基于IPv4与IPv6技术相结合高校校园网络建设

高校校园网代表着国内Internet发展水平。1994年7月，中国教育和科研计算机网CERNET示范工程启动。同年，清华北大等顶尖大学建成了自己的校园网，这些网络是中国Internet的开端。目前，校园网主要以IPv4技术为核心，而IPv4存在先天不足，存在很多问题，很多学校的校园网络面临着IP地址盗用，IP地址冲突，移动性能差，安全性不好，配置复杂，路由表膨胀，端到端的业务模式缺少等问题。为了克服IPv4技术的不足，现阶段许多高校都提出了采用IPv6技术建设校园网络。据悉，海南师范大学IPv6校园网全部采用神州数码网络提供的标准化IPv6网络设备，基于IPv6／IPv4双栈模式，通过隧道技术接入CERNETIPv6试验床，为全校范围内的所有用户提供IPv6的接入服务。截至目前，该网络已经稳定运行半年，并承担了CERNET2海南节点，该IPv6校园网为省内其他院校提供了IPv6接入服务。

现今，高校一般都有新、旧两个校区，新校区一般使用的是IPv6技术，旧校区使用的是IPv4技术。造成了两个校区之间数据传输与网络连接之间存在很多的困难。在旧校区使用新的IPv6技术，建设全双栈网络，可以解决这个问题，但必须将原有网络设备淘汰弃用，投资过大，并有不同程度的设备资源浪费。实际上这种模式只适合新建的网络，并不适合所有的情况。因此，从实际出发，提出在高校进行IPv4和IPv6技术相结合的校园网络建设。

1 IPv4技术

IPv4(Internet Protocol version 4)是互联网协议(Internet Protocol，IP)的第四版，也是第一个被广泛使用，构成现今互联网技术的基石协议。IPv4可以运行在各种各样的底层网络上，比如端对端的串行数据链路(PPP协议和SLIP协议)、卫星链路等。局域网中最常用的是以太网(Ethernet)。

2 IPv6技术

由IP地址危机产生和发展起来的IPv6(Internet Protocol version 6)作为下一代互联网协议已经得到了各方的公认，针对IPv4的缺陷，IPv6在网络层做了很大的改变，除了采用128位地址解决IPv4存在的地址资源不足之外，还对报头进行了较大的改进，使之与IPv4的编址方式相比，具有更大的灵活性，提高了路由的效率和性能，使其在移动性和可扩展性方面有了很大提高。IPv6只对传输层的TCP，UDP和下层的数据链路层做了很少的修改，这点在工程化过程中非常重要，因为部署单纯的IPv6可以沿用IPv4的经验，甚至比IPv4还要简单。

3 IPv6和IPv4之间的共存与过渡

在很长的过渡期内，IPv6和IPv4必须共存，IPv6地址和IPv4地址也必须共存。同时还必须使新安装的IPv6系统能够向后兼容。这就是说，IPv6系统能够接收和转发IPv4分组，并且能够为IPv4分组选择路由。

向IPv6过渡主要有两种策略，即使用双协议栈和隧道技术。双协议栈是指在完全过渡到IPv6之前，使一部分主机或路由器装有两个协议栈，一个IPv4和一个IPv6，如图1所示。双协议栈主机或路由器既能够与IPv6的系统通信，又能够与IPv4的系统通信。在与IPv6主机通信时．双协议栈主机采用IPv6地址，在和IPv4主机通信时双协议栈主机采用IPv4地址。双协议栈主机可以通过对域名系统DNS的查询可以知道双协议栈主机中目的主机是采用哪一种地址。若DNS返回的是IPv4地址．双协议栈的源主机就使用IPv4地址；若DNS返回的是IPv6地址，则其源主机就使用IPv6地址。

向IPv6过渡的另一种方法是使用隧道技术。这种方法的要点就是在IPv6数据报要进入IPv4网络时，由实现了双协议栈的路由器将IPv6数据报封装成为IPv4数据报，使得整个IPv6数据报变成了IPv4数据报的数据部分。然后IPv6数据报就在IPv4网络的隧道中传输。当IPv4数据报离开IPv4网络中的隧道时，再由实现了双协议栈的路由器将其数据部分．即原来的IPv6数据报交给IPv6协议栈。

校园网中部署双协议栈网络是最理想的方法，如图2所示。其中，IPv4网络部分与原有校园网IPv4部分融合。这样对于新建校园网中的双栈用户就可以同时访问IPv6和IPv4网络。对于双栈终端，IPv4网关和IPv6网关均部署在汇聚3层交换机上。由于校园网内所有三层设备均是双栈设备，它既运行IPv4路由协议，也运行IPv6路由协议。不同协议的数据转发路径可能一致，也可以不同。所有校园网三层设备均为IPv4／IPv6双栈设备。为了实现IPv6校园网，新增1台IPv6出口路由器。IPv6出口路由器通过GE链路连接原有双栈核心交换机。

4 IPv4和IPv6之间共存与过渡的具体实施

IPv6和IPv4的共存与过渡需解决校园网内部IPv4-IPv4和IPv6-IPv6的业务问题；校园网内部IPv6-IPv4的业务问题；内部IPv6-外部IPv4的业务问题；内部IPv6-外部IPv6的业务问题。

4．1 解决办法一：现有IPv4网络的升级

4．1．1 旧校园网升级

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，则部署与业务互通方案类似的前述新建校园网；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IPv4核心设备互通，与外部则分别经原核心连接的CERNET或新增设备连接的CERNET2分别与外部IPv4和IPv6网络互通。

4．1．2 旧校园网升级——部分新建

旧校园网升级——部分新建(如图2所示)。校园网内部IPv4-IPv4，IPv6-IPv6业务分别利用新旧校园网直接互通。

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通过双栈边界路由器直接互通或使用隧道与非直连IPv6孤岛互通。

作者：李永锋 来源：现代电子技术