【文章內(nèi)容簡介】 age 鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議 鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議是 IPv6 協(xié)議的一個組成部分，它解決同一鏈路上節(jié)點之間的互操作問題。鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議定義了解決如下一些問題的機制 : (1)地址自動配置：節(jié)點為自身的網(wǎng)絡接口配置 IPv6 地址，與之關聯(lián)的有重復地址檢測機制等。 (2)地址解析：由其它節(jié)點的 IPv6 地址得到其鏈路層地址。 (3)路由發(fā)現(xiàn)：主機發(fā)現(xiàn)同一鏈路上的路由，與之關聯(lián)的還有參數(shù)發(fā)現(xiàn)、前綴發(fā)現(xiàn)等機制。在隧道實 驗配置中在 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。 圖 23 ICMP ECHO 操作 第 5 頁 共 34 頁 3 IPv4/IPv6 的過渡策略及技術 要實現(xiàn) IPv6 的部署，實現(xiàn) IPv4 向 IPv6 的平滑過渡，是在不影響現(xiàn)有網(wǎng)絡環(huán)境下，逐步的實現(xiàn) IPv6 在現(xiàn)有 IPv4 網(wǎng)上通信，然后再逐漸進行新的應用業(yè)務的部署。 從 IPv4 到 IPv6 過渡技術按照工作原 理分為三大類：雙協(xié)議棧；隧道技術；IPv6/IPv4 協(xié)議與地址轉換技術。 過渡策略 向 IPv6 為核心的下一代網(wǎng)絡過渡既是不可避免的，又不可能是一步而成的。過渡的總體原則應是 (1)分階段； (2)有側重； (3)以應用為推動力量。 從用戶角度來說，需要實現(xiàn)透明過渡； 從管理角度來說，網(wǎng)絡運營商不希望網(wǎng)絡過渡對正常的業(yè)務造成大的擾動；目前 IPv4 網(wǎng)絡中數(shù)量巨大的設備必須得到 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)絡過渡的關鍵。我國在 20xx 年年底開通了 Cer2，代 表了政府對 IPv6 技術的重視程度，但是不能代表政策會引導運營商開始部署大規(guī)模的 IPv6 商用網(wǎng)。這還需要運營商進行有力的推動和商業(yè)需求，有更為靈活的網(wǎng)絡過渡建設。 一些研究人員認為， 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。 第二階段， IPv4“海洋”和 IPv6“孤島”，需要過渡技術，可供選擇的技術為各種隧道，和 IPv6/IPv4 雙棧與地址轉換。 第三階段， IPv4“海洋”和 IPv6“海洋”。 采用 IPv6/IPv4 地址轉換技術。 第四階段， IPv4“孤島”和 IPv6“海洋”?？赡懿捎玫倪^渡技術有 NATPT 第五階段，可能是純 IPv6“海洋”。不需要過渡技術。 第 6 頁 共 34 頁 IPv4 到 IPv6 的過渡，不僅是技術上的過渡，還需要有一套推廣方法，管理策略，業(yè)務應用的實現(xiàn)。從網(wǎng)絡的過渡成本和可管理性出發(fā)，結合對網(wǎng)絡的分析和調(diào)查，參考很多觀點，視角的基礎上，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)絡過渡 階段不同的 IPv6 網(wǎng)絡類型。 根據(jù)上圖得出的分析結論，得出過渡代價關系表達式： c=kt/(s*r)們，其中，k 是一個常數(shù)， r是一個隨機量， s 代表過渡技術的效率，且 s， r=1 t 和 c的關系如下： 一方面，隨著向下一代網(wǎng)絡過渡需要的設備和科研逐漸投入，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)絡的投資和維護將持續(xù)增加，網(wǎng)絡過渡代價將隨之增大。 s 和 c成反比： 參數(shù) s由各種過渡技術及過渡技術組合方案在實際部署中的效率所決定，效率越高， c越小；反之越大； 隨機量 r 對 c的影響： 隨機 量 r指某種可以刺激 IPv6 部署的應用， r 的值越大， c的值約小。我認為，目前網(wǎng)絡過渡的一個關鍵問題是尋找這個隨機量 r。隨著應用熱點的轉移，如 IPTV，視頻會議等與視頻相關的應用越來越多，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用中產(chǎn)生。因為視頻所具有的特性與IPv6 的對 QOS 更好支持的特性相結合、適宜在 IPv6 上運行的普及型應用。 第 7 頁 共 34 頁 雙協(xié)議棧 雙協(xié)議棧 (Dual Stack)是在相關節(jié)點上安裝 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 (Dual stack nodes)既能與 IPv4 節(jié)點通信，又能與 IPv6 節(jié)點通信。 雙協(xié)議棧節(jié)點如下所示： 表 31 雙協(xié)議棧模型 應用層 傳輸層 IPv4 IPv6 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 隧道 隧道技術是將 IPv6 數(shù)據(jù)包封裝在 IPv4 分組中。隧道技術提供了單個 IPv6網(wǎng)絡 (或節(jié)點 )穿越 IPv4 網(wǎng)絡的技術。被 IPv4 網(wǎng)絡分隔的 IPv6 節(jié)點 (或網(wǎng)絡 )通過隧道技術產(chǎn)生一個虛擬鏈路，在這種方式下， IPv4 網(wǎng)絡充當 IPv6 的傳輸載體，共享 IPv4 網(wǎng) 絡的帶寬。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)過渡常用技術之一。隧道可以分為手工配置隧道、自動配置隧道、 6over 6to4 等類型。 4 建設原則及原有網(wǎng)絡分析 建設原則 校園網(wǎng)的建設要為學校的根本利益服務，要使校園網(wǎng)在學校的人才培養(yǎng)、學科建設和科研工作方面發(fā)揮最大作用，這是校園網(wǎng)成敗的關鍵。建設校園網(wǎng)的根本目的是為學校的教學、科研和管理提供先進實用的計算機網(wǎng)絡環(huán)境，為學校的發(fā)展和全球信息資源的共享而服務。校園網(wǎng)設計是否合理 ，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、上海交通大學、第二軍醫(yī)大學、北京郵電大學等近 15 所重點大學建設校園網(wǎng)的成功經(jīng)驗，我們認為 DR 大學校園網(wǎng)的建設應采用“整體規(guī)劃、分步實施”的方針，其總體設計方案的確定，不僅要考慮到近期目標，還要為系統(tǒng)的進一步發(fā)展和擴充留有余地。整個校園網(wǎng)絡的建設不是一朝一夕可以實現(xiàn)的，必須分步實施，設計中需要考慮各階段的情況，適應長遠發(fā)展，進行統(tǒng)一規(guī)劃和設計。 描述 DR大學原有校園網(wǎng) DR 大學校園網(wǎng)是一個綜合高效的教學和科研的校園計算環(huán)境。其主干網(wǎng)絡 第 8 頁 共 34 頁 采用 光纖通訊介質(zhì)，以千兆光傳輸技術為基礎覆蓋了整個校園。在高層網(wǎng)絡協(xié)議方面以 Intra 模型為基本架構，上層應用完全基于 TCP/IP 協(xié)議族實現(xiàn)。 (1)核心層 DR大學校園網(wǎng)初期采用的為不完全的 3層結構，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 作為中心節(jié)點。以放射狀 ，一個核心節(jié)點及幾組 12 芯單 模光纖、一組 4 芯單模光纖組成星型網(wǎng)絡。 連接到各教學樓的 Cisco 公司和 3Com， DLINK，銳捷網(wǎng)絡 的低端交換機設備 。 其中 Cisco 的 7206 路由器承擔 VLAN 間選路工作以及提供廣域網(wǎng)連接服務，Cisco WSC4503 交換機起端口擴展作用及流量匯聚作用。 (2)匯聚 /接入層 由于 DR 大學校園網(wǎng)建設的缺乏規(guī)范和統(tǒng)一的規(guī)劃，各建筑網(wǎng)所采用設 備均系“雜牌化”，無論是匯聚流量的 3 層交換機還是提供接入服務的接入層 2 層設備，共有 10 多家廠家的設備。 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)絡由核心節(jié)點向外輻射到各院系大樓的 4 芯光纜和上行的節(jié)點設備組成。院系大樓的局域網(wǎng)則通過上行節(jié)點設備連入校園骨干網(wǎng)?，F(xiàn)有主分支網(wǎng)節(jié)點 5 個。 DR 大學校園網(wǎng)原有分級拓撲如下圖所示： 圖 41 原有分級拓撲 原有網(wǎng)絡問題分析 DR大學校園網(wǎng)經(jīng)歷了從無到有，從小到大的過程，一部分設計，一分實現(xiàn)，然后連接為一體，并沒有一個整體、系統(tǒng)的設計。經(jīng)過 10 年的發(fā)展成為現(xiàn)在的網(wǎng)絡結構。校園新建筑的落成 ,對網(wǎng)絡的需求進一步的擴大 ,網(wǎng)絡覆蓋的空白點急 第 9 頁 共 34 頁 需解決 ,這是建設新的校園網(wǎng)的條件之一 (1)網(wǎng)絡結構問題 DR大學的 IPv4 核心網(wǎng)結構是由 Cisco 7206 路由器與 Cisco WSC4503 交換機相連接， 整個校園網(wǎng)不具備萬兆以太網(wǎng)的升級能力， 由 Cisco 7206 路由器來承擔整個校園網(wǎng) VLAN 間的 路由選擇，由 Cisco WSC4503 交換機來提供接入端口，并且 Cisco 7206 路由器也承擔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，轉發(fā)能力相對與三層交換機較弱。 DR 大學的這種網(wǎng)絡結構導致的核心層效率較低，而且一旦 Cisco 7206 路由器 DOWN 機，那么全網(wǎng)既陷入癱瘓狀態(tài)。 由于設備老化，模塊的耗盡，新的業(yè)務模塊不能被加 入，新建設的教學，交流中心部分不能直接接入校園網(wǎng)。 (2)冗余連接問題 DR 大學的校園網(wǎng)主干設備到分支節(jié)點主要有單條光纖鏈路與分支節(jié)點形成星型連接，沒有冗余連接。容易發(fā)生單點故障而影響整個網(wǎng)絡的可用性。由于設備的數(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)絡中心的主干設備 Cisco 7206 路由器和 Cisco WSC4503 交換機 負責全網(wǎng)的流量匯聚和數(shù)據(jù)高速轉發(fā)，隨著大學的發(fā)展，信息點的飛速增長，新的業(yè)務應用。數(shù)據(jù)流量增大，該設備基本處于滿負荷運行。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大學網(wǎng)絡現(xiàn)狀和應用業(yè)務的分析發(fā)現(xiàn)， DR 大學原有網(wǎng)絡采用的是千兆骨干，原有網(wǎng)絡中，匯聚層設備采用的都是現(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)的擴展能力，更無能力對病毒和黑客進行有效地防范和杜絕。 匯聚層 /接入層設備中部分支持 ，部分 支持，設備型號的混亂，功能不一，導致系統(tǒng)只能支持單一的基于端口的 VLAN 劃分，靈活性不高。 匯聚 /接入層所應用的網(wǎng)絡設備中種類繁多，像有 3Com、銳捷網(wǎng)絡和 DLink等廠商的設備，這樣管理起來非常麻煩。網(wǎng)絡需要統(tǒng)一管理，是 DR 大學急需解決的問題之一。 隨著校園擴建工程的的完工，新的學生公寓，會議中心，行政建筑，專項課題研究大樓的落成投入使用，原有的校園網(wǎng)已經(jīng)完全無法滿足當前的業(yè)務需求，升級校園網(wǎng)是適應高校發(fā)展的重點工程。 第 10 頁 共 34 頁 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)絡在高校中的地位，網(wǎng)絡的無故障運行時間也受到了管理者的重視?；谝陨蠁栴}的考慮， DR 大學提出改造原有的校園網(wǎng)。目標是提高網(wǎng)絡的帶寬、 滿足未來應用需求， 增加網(wǎng)絡的覆蓋區(qū)域和無故障安全運行時間。 DR大學升級網(wǎng)絡需求如下： (1)滿足未來應用需求，要求網(wǎng)絡設備支持 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)絡帶寬，提升設備性能，支持多業(yè)務，網(wǎng)絡核心設備、匯聚設備必須要滿足這一需要。要求強大和完整的第三層交換能力，支持今后的視頻點播、電視電話會議等寬帶多媒體應用。主干核心層與匯聚層實現(xiàn)萬兆速率連接，實現(xiàn)百兆到桌面。網(wǎng)絡技術可同時支持數(shù)據(jù)、語音、圖像等各種類型信息的傳輸。 (4) 對于網(wǎng)絡可靠性，要求骨干設備應具有很高的容錯能力，不僅要有設備級的冗余性，還應配備冗余引擎和冗余電源，所有的設備接口模塊可以進行熱插拔更換。 (5)建設新的網(wǎng)絡結構，改造原有 VLAN 間路由方式，采用流行的三層交換機來承擔 VLAN 間路由及轉發(fā)。 (6)為流量集中的學生公寓區(qū)的流量進行流量工程設計，充分利用冗余鏈路。 (7)對于網(wǎng)絡管理，要求采用智能化網(wǎng)絡管理軟件，實現(xiàn)對網(wǎng)絡的自動監(jiān)測和控制，用戶界面應該友好并能進行常見的網(wǎng)絡配置，支持虛擬網(wǎng)絡功能。 (8)為配合 IPv6 的部署，要求基礎網(wǎng)絡設備支持組播技術。 (9)要求在學校規(guī)模不斷擴大中，用戶數(shù)在持續(xù)增加，要求網(wǎng)絡具有很好的 擴展性，能夠根據(jù)需要逐步平滑升級到萬兆的骨干連接。 IPv4/IPv6工程升級的方向 IPv IPv4/IPv6 混合校園網(wǎng)絡，性能強大， ASIC 芯 片實現(xiàn) IPv6 的線速轉發(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，可獲得較大規(guī)模 IPv6 建設和使用經(jīng)驗。適合 IPv4 校園網(wǎng)升級為 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，逐步實現(xiàn)全網(wǎng)的IPv6 化，這樣可以保護原有投資，最大程度的減少網(wǎng)絡升級給用戶帶來的影響。 第 11 頁 共 34 頁 第一階段：為實驗大樓、文獻中心的所有的三層設備升級到 C