浅谈高校校园网IPv4向IPv6过渡问题及对策

0 引言

IPv4是目前我们最常用的网络传输协议，它的出现迅速普及了互联网络的发展。但是，随着接入网络设备的数量成几何级的增长，PC、手机、平板乃至穿戴设备的兴起，IPv4的缺陷也越来越明显，IP地址的枯竭、路由表急剧膨胀、网络服务质量的缺乏等都无法满足更高的网络需求。以 IPv6为代表的下一代互联网（NGI）技术演进逐渐成为人们的选择。

IPv6的发明引入了多项新的技术，特别是对寻址进行了扩展，128位的地址支持更多的设备接入，彻底解决了IPv4的地址不足问题。此外，IPv6采用的分级地址模式、标示服务质量与流量、IPSec服务等很多技术，极大提高了网络的效率和安全性，通过IPv6新增加的内置 IPSec安全协议和网络层数据进行的加密，保护了数据的完整性和安全性，使得目前的端对端数据传输更为可靠。基于以上多种优势，IPv4被IPv6所取代是网络未来发展的潮流和趋势。

1 IPv4向IPv6过渡面临的问题

1.1 IPv4设备存量大且改造不易

全面实现基于 IPv6协议的网络需要满足两点，一是网络全面启用IPv6；二是关闭IPv4协议。当下情况是很多高校的网络建设都非常的早，网络硬件型号多样且参差不齐，特别是老校区，都是以IPv4协议为当初的建网基础，IPv6的升级过程比新建一套IPv6网络更为困难，且如果需要全部同时改造成IPv6的网络，所花费的改造资金巨大，还容易影响用户在 IPv4网络上的正常运行，造成对教学工作的重大影响。

1.2 IPv6应用规模较小

虽然我国在2004年就宣布了下一代教育网CERNET2（采用纯 IPv6技术的下一代互联网主干网）正式开通，已经被应用的IPv6校园网络资源数量也有上千个，但是相对于整个教育网的规模占比来说仍然较小，特别对于一些地方普通高校来说，仍然无法有效地参与并发挥 IPv6所带来的红利效应。而且目前高校在IPv4上承载着教学科研、办公自动化、邮件、图书馆等多种业务和平台，如何顺利地从IPv4转向IPv6，这其中也包含着大量的软件修改工作和维护时间。

2 IPv4向IPv6的过渡技术

从IPv4向IPv6的过渡中，有大量的设备和应用需要进行转移，特别是IPv4如何与IPv6进行沟通是发展IPv6首先要解决的问题。为此，INTERNET工程组IETF（互联网工程任务组）提出了三种主要的过渡方案：双协议栈技术、隧道技术和网关地址转换/协议转换技术。

2.1 双协议栈技术

双协议栈技术是指网络中路由器和主机端同时运行 IPv4和IPv6两套协议栈，使之既能和IPv4通讯，也能和IPv6通讯。它在网络的每个节点上（含主机与服务器）都分配一个 IPv4和一个IPv6地址，是最兼容的通讯方式。虽然双协议栈解决了IPv4和IPv6的兼容性问题，但是对IPv4的地址不足的问题并没有解决，实际上是一台设备既分配了IPv4地址又分配了IPv6地址，当IPv6发展到后期时，IPv4仍然会陷入到地址不足的困境中，所以这种技术适合比较早期的迁移过程。

2.2 隧道技术

隧道技术是指通过现在的网络（主要指目前支持IPv4）来传输 IPv6分组。现有的 IPv4网络作为隧道，把两个独立的IPv6网络连接起来。它包括隧道入口和隧道出口，这些隧道节点都是双栈节点。在隧道入口对数据进行封装，通过网络传输后，再在隧道出口对数据进行拆封。隧道只起了一条物理通道的功能，并不需要专门的IPv6路由和链路，但是无法实现IPv4节点和IPv6节点间的直接通讯。隧道技术不仅适用于初期迁移，也适用于迁移后期阶段，建立IPv4 over IPv6隧道，可以将IPv6海洋中的IPv4孤岛连接起来。

2.3 网关地址转换/协议转换技术

网关地址转换/协议转换技术可以直接转换两种不同协议数据中的字段，是一种纯IPv4和IPv6通讯方式，相当于是在IPv4和IPv6中的一名翻译。翻译策略中NAT-PTT和TRT主要应用于网络汇聚层，相比之下NAT-PT更为常用。NAT-PT作为中间设备，可以根据双方协议不同的要求进行对应的语义翻译，两方的节点不用做任何改造，所有包括地址、协议等工作都由网络设备来完成，IPv4地址不足的问题得到了解决，同时NAT-PT提供了和 IPv4中 NAT相同的防护功能，通过扩展 ACL可以实现IPv4ACL上所有的防护功能。但是双方节点访问方式比较复杂，协议转换开销比较大，造成延时加大，当出现大量转换需求时，网络容易出现瓶颈，制约了网络的性能，不适合在大规模的网络中使用。通常采用在其他互通方式无法使用的情况时。

3 IPv4向IPv6过渡的主要对策

3.1 做好IPv4向IPv6的长远规划

IPv4向IPv6的过渡肯定不是一蹴而就的，它需要有一个厚积薄发的积累过程。两种协议长期共存是基本情况，因此如何做好统一长远的规划，便成了过渡的第一要务。这需要统一部署如何合理的利用目前已存在的 IPv4网络和资源，我们可以通过更换支持 IPv6的网络和链路设备；或是通过软件升级，使其支持IPv6协议达到目的。在升级前，需要结合高校自身情况进行评估后，制定合理的方案进行部署，现在不少高校先期会从更换核心交换机开始，通过更换成为双栈设备，就可以达到IPv4和IPv6各自运行的网络形成双核心汇聚网络，把之前 IPv6的孤岛情形转变成为IPv4和IPv6共存的环境，为以后IPv6的建设打下扎实的基础。

3.2 加强IPv6网络的资源丰富工作

IPv4向IPv6的升级不仅仅只是为了解决迫在眉睫的IP地址资源匮乏问题，还应该着眼于向用户提供全方位、更多元化的应用服务。回看目前大多数的网络应用都是基于 IPv4协议的，基于IPv6协议的应用还是相当缺乏的，可以向用户提供的IPv6业务则更有待多方协作开发。加快开发对底层协议透明化的程序，让用户使用的应用既可以运行在 IPv4协议上，也可以顺利的在IPv6上畅行无阻。除了做好目前基础应用的移植工作之外，还要积极投入到基于 IPv6的视频点播、无线宽带通讯、高清视频会议这些新型业务中去，通过这些服务有效支撑起校园数字化中的各项需求，这些工作不仅只需要依靠高校、试验单位的努力，更期待整个IT业界携手共进。

3.3 确保IPv4和IPv6网络的安全、稳定

虽然IPv6协议是IPv4协议的升级版本，但其实两者还是两个相对独立的逻辑网络，共同运行的情况必然长期存在。目前多数业务和平台还是部署在IPv4网络中的，就需要IPv6终端能对IPv4业务进行访问，做到沟通的顺畅无误，这是过渡的前提。虽然 IPv6在安全方面有巨大的改进，但是多链路接入的高校校园网络在接入IPv4和IPv6网络时，还需要注意对网络中异常攻击做好有效的安全防护。最后在部署过程中要注意不要有“求多贪大”的心态，要根据教学中的需要逐步加强动态化的教学资源建设。否则容易造成改造时资金量过大，改造完毕后资源使用不充分，造成资源浪费，同时用户在使用时也觉得变化过大，难以一时接受。

4 结束语

高校作为科研技术和教学最前端的阵地，工作中不仅只是探索新的技术，还要更注重学生的培养。他们肩负着运用和推广下一代网络的重担，学会并运用网络还只是个开始，利用网络交流和创造才是更高的目标。

全国高校对数字化校园应用的重视，必将掀起IPv4向IPv6过渡建设的热潮，这对于 IPv6推广和发展是十分关键的。在进行IPv6建设时，必须充分考虑到自身高校定位和需求，对IPv6进行科学地部署和规划，合理运用过渡技术，才能更好的发挥IPv6的优势，为学校的科研教学工作打下坚实的铺垫。