基于大二层结构的IPv6双栈技术在校园网络中的应用——以云南师范大学为例*

陈彬

(云南师范大学 网络与信息中心，云南 昆明 650500)

随着计算机信息技术的不断发展，人们对互联网使用的要求也越来越高，传统的IPv4网络面临严峻的挑战[1].随着IPv6标准的颁布，中共中央办公厅、国务院办公厅联合印发了《推进互联网协议第六版(IPv6) 规模部署行动计划》，提出了下一代互联网发展的规划和目标，意在加快推进我国IPv6规模部署，促进互联网健康发展.

高校校园网络是互联网建设与发展的重要组成部分，基于IPv4协议的校园网络已经无法适应信息技术发展需求，构建基于IPv6协议的校园网是高校校园网络发展的必然趋势.由于IPv4技术成熟，应用广泛，从IPv4过渡到IPv6需要较长的时间，在这个过程中需要解决基于两种协议的网络的稳定性和可操作性.

本文在分析云南师范大学原有校园网络环境的基础上，综合考虑IPv4向IPv6过渡面临的多种问题，针对问题采取了高效、快速、安全、可靠的网络部署方式，顺利实现了校园网IPv6部署.

1 原有网络环境

云南师范大学呈贡主校区校园网分为核心层、汇聚层和接入层三层网络结构，核心层为一台RG -12010，接入层设备按照区域在汇聚层汇聚后接入核心层.学校现有出口包含多条运营商链路和一条教育网链路，其中教育网链路提供IPv6出口带宽服务.

2 IPv4和IPv6的过渡技术

IPv4和IPv6的过渡技术主要有：隧道技术、NAT-PT、无状态翻译技术和双栈协议[2]，它们各有其技术特点、使用范围和存在的问题[3];其中，双栈协议技术和隧道技术比较成熟，双栈技术是在支持双栈协议的网络节点上开通IPv4和IPv6的应用与管理，能够对IPv4和IPv6分组进行处理;隧道技术主要是把IPv6协议的分组封装到IPv4协议分组中去，通过IPv4进行传输，到达目的地址后再取出IPv6分组数据;表1为这两种技术的对比.

原有的网络结构为传统的三层架构，网关部署在汇聚层，由于区域大汇聚和楼宇汇聚等设备不支持IPv6 OSPFv3动态路由协议[4]，必须使用静态IPv6路由，组网难度大，后续维护管理复杂；而且接入层、汇聚层交换机都不支持IPv6 ND-SNOOPING和ND-CHECK等安全接入功能[5]，IPv6网络安全得不到保障.此外，在升级改造过程中，还需考虑采购设备的投入及后续升级问题；综合考虑上述因素，拟采用大二层结构[6]的双栈技术来进行IPv6部署，保留接入层、汇聚层交换机，将不支持IPv6动态路由协议的设备作为二层交换设备使用，对核心设备进行升级改造，同时将各业务网关上移至核心层，升级后的核心设备可支持IPv6各项功能，并实现IPv4与IPv6两个网络之间的网络互通和资源互访.

表1 两种过渡技术的对比Table 1 Comparison of two transition technologies

3 IPv6实施及测试

双栈技术在路由交换设备上使用IPv4和IPv6两套协议，设备可以根据数据进行分析，依据不同的版本信息选择不同的协议栈进行数据处理，它们按照各自的路由协议在网关设备上进行计算，维护不同的路由表.目前，绝大部分操作系统和网络厂家的网络设备都支持双协议栈.升级改造后的网络拓扑如图1所示.

图1 改造后校园网拓扑结构Fig.1 Campus network topology after transformation

改造后所有网关都上移至核心交换机，网络结构由原来的传统三层结构变为大二层结构.目前，学校有1 G的教育网IPv6出口带宽，核心设备与出口设备间部署静态路由[7]和OSPFv3实现全网可达.在改造为大二层结构后，核心交换机采取无状态自动获取IP地址的方式来为IPv6终端设备分配地址.此外，在核心设备上完成与第三方认证系统的对接[8]，实现用户在通过IPv4认证后，能正常访问IPv6资源.

IPv6地址分配可以使用“无状态SLAAC”、“有状态DHCPv6”或“DHCPv6 relay”3种分配方式[9]，此次改造使用“无状态SLAAC”方式并通过MAC-to-EUI64转换方法来实现用户的地址分配.基于学校整体规划，按办公区有线、办公区无线、宿舍区有线和宿舍区无线分配不同地址段，IPv6前缀为/64[10],从而方便管理及对安全策略进行调整.

实施完成后，在用户端进行30 d的连通性测试.在校园网内不同地点进行终端到校内核心层网关连通性测试，平均时延2 ms，丢包率为0%；此外，选择互联网目的地址进行终端到互联网的连通性测试，如新浪、百度和搜狐等，平均时延60 ms，丢包率为0%；测试结果达到使用要求，链路质量良好.

4 结语

在云南师范大学原有校园网络环境下，通过升级网络核心设备，运用基于大二层下的IPv6双栈技术实施IPv6校园网络建设，该方案不仅方便、快捷地完成了IPv6网络部署，减少了投入成本，并且优化了校园网的传输性能，降低了校园网运维的难度和成本.