)絡(luò)需求，一般情況按 /48分配。 基于業(yè)務(wù)應(yīng)用的規(guī)劃 由于 IPv6的協(xié)議字段增加了新的功能字段和擴(kuò)展字段 ,給于了 IPv6更多的功能和細(xì)節(jié) ,在下一代網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中 , RFC3177建議提出將 /48前綴地址分配給用戶端網(wǎng)絡(luò)，將 /64 前綴地址作 為接口地址， 而未對(duì) /48 到 /64 之間的站點(diǎn)級(jí)網(wǎng)絡(luò)地址做任何分配建議。接受服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)可能需要各種不同類型的業(yè)務(wù)如多媒體業(yè)務(wù)、普通數(shù) 據(jù)業(yè)務(wù)等，因而希望網(wǎng)絡(luò)提供者能夠?yàn)椴煌愋偷臉I(yè)務(wù)提供不同的服務(wù)質(zhì)量等級(jí)。 可以將 IP地址 的 16bit 分為若干部分，其中每一部分分別指配給不同業(yè)務(wù)使用，使網(wǎng)絡(luò)層可對(duì)不同要求的業(yè)務(wù)進(jìn)行 “ 隔離 ” ，如下所示： 表 61 16bit 的再分配 P1 (5bit) P2(5bit) P3(6bit) 業(yè)務(wù)應(yīng)用類型號(hào) 保留 業(yè)務(wù)應(yīng)用 等級(jí)號(hào) 根據(jù)以上分配法 ,將 /48 /64 中間的 16bit 化為 3段 ,分別用 P1,P2,P3 表示 P1 有 5 位 ,可以設(shè)置 32種業(yè)務(wù)應(yīng)用 . 可如下分配 00000 實(shí)驗(yàn)； 10000 普通局域網(wǎng)業(yè)務(wù)； 01000 QoS； 11000 安全業(yè)務(wù)； 00100 移動(dòng) IPV6 ； 10100 遠(yuǎn)程接入； 11100 服務(wù)器 IP； ? .. P3有 6 位 ,可以設(shè)置 64個(gè)等級(jí)或者種類 如 P1=10000(普通局域網(wǎng)業(yè)務(wù) ),P3 可定義 64 個(gè) LAN。與目前一些機(jī)構(gòu)在進(jìn)行 IPv6 地址空間劃分時(shí)采取多層次的地址空間分配不同，我認(rèn)為目前在 IPv6 地址分配上，校園網(wǎng)可以自行分配、管