【文章內(nèi)容簡介】 分，它解決同一鏈路上節(jié)點(diǎn)之間的互操作問題。鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議定義了解決如下一些問題的機(jī)制:(1)地址自動配置：節(jié)點(diǎn)為自身的網(wǎng)絡(luò)接口配置 IPv6 地址，與之關(guān)聯(lián)的有重復(fù)地址檢測機(jī)制等。(2)地址解析：由其它節(jié)點(diǎn)的 IPv6 地址得到其鏈路層地址。(3)路由發(fā)現(xiàn)：主機(jī)發(fā)現(xiàn)同一鏈路上的路由，與之關(guān)聯(lián)的還有參數(shù)發(fā)現(xiàn)、前綴發(fā)現(xiàn)等機(jī)制。在隧道實(shí)驗(yàn)配置中在 Cisco 路由器上使用 debug ipv6 icmp；debug ipv6 packets 可以觀察鄰居發(fā)現(xiàn)的具體操作過程圖 22 鄰居發(fā)現(xiàn)在路由器上使用 ping 命令觀察 Debug 輸出，觀察 ICMP echo 的操作過程。第 5 頁 共 34 頁圖 23 ICMP ECHO 操作3 IPv4/IPv6 的過渡策略及技術(shù)要實(shí)現(xiàn) IPv6 的部署，實(shí)現(xiàn) IPv4 向 IPv6 的平滑過渡，是在不影響現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，逐步的實(shí)現(xiàn) IPv6 在現(xiàn)有 IPv4 網(wǎng)上通信，然后再逐漸進(jìn)行新的應(yīng)用業(yè)務(wù)的部署。從 IPv4 到 IPv6 過渡技術(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)。 過渡策略向 IPv6 為核心的下一代網(wǎng)絡(luò)過渡既是不可避免的，又不可能是一步而成的。過渡的總體原則應(yīng)是(1)分階段； (2)有側(cè)重；(3)以應(yīng)用為推動力量。從用戶角度來說，需要實(shí)現(xiàn)透明過渡；從管理角度來說，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商不希望網(wǎng)絡(luò)過渡對正常的業(yè)務(wù)造成大的擾動；目前 IPv4 網(wǎng)絡(luò)中數(shù)量巨大的設(shè)備必須得到 IPv6 支持。用戶需求、政策支持和成本是推動向以 IPv6 為核心的下一代網(wǎng)絡(luò)過渡的關(guān)鍵。我國在 2022 年年底開通了 Cer2，代表了政府對 IPv6 技術(shù)的重視程度，但是不能代表政策會引導(dǎo)運(yùn)營商開始部署大規(guī)模的 IPv6 商用網(wǎng)。這還需要運(yùn)營商進(jìn)行有力的推動和商業(yè)需求，有更為靈活的網(wǎng)絡(luò)過渡建設(shè)。一些研究人員認(rèn)為，IPv4 向 IPv6 過渡，從時間和規(guī)模上分，可以分為著名的“海洋與孤島”理論。如下圖所示：圖 31 海洋與孤島第一階段，IPv4“海洋” 不需要過渡技術(shù)。第二階段，IPv4“海洋”和 IPv6“孤島” ，需要過渡技術(shù)，可供選擇的技術(shù)為各種隧道，和 IPv6/IPv4 雙棧與地址轉(zhuǎn)換。第三階段，IPv4“海洋”和 IPv6“海洋” 。采用 IPv6/IPv4 地址轉(zhuǎn)換技術(shù)。第四階段，IPv4“孤島”和 IPv6“海洋” ?？赡懿捎玫倪^渡技術(shù)有 NATPT第 6 頁 共 34 頁第五階段，可能是純 IPv6“海洋” 。不需要過渡技術(shù)。IPv4 到 IPv6 的過渡，不僅是技術(shù)上的過渡，還需要有一套推廣方法，管理策略，業(yè)務(wù)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。從網(wǎng)絡(luò)的過渡成本和可管理性出發(fā)，結(jié)合對網(wǎng)絡(luò)的分析和調(diào)查，參考很多觀點(diǎn)，視角的基礎(chǔ)上，提出過渡成本的描述方法，見下圖：圖 32 過渡成本的描述在上圖中，橫軸表示時間(t：time )，縱軸表示過渡代價(c：cost)。五個圓代表網(wǎng)絡(luò)過渡階段不同的 IPv6 網(wǎng)絡(luò)類型。根據(jù)上圖得出的分析結(jié)論，得出過渡代價關(guān)系表達(dá)式：c=kt/(s*r)們，其中，k 是一個常數(shù)，r 是一個隨機(jī)量，s 代表過渡技術(shù)的效率，且 s，r=1t 和 c 的關(guān)系如下：一方面，隨著向下一代網(wǎng)絡(luò)過渡需要的設(shè)備和科研逐漸投入，過渡成本會逐漸增加，代價也會增加；另一方面，隨著時間的推移，對 IPv4 網(wǎng)絡(luò)的投資和維護(hù)將持續(xù)增加，網(wǎng)絡(luò)過渡代價將隨之增大。s 和 c 成反比：參數(shù) s 由各種過渡技術(shù)及過渡技術(shù)組合方案在實(shí)際部署中的效率所決定，效率越高，c 越??；反之越大；隨機(jī)量 r 對 c 的影響：隨機(jī)量 r 指某種可以刺激 IPv6 部署的應(yīng)用，r 的值越大，c 的值約小。我認(rèn)為，目前網(wǎng)絡(luò)過渡的一個關(guān)鍵問題是尋找這個隨機(jī)量 r。隨著應(yīng)用熱點(diǎn)的轉(zhuǎn)第 7 頁 共 34 頁移，如 IPTV，視頻會議等與視頻相關(guān)的應(yīng)用越來越多，對 QOS ，帶寬，延遲要求越來越高，這個 r 可能在某種形式視頻類應(yīng)用中產(chǎn)生。因?yàn)橐曨l所具有的特性與 IPv6 的對 QOS 更好支持的特性相結(jié)合、適宜在 IPv6 上運(yùn)行的普及型應(yīng)用。 雙協(xié)議棧雙協(xié)議棧 (Dual Stack)是在相關(guān)節(jié)點(diǎn)上安裝 IPv4/IPv6 雙協(xié)議棧。包括Dual Stack Model 和 Limited Dual Stack Model 兩種模式。雙協(xié)議棧節(jié)點(diǎn)(Dual stack nodes)既能與 IPv4 節(jié)點(diǎn)通信，又能與 IPv6 節(jié)點(diǎn)通信。雙協(xié)議棧節(jié)點(diǎn)如下所示：表 31 雙協(xié)議棧模型應(yīng)用層傳輸層IPv4 IPv6數(shù)據(jù)鏈路層物理層 隧道隧道技術(shù)是將 IPv6 數(shù)據(jù)包封裝在 IPv4 分組中。隧道技術(shù)提供了單個 IPv6網(wǎng)絡(luò)(或節(jié)點(diǎn))穿越 IPv4 網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。被 IPv4 網(wǎng)絡(luò)分隔的 IPv6 節(jié)點(diǎn)(或網(wǎng)絡(luò))通過隧道技術(shù)產(chǎn)生一個虛擬鏈路，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。隧道封裝如下所示:IPv4 頭/IPv6 頭/IPv6 數(shù)據(jù)隧道是目前和將來一段時間向以 IPv6 為核心的互聯(lián)網(wǎng)過渡常用技術(shù)之一。隧道可以分為手工配置隧道、自動配置隧道、6over6to4 等類型。4 建設(shè)原則及原有網(wǎng)絡(luò)分析 建設(shè)原則校園網(wǎng)的建設(shè)要為學(xué)校的根本利益服務(wù)，要使校園網(wǎng)在學(xué)校的人才培養(yǎng)、學(xué)科建設(shè)和科研工作方面發(fā)揮最大作用，這是校園網(wǎng)成敗的關(guān)鍵。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)。校園網(wǎng)設(shè)計(jì)是否合理，對校園網(wǎng)的未來發(fā)展和效益起著極為重要的作用。通過分析清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、第二軍醫(yī)大學(xué)、北京郵電大學(xué)等近 15 所重點(diǎn)大學(xué)建設(shè)校園網(wǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為 DR 大學(xué)校園網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)采用“整體規(guī)劃、分步實(shí)施”的方針，其總體設(shè)計(jì)方案的確定，不僅要考慮到近期目標(biāo)，還要為系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展和擴(kuò)充留有余地。第 8 頁 共 34 頁整個校園網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)不是一朝一夕可以實(shí)現(xiàn)的，必須分步實(shí)施，設(shè)計(jì)中需要考慮各階段的情況，適應(yīng)長遠(yuǎn)發(fā)展，進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和設(shè)計(jì)。 描述 DR 大學(xué)原有校園網(wǎng)DR 大學(xué)校園網(wǎng)是一個綜合高效的教學(xué)和科研的校園計(jì)算環(huán)境。其主干網(wǎng)絡(luò)采用光纖通訊介質(zhì)，以千兆光傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)覆蓋了整個校園。在高層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方面以 Intra 模型為基本架構(gòu)，上層應(yīng)用完全基于 TCP/IP 協(xié)議族實(shí)現(xiàn)。(1)核心層DR 大學(xué)校園網(wǎng)初期采用的為不完全的 3 層結(jié)構(gòu)，既核心和匯聚/接入混用，中心采用 Cisco 的 7206 路由器和 Cisco WSC4503 交換機(jī)作為中心節(jié)點(diǎn)。以放射狀，一個核心節(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)。連接到各教學(xué)樓的 Cisco 公司和 3Com，DLINK，銳捷網(wǎng)絡(luò)的低端交換機(jī)設(shè)備。其中 Cisco 的 7206 路由器承擔(dān) VLAN 間選路工作以及提供廣域網(wǎng)連接服務(wù)，Cisco WSC4503 交換機(jī)起端口擴(kuò)展作用及流量匯聚作用。 (2)匯聚/接入層由于 DR 大學(xué)校園網(wǎng)建設(shè)的缺乏規(guī)范和統(tǒng)一的規(guī)劃，各建筑網(wǎng)所采用設(shè)備均系“雜牌化” ，無論是匯聚流量的 3 層交換機(jī)還是提供接入服務(wù)的接入層 2 層設(shè)備，共有 10 多家廠家的設(shè)備。線路的連接都采用單上連方式，沒有冗余連接及備份策略。分支網(wǎng)絡(luò)由核心節(jié)點(diǎn)向外輻射到各院系大樓的 4 芯光纜和上行的節(jié)點(diǎn)設(shè)備組成。院系大樓的局域網(wǎng)則通過上行節(jié)點(diǎn)設(shè)備連入校園骨干網(wǎng)?，F(xiàn)有主分支網(wǎng)節(jié)點(diǎn) 5 個。DR 大學(xué)校園網(wǎng)原有分級拓?fù)淙缦聢D所示：圖 41 原有分級拓?fù)涞?9 頁 共 34 頁 原有網(wǎng)絡(luò)問題分析 DR 大學(xué)校園網(wǎng)經(jīng)歷了從無到有，從小到大的過程，一部分設(shè)計(jì)，一分實(shí)現(xiàn)，然后連接為一體，并沒有一個整體、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。經(jīng)過 10 年的發(fā)展成為現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。校園新建筑的落成,對網(wǎng)絡(luò)的需求進(jìn)一步的擴(kuò)大,網(wǎng)絡(luò)覆蓋的空白點(diǎn)急需解決,這是建設(shè)新的校園網(wǎng)的條件之一(1)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)問題DR 大學(xué)的 IPv4 核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)是由 Cisco 7206 路由器與 Cisco WSC4503 交換機(jī)相連接，整個校園網(wǎng)不具備萬兆以太網(wǎng)的升級能力，由 Cisco 7206 路由器來承擔(dān)整個校園網(wǎng) VLAN 間的路由選擇，由 Cisco WSC4503 交換機(jī)來提供接入端口，并且 Cisco 7206 路由器也承擔(dān)了接入路由器的工作。我們知道路由器的路由功能是基于軟件的，轉(zhuǎn)發(fā)能力相對與三層交換機(jī)較弱。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)備老化，模塊的耗盡，新的業(yè)務(wù)模塊不能被加入，新建設(shè)的教學(xué)，交流中心部分不能直接接入校園網(wǎng)。(2)冗余連接問題DR 大學(xué)的校園網(wǎng)主干設(shè)備到分支節(jié)點(diǎn)主要有單條光纖鏈路與分支節(jié)點(diǎn)形成星型連接，沒有冗余連接。容易發(fā)生單點(diǎn)故障而影響整個網(wǎng)絡(luò)的可用性。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。(3)核心層問題網(wǎng)絡(luò)中心的主干設(shè)備 Cisco 7206 路由器和 Cisco WSC4503 交換機(jī)負(fù)責(zé)全網(wǎng)的流量匯聚和數(shù)據(jù)高速轉(zhuǎn)發(fā)，隨著大學(xué)的發(fā)展，信息點(diǎn)的飛速增長，新的業(yè)務(wù)應(yīng)用。數(shù)據(jù)流量增大，該設(shè)備基本處于滿負(fù)荷運(yùn)行。影響了數(shù)據(jù)的傳輸，增大了傳輸延時，可靠性降低。 (4)匯聚層/接入層問題通過對 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，更無能力對病毒和黑客進(jìn)行有效地防范和杜絕。匯聚層/接入層設(shè)備中部分支持 ，部分支持，設(shè)備型號的混亂，功能不一，導(dǎo)致系統(tǒng)只能支持單一的基于端口的 VLAN 劃分，靈活性不高。匯聚/接入層所應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中種類繁多，像有 3Com、銳捷網(wǎng)絡(luò)和 DLink 等廠商的設(shè)備，這樣管理起來非常麻煩。網(wǎng)絡(luò)需要統(tǒng)一管理，是 DR 大學(xué)第 10 頁 共 34 頁急需解決的問題之一。隨著校園擴(kuò)建工程的的完工，新的學(xué)生公寓，會議中心，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)完全無法滿足當(dāng)前的業(yè)務(wù)需求，升級校園網(wǎng)是適應(yīng)高校發(fā)展的重點(diǎn)工程。5 升級工程方案 需求分析對老的校園網(wǎng)重新改造，以適應(yīng)今天網(wǎng)上視頻、語音及數(shù)據(jù)等信息的傳輸。另外，由于校園網(wǎng)絡(luò)在高校中的地位，網(wǎng)絡(luò)的無故障運(yùn)行時間也受到了管理者的重視?；谝陨蠁栴}的考慮，DR 大學(xué)提出改造原有的校園網(wǎng)。目標(biāo)是提高網(wǎng)絡(luò)的帶寬、滿足未來應(yīng)用需求，增加網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域和無故障安全運(yùn)行時間。DR 大學(xué)升級網(wǎng)絡(luò)需求如下：(1)滿足未來應(yīng)用需求，要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持 IPv6 協(xié)議，制定 IPv4/IPv6 的過渡策略，隨著改造校園網(wǎng)的進(jìn)程逐步部署 IPv6，申請 IPv6 地址并合理分配。(2)校園網(wǎng)的多出口，一為 Inter，二為 Cer（教育科研網(wǎng)） ，三為Cer2（IPv6 主干網(wǎng)）(3)提高網(wǎng)絡(luò)帶寬，提升設(shè)備性能，支持多業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備、匯聚設(shè)備必須要滿足這一需要。要求強(qiáng)大和完整的第三層交換能力，支持今后的視頻點(diǎn)播、電視電話會議等寬帶多媒體應(yīng)用。主干核心層與匯聚層實(shí)現(xiàn)萬兆速率連接，實(shí)現(xiàn)百兆到桌面。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可同時支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、圖像等各種類型信息的傳輸。(4) 對于網(wǎng)絡(luò)可靠性，要求骨干設(shè)備應(yīng)具有很高的容錯能力，不僅要有設(shè)備級的冗余性，還應(yīng)配備冗余引擎和冗余電源，所有的設(shè)備接口模塊可以進(jìn)行熱插拔更換。(5)建設(shè)新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改造原有 VLAN 間路由方式，采用流行的三層交換機(jī)來承擔(dān) VLAN 間路由及轉(zhuǎn)發(fā)。(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。(7)對于網(wǎng)絡(luò)管理，要求采用智能化網(wǎng)絡(luò)管理軟件，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的自動監(jiān)測和控制，用戶界面應(yīng)該友好并能進(jìn)行常見的網(wǎng)絡(luò)配置，支持虛擬網(wǎng)絡(luò)功能。(8)為配合 IPv6 的部署，要求基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持組播技術(shù)。(9)要求在學(xué)校規(guī)模不斷擴(kuò)大中，用戶數(shù)在持續(xù)增加，要求網(wǎng)絡(luò)具有很好的擴(kuò)展性，能夠根據(jù)需要逐步平滑升級到萬兆的骨干連接。第 11 頁 共 34 頁 IPv4/IPv6 工程升級的方向IPvIPv4/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)。功能豐富，保證 IPv4 向 IPv6 的平滑升級。此種建網(wǎng)方式示范性強(qiáng)，可獲得較大規(guī)模 IPv6 建設(shè)和使用經(jīng)驗(yàn)。適合 IPv4 校園網(wǎng)升級為 IPv6 校園網(wǎng)。 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)升級給用戶帶來的影響。第一階段：為實(shí)驗(yàn)大樓、文獻(xiàn)中心的所有的三層設(shè)備升級到 Cisco WSC3750 交換機(jī)，該設(shè)備支持 IPv6/IPv4 雙棧，支持 ACL 安全控制列表，堆疊擴(kuò)展技術(shù)等，可解決原有網(wǎng)絡(luò)中匯聚層性能不高的問題。保持其他網(wǎng)絡(luò)不變，繼續(xù)使用 IPv4 核心設(shè)備。采用用隧道機(jī)制,使 IPv6 穿越校園原有的 IPv4 核心網(wǎng)進(jìn)行傳輸，構(gòu)成小規(guī)模的隧道傳輸結(jié)構(gòu)，使 IPv6 孤島能相互通信。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 IPv4 核心網(wǎng)來傳輸?shù)?。IPv6 實(shí)驗(yàn)網(wǎng)相對比較分散，通過貫穿 IPv4 核心網(wǎng)的隧道進(jìn)行通信。第一階段拓?fù)淙缦聢D所示：圖 51 升級工程第一步拓?fù)涞诙A段：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)的 IPv6 化。為所有的學(xué)生公寓、圖書館的匯聚功能設(shè)