基于IPv6 校园网构建方案的研究与设计

王继成

（渤海大学，辽宁 锦州121013）

0 引言

随着我国社会经济的不断发展以及计算机信息技术的快速进步，人们对互联网的使用需求也发生了巨大变化.由于IPv4协议为基础的计算机网络存在严重的地址空间不足等问题，其在发展过程中面临着严峻的挑战，而单纯改进IPv4网络也不能从根本上解决人们对互联网提出的新要求［1］，在这个背景下，以IPv6为基础的计算机网络凭借巨大的网络地址空间，使得全球可以分配的IP地址远远超过原有IPv4的地址空间，有效解决了IPv4网络中暴露的问题，具有较大的应用价值和应用前景［2］.

校园网是互联网领域中重要的组成部分，随着互联网技术的不断发展以及高校发展规模不断扩大，校园网络的用户数量呈现出不断增加的趋势，所需的业务需求也不断提高，目前以IPv4协议为基础的校园网络已经无法适应现代化社会的发展需求［3］，构建基于IPv6协议的校园网是社会发展的必然趋势，因此研究构建基于IPv6网络的校园网具有十分重要的意义.

1 IPv6的相关概述

1.1 IPv6协议相关概述

1.1.1 基本特点

IPv6协议具有高效的报文结构、充足的地址空间、自动化的地址配置以及安全策略的统一性和邻居发现机制的高效性等特点.IPv6改进了原有的报文结构，报文结构中的包头分成了固定和扩展两个部分，让其能够进行有区别性的存储，让协议处理的过程得到了进一步简化；IPv6网络使用的地址空间为128位，巨大的地址空间能够有效解决IPv4网络中存在的网络拥堵和地址空间不足等情况［4］；IPv6网络在无状态的情况下有效提高了自动地址配置的技术和方式，真正实现了通讯自动化的目标.

1.1.2 数据包结构

在网络中利用IPv6网络实现数据传输工作，数据包是其中最基本的传输单元，其主要被分为能帮助路由器识别传输过程的IP包头以及数据传输过程中形成的有效荷载.使用IPv6进行数据传输，主要就是中间路由器通过识别IP包头，从而找到相关的传输协议等信息，并在主机间将信息进行传输，IPv6协议与传统IPv4协议存在的最基本的区别就是其有效荷载的基本结构不同，典型的IPv6协议数据包如图1所示.

1.2 IPv6的路由协议

与传统的IPv4网络协议的分配方式相比，IPv6的网络地址分配主要是基于网络地址分配不足的情况下进行发展的，所以在控制路由信息对路由表快速增长的情况进行了充分的考虑.IPv6使用更小的路由表，IPv6的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度.目前已知的IPv6路由来源包括链路层路由、静态路由和动态路由三种［5］.

1.3 IPv6的安全机制

为了让以IPv6协议为基础的数据传输安全性得到有效的保障，就必须要分析传输过程中的系统安全问题.一般情况数据传输的安全指标包括身份验证、数据传输的完整性、数据传输的机密性等相关内容.通过研究可以知道数据传输的安全性主要被分为网络层次和应用程序层次的数据安全性［6］.传统的IPv4协议中数据传输的安全机制主要是保证应用程序的安全性，而不能对数据传输过程中的安全性进行保证.而IPv6协议以新的报文结构为基础，通过结合ESP协议和AH包头，让数据传输过程中的加密性提高了，不仅能够保证数据编码的机密性，还能通过认证协议提高数据的完整性［7］.

2 目前我国IPv6应用过程中存在的问题研究

2.1 相关研究缺乏联系

在现代社会中，发达国家和发展中国家的差距较大，因此其计算机网络技术的发展也存在一定的不均衡性，而各个国家为了推动IPv6网络的发展，往往选择与本国国情相适应，且具有优势的领域进行研究.导致世界范围内与IPv6网络相关的研究之间不具备联系，各个研究成果也不能实现共享，出现了大量的重复工作，也让资源不断浪费.

2.2 IPv6应用推动不足

IPv6网络比IPv4网络虽然有着一些优势，但是这些优势在现有互联网应用过程中体现的还不是很明显.日常应用过程中IPv4网络还可以满足人们的日常使用需求，所以，IPv6网络的应用一直发展比较缓慢，我国对IPv6的研究起步较早，但是应用一直没有大面积推广.近年来，已经从国家的角度对IPv6应用进行大范围推广，包括淘宝，京东等应用上陆续推出了IPv6应用服务，互联网接入商也在大力研发IPv4到IPv6过渡技术.

3 基于IPv6校园网构建方案的研究与设计

3.1 构建基于IPv6校园网的设计原则

构建基于IPv6的校园网必须要遵循开放性、研究性、经济性、先进性、可靠性、安全性、扩展性以及可管理性等原则.其中开放性要求构建的IPv6校园网必须要不仅能够满足现代化的基本需求，同时还能够为我国以后的互联网建设提供经验；经济性是指在规划IPv6校园网的过程中，需要对原有的校园网建设基础进行充分考虑，避免出现重复建设、浪费资源的情况；先进性是指IPv6校园网必须要具备较强的设备处理和可扩展能力，才能有效弥补当前存在的计算机网络地址不足的问题；可管理性是指构建的IPv6校园网必须要应用相关的网络管理和监控软件来监控和管理校园网的实际使用情况［8］.

3.2 基于IPv6校园网的总体框架

一般情况下IPv6网络的总体结构包括网络应用支撑系统、计算机网络以及通信基础设施三大部分，其中网络应用支撑系统又被分为综合信息系统、物业智能管理系统以及音频视频管理系统；计算机网络包括主干网、接入网、路由策略、域名系统、综合接入系统以及无线网络系统；通信基础设施包括光纤传输系统和综合布线系统，总体结构如图2所示.

由图2可以知道，在整个IPv6校园网络当中，通信基础设施是物理基础，网络应用支撑系统是保障系统正常运行的基础，计算机网络则是实现IPv6校园网络功能的基础.在整个校园网络中最主要的传播介质是光纤，对外可以使用学校网络中心与运营商主干网之间的高速连接，对内可以采用单模光纤让学校单位与网络中心之间实现万兆速率的链接，在楼宇内部使用六类双绞线实现千兆网络到桌面，采用先进的AC和AP设备，进行无线网络覆盖，从而实现校园网络覆盖的目标［9］.

3.3 校园网络设计

3.3.1 划分网络层次

IPv6的校园网络层次结构主要为三层，其主要的网络体系包括：

（1）核心层：核心层主要是分担数据传输过程中的负载，从而限速转发数据流量，并实现数据流量的路由控制；

（2）汇聚层：该网络层次的结构主要是汇聚用户的网络流量，并基于此进行一定的控制和限制，所以在实际使用的过程中往往出现负载过重的情况；

（3）接入层：接入层的主要功能就是实现用户流量的发送目的.

3.3.2 规划地址

在规划IPv6校园网络的过程中，规划网络的IP地址是基于校园网的规划原则进行，并通过与层次、路由规划等进行协调，规定IP地址分配利用方式，有效的将校园网络资源的利用效率提高的过程.一般规划IP地址包括分配IP地址和划分子网两个部分.通常在规划IPv6校园网络地址的过程中需要遵循统一分配、灵活协调分配、节约性分配、层次性分配以及就近性分配等原则.

3.3.3 过渡方案

通过了解相关的研究知道，目前比较具有代表性的协议过渡技术包括双栈协议技术、隧道技术以及网络地址和协议的转化技术三种.其中双栈协议技术是一种具有直观性和基础性的解决技术，其主要基于IPv4协议和IPv6协议中共同的物理基础、传输层协议等进行解决，在网络传输节点当中同时支持这两种协议，能够在计算机网络当中让IPv4与IPv6协议得到兼容，从而让二者之间进行数据通信.三种协议过渡技术比较结果如表1所示.

表1 三种协议过渡技术比较

3.4 校园网运行管理体系

构建IPv6校园网主要应用于高校当中，当建成IPv6校园网络之后如何管理该网络，让其能够将作用充分发挥出来是设计规划阶段中需要充分考虑的问题.

3.4.1 划分传统网络管理的功能

传统网络管理当中包括网络故障管理、网络配置管理、网络性能、网络计费、网络安全等的管理内容.

（1）管理网络故障：由于现代社会中计算机网络中网络用户的数量较大，且网络使用的环境比较复杂，计算机网络在实际使用的过程中往往会遇到多种突发情况，严重影响了计算机网络的正常运行和使用，并会造成不可弥补的损失，针对网络意外情况产生的突发性和高危性，就必须要针对计算机网络故障构建出科学的故障管理系统，保证在发生故障的过程中，能够及时找到故障发生的原因，并采取有效措施解决产生的问题；

（2）管理网络配置情况：网络配置的管理主要是基于计算机网络硬件设备建设过程而开展的管理工作，一般情况下计算机网络选用的网络设备由多个厂家生产的设备组成，不同的厂家生产的网络设备之间存在一定的兼容性问题，所以在计算机网络建设的过程中就必须要将该类问题有效解决，并在设备使用之前进行一定的测试；

（3）管理网络性能：对网络性能进行管理就是将有限的网络资源利用起来，让其能够满足现代化社会中巨大的网络需求，所以必须要在使用的过程中优化网络使用的成本、资源以及流量等方面，让网络的服务能力得到保证；

（4）管理网络计费情况：对网络计费进行管理主要是以网络资源使用情况为基础的统计和检测管理工作，如果网络资源都是免费，则可以将网络资源进行合理配置，让广大用户的需求得到满足，如果网络不是免费，则可以针对用户使用网络资源的情况，根据流量情况和使用时间进行收费；

（5）管理网络安全情况：网络使用的安全性是让网络资源合理、合法得到使用的前提条件，其能够保证网络的使用秩序，一般网络安全性包括系统和传输安全性.

3.4.2 基于IPv6互联网的网络管理构建科学网络管理模型

IPv6协议的计算机网络，综合性与系统性得到了进一步增强，而面对计算机网络存在的复杂性，要求基于IPv6协议的计算机网络管理具有较强的管理能力，构建出科学的网络管理模型.目前比较典型的网络管理模型主要包括信息管理库、管理站以及管理代理和支持网络管理的网管协议，其进行管理的过程如图3所示.

由图3可以知道，管理站是整个网络管理系统的数据处理中心，相关的管理人员可以通过管理站开展相应的计算机网络管理工作.处于被管理地位的各个网络设备由网络管理站进行识别和管理，管理站能够将所有代理设备的信息进行翻译和存储，一般情况下，管理站会向各个管理设备通告相应的信息，被管理设备的代理依据相关的通告将设备信息内容回复到管理站当中，然后再由管理站根据相关的数据信息情况制定出具有针对性和科学性的管理策略，从而实现管理工作.在IPv6协议网络当中，管理信息库对IPv6协议的支持度和兼容度对网络管理工作的质量和效率有着非常重要的影响，因此必须要不断提高管理信息库对IPv6协议的兼容度，提高IPv6网络管理的质量和效率.

基于IPv6协议的互联网络管理的重点和难点在于网络管理信息的标准化，当在进行网络管理的过程中，如何进行大量网络设备之间以及设备与网络管理系统之间的信息交换等内容，是网络管理信息标准化研究的重点，目前IPv6计算机网络相关的信息标准还不完善，在实际使用的过程中会对网络管理的正常运行造成影响，而为了能够实现在IPv6网络中应用原有的IPv4网络，相关的研究学者还应进行更加深入的研究工作，保证基于IPv6校园网设计的合理性和科学性.

4 结束语

基于IPv6协议的校园网能够有效改善原有IPv4协议网络存在的不足，让用户能够得到更好的互联网服务.在建设基于IPv6的校园网的过程中，要综合考虑，结合多方面建设经验，做好建设方案.但是目前在研究基于IPv6协议校园网的过程中还存在研究联系不紧密等问题，加大了研究的重复量，造成了不必要的资源浪费，所以需要各个行业之间加大研究的紧密性，不断推动基于IPv6校园网的发展，进而推动整个互联网IPv6网络的前进.