【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 IPv4 網(wǎng)絡(luò)的投資和維護(hù)將持續(xù)增加，網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡代價(jià)將隨之增 大。 s和 c成反比 ： 參數(shù) s由各種過(guò)渡技術(shù)及過(guò)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越小；反之越大； 隨機(jī)量 r 對(duì) 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(guò)渡的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是尋找這個(gè)隨機(jī)量 r。隨著應(yīng)用熱點(diǎn)的轉(zhuǎn)移，如 IPTV，視頻會(huì)議等與視頻相關(guān)的應(yīng)用越來(lái)越多，對(duì) QOS ，帶寬，延遲要求越來(lái)越高，這個(gè) r 可能在某種形式視頻類(lèi)應(yīng)用中產(chǎn)生。因?yàn)?視頻所具有的特性與IPv6 的對(duì) 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(gè) 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(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。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(lái)一段時(shí)間向以 IPv6 為核心的互聯(lián)網(wǎng)過(guò)渡常用技術(shù)之一。隧道可以分為手工配置隧道、自動(dòng)配置隧道、 6over 6to4 等類(lèi)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(duì)校園網(wǎng)的未來(lái)發(fā)展和效益起著極為重要的作用。通過(guò)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。整個(gè)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(zhǎng)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(gè)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(gè)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(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)。 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(wú)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(méi)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(guò)上行節(jié)點(diǎn)設(shè)備連入校園骨干網(wǎng)。現(xiàn)有主分支網(wǎng)節(jié)點(diǎn) 5 個(gè)。 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)。經(jīng)過(guò) 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(duì)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(wèn)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(gè)校園網(wǎng) 不具備萬(wàn)兆以太網(wǎng)的升級(jí)能力， 由 Cisco 7206 路由器 來(lái)承擔(dān)整個(gè)校園網(wǎng) VLAN間的路由選擇，由 Cisco WSC4503交換機(jī)來(lái)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(duì)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(wèn)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(méi)有冗余連接。容易發(fā)生單點(diǎn)故障而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可用性。 由于設(shè)備的數(shù)量，類(lèi)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(wèn)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(zhǎng)，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(shí)，可靠性降低。 (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。 匯聚層 /接入層設(shè)備中部分支持 ，部分支持，設(shè)備型號(hào)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(lèi)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(lái)非常麻煩。網(wǎng)絡(luò)需要統(tǒng)一管理，是 DR 大學(xué)急需解決的問(wèn)題之一。 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(zhuān)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。 5 升級(jí)工程方案 需求分析 對(duì)老的校園網(wǎng)重新改造，以適應(yīng)今天網(wǎng)上視頻、語(yǔ)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(wú)故障運(yùn)行時(shí)間也受到了管理者的重視?；谝陨蠁?wèn)題的考慮， 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(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。 DR 大學(xué)升級(jí)網(wǎng)絡(luò)需求如下： (1)滿足未來(lái)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(guò)渡策略，隨著改造校園網(wǎng)的進(jìn)程逐步部署 IPv6， 申請(qǐng) 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(huì)議等寬帶多媒體應(yīng)用 。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。 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像等各種類(lèi)型信息的傳輸。 (4) 對(duì)于網(wǎng)絡(luò)可靠性，要求骨干設(shè)備應(yīng)具有很高的容錯(cuò)能力，不僅要有設(shè)備級(jí)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(lái)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(duì)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(duì)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制，用戶界面應(yīng)該友好并能進(jìn)行常見(jiàn)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(jí)到萬(wàn)兆的骨干連接。 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) 。功能豐富，保證 IPv4 向 IPv6 的平滑升級(jí)。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(jí)為 IPv6 校園網(wǎng)。 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： 為實(shí)驗(yàn)大樓、文獻(xiàn)中 心的所有的三層設(shè)備升級(jí)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(wèn)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(guò) IPv4 核心網(wǎng)來(lái)傳輸?shù)摹?IPv6 實(shí)驗(yàn)網(wǎng)相對(duì)比較分散，通過(guò)貫穿 IPv4 核心網(wǎng)的隧道進(jìn)行通信。第一階段拓?fù)?如下圖所示： 圖 51 升級(jí)工程第一步拓?fù)? 第二階段： 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(shū)館的 匯聚功能設(shè)備升級(jí)為預(yù)備為將來(lái)校園網(wǎng)核心的 Cisco WCC6506。其他 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。將原有的 Cisco 二層交換機(jī)放置于接入層，其他品牌設(shè)備淘汰給實(shí)驗(yàn)中心做實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用。 在接入層部署 Cisco WSC2950G48 二層交換機(jī)，考慮端口密度和協(xié)議支持問(wèn)題，不用考慮是否支持 IPv6，因?yàn)槲覀兛梢哉J(rèn)為二層設(shè)備對(duì)于 IPv6 來(lái)說(shuō)是透明的。 該過(guò)度進(jìn)程中我們?nèi)伪３诌壿嬌系?IPv4 核心網(wǎng)不變，在該結(jié)構(gòu)上 使用 6to4隧道 結(jié)構(gòu) ， 各分支節(jié)點(diǎn)的匯聚設(shè)備將配置成 6to4 路由器， 使隧道覆蓋整個(gè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，完成過(guò)渡時(shí)期的全網(wǎng)解決方案。 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。 IPv4 和 IPv6 設(shè)備能夠進(jìn)行相互操作，包括通信 和相互之間數(shù)據(jù)的理解。到全網(wǎng) IPv6 的過(guò)渡相對(duì)簡(jiǎn)單， IPv6 結(jié)點(diǎn)間不能有過(guò)多的相互依賴(lài)性。第二階段拓?fù)鋱D如下所示： 圖 52升級(jí)工程第二步拓?fù)? 第三階段： 升級(jí)校園核心網(wǎng)，更換網(wǎng)絡(luò)中心中心節(jié)點(diǎn)設(shè)備， 提供建筑到信息中心的冗余連接，添加 IPv6 的三層路由信息， 完成全網(wǎng)向 IPv6 過(guò) 渡 。 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施 全面支持硬件 IPv6。 核心層和匯聚層設(shè)備主要負(fù)責(zé)對(duì)園區(qū)網(wǎng)內(nèi)各 VLAN 之間和跨交換機(jī)之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行高速 轉(zhuǎn)發(fā)，為終端用戶和數(shù)據(jù)中心之間大容量信息交換提供有效的高速通道。 因此，核心交換機(jī) 采 用 Cisco WSC6506 三層交換機(jī) 2 臺(tái)組成雙機(jī)模式相互冗余互連，該設(shè)備具備高達(dá) 720Gbps 的背板帶寬， 6 個(gè)模塊插槽，通過(guò) Cisco私有的 HSRP 熱備份技術(shù)，任何一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障，另外一臺(tái)設(shè)備可繼續(xù)負(fù)責(zé)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)工作。 根據(jù)我們估算， 核心設(shè)備應(yīng)至少提供 64個(gè)千兆以太網(wǎng)口的無(wú)阻塞交換能力，即核心路由交換機(jī)的背板帶寬不小于 128Gbps和最大化背板需求 1000G/2=500G；Cisco WSC6506 三層交換機(jī)背板為 720Gbps 滿足 DR 大學(xué)對(duì)于核心設(shè)備的需求。 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。 從目前配置的匯聚 層設(shè)備而言，采用的是 Cisco swc3750 設(shè)備， 可 使用 思科 StackWise 技術(shù) 將多個(gè)設(shè)備堆疊，擴(kuò)展性能強(qiáng)勁，性?xún)r(jià)比突出， 可靠性相對(duì)較高。 核心設(shè)備和匯聚設(shè)備 均提供了 公用模塊，如交換模塊、控制管理模塊、電源 模塊、風(fēng)扇等 ， 能在線冗余備份，提供完整、先進(jìn)、成熟的系統(tǒng)軟硬件 。 為配合 IPv6 組播技術(shù)的應(yīng)用， 核心設(shè)備和匯聚層設(shè)備 WSC6506 WSC4503 WS