基于IPv6的下一代校园网设计
关键词： IPv6；隧道技术；双协议栈
摘 要
随着网络技术的快速发展，作为Internet基石的TCP/IP协议族正进行着一场前所未有的变革。这场变革的起因是IPv4协议在面对Internet发展时出现越来越多的不足，人们为解决这些不足提出用IPv6协议取代IPv4协议。IPv6具有诸如海量地址、组播、邻居发现、自动配置等许多新特性。然而，怎样实现IPv4向IPv6的平滑过渡，以及怎样在现有IPv4网络上进行IPv6组网仍然是目前IPv4/IPv6混合组网的主要的问题。本文将以在IPv4网络上进行IPv6的组网为目的展开设计工作。
本文首先收集并分析国内外关于IPv6协议及IPv6过渡问题的最新资料，分析IPv6新特性，描述了IPv6协议的组件、特性等。并对目前常用的三种过渡技术双协议栈、隧道和IPv6/IPv4协议与地址转换进行分析比较。然后，对校园网原有结构进行分析，提出网络升级方案，过渡期间的IPv4/IPv6的共存策略及如何在校园网中部署，分配了便于管理的IPv6地址，介绍了一个基于隧道技术的IPv6接入方案。构造了基于网络设备仿真软件的IPv6实验平台，在实验中本着立足实际情况，充分体现IPv6的特性的基础上，结合DR大学IPv4校园网现状，开展IPv6试验网实验与验证。
目 录
论文总页数： 34页
1 引言... 1
1.1 选题的意义... 1
1.2 所做的工作... 1
2 IPv6协议分析... 2
2.1 IPv6协议... 2
2.1.1 IPv6地址书写表示 2
2.1.2 单播组播任意播 2
2.1.3 ICMPv6数据报 3
2.1.4 邻居发现协议 4
3 IPv4/IPv6的过渡策略及技术... 5
3.1 过渡策略... 5
3.2 双协议栈... 7
3.3 隧道... 7
4 建设原则及原有网络分析... 7
4.1 建设原则... 7
4.2 描述DR大学原有校园网... 7
4.3 原有网络问题分析... 8
5 升级工程方案... 10
5.1 需求分析... 10
5.2 IPv4/IPv6工程升级的方向... 10
5.3 三步部署IPv6校园网方案... 10
5.3.1 通过隧道方式接入IPv6 Cernet2 13
5.3.2 网络管理 15
5.3.3 学生公寓的流量工程设计 16
5.4交换机基础性能需求计算及连接方式... 16
5.5设备配置... 18
6 为下一代校园网分配IP地址... 20
6.1 IP地址需求... 20
6.2 DR大学IPv6地址规划... 20
6.2.1 基于地域的规划 21
6.2.2 基于业务应用的规划 21
6.2.3 结合应用业务规划的方式 21
7 实验平台的构建与实现... 23
7.1 组网手段与分析方法... 23
7.1.1 关于Dynamips网络设备仿真软件 23
7.1.2 实验平台前期准备 24
7.1.3 登陆到实验设备,实现与仿真软件通信 25
7.2 IPv6 Over IPv4 手工隧道实验... 25
7.3 OSPFv3实验... 28
8 预算... 30
结 论... 32
参考文献... 32
致 谢... 32
声 明... 33
4.2 描述DR大学原有校园网
DR大学校园网是一个综合高效的教学和科研的校园计算环境。其主干网络采用光纤通讯介质，以千兆光传输技术为基础覆盖了整个校园。在高层网络协议方面以Intranet模型为基本架构，上层应用完全基于TCP/IP协议族实现。
(1)核心层
DR大学校园网初期采用的为不完全的3层结构，既核心和汇聚/接入混用，中心采用Cisco的7206路由器和Cisco WS-C4503交换机作为中心节点。以放射状，一个核心节点及几组12芯单模光纤、一组4芯单模光纤组成星型网络。连接到各教学楼的Cisco公司和3Com，D-LINK，锐捷网络的低端交换机设备。
其中Cisco的7206路由器承担VLAN间选路工作以及提供广域网连接服务，Cisco WS-C4503交换机起端口扩展作用及流量汇聚作用。
(2)汇聚/接入层
由于DR大学校园网建设的缺乏规范和统一的规划，各建筑网所采用设备均系“杂牌化”，无论是汇聚流量的3层交换机还是提供接入服务的接入层2层设备，共有10多家厂家的设备。
线路的连接都采用单上连方式，没有冗余连接及备份策略。
分支网络由核心节点向外辐射到各院系大楼的4芯光缆和上行的节点设备组成。院系大楼的局域网则通过上行节点设备连入校园骨干网。现有主分支网节点5个。DR大学校园网原有分级拓扑如下图所示：
图4-1 原有分级拓扑
4.3 原有网络问题分析
DR大学校园网经历了从无到有，从小到大的过程，一部分设计，一分实现，然后连接为一体，并没有一个整体、系统的设计。经过10年的发展成为现在的网络结构。校园新建筑的落成,对网络的需求进一步的扩大,网络覆盖的空白点急需解决,这是建设新的校园网的条件之一
(1)网络结构问题
DR大学的IPv4核心网结构是由Cisco 7206路由器与Cisco WS-C4503交换机相连接，整个校园网不具备万兆以太网的升级能力，由Cisco 7206路由器来承担整个校园网VLAN间的路由选择，由Cisco WS-C4503交换机来提供接入端口，并且Cisco 7206路由器也承担了接入路由器的工作。我们知道路由器的路由功能是基于软件的，转发能力相对与三层交换机较弱。DR大学的这种网络结构导致的核心层效率较低，而且一旦Cisco 7206路由器DOWN机，那么全网既陷入瘫痪状态。
由于设备老化，模块的耗尽，新的业务模块不能被加入，新建设的教学，交流中心部分不能直接接入校园网。
(2)冗余连接问题
DR大学的校园网主干设备到分支节点主要有单条光纤链路与分支节点形成星型连接，没有冗余连接。容易发生单点故障而影响整个网络的可用性。由于设备的数量，类型，模块耗尽，不能支持流量的均分，也不能支持基于协议的流量工程。
(3)核心层问题
网络中心的主干设备Cisco 7206路由器和Cisco WS-C4503交换机负责全网的流量汇聚和数据高速转发，随着大学的发展，信息点的飞速增长，新的业务应用。数据流量增大，该设备基本处于满负荷运行。影响了数据的传输，增大了传输延时，可靠性降低。
(4)汇聚层/接入层问题
通过对DR大学网络现状和应用业务的分析发现，DR大学原有网络采用的是千兆骨干，原有网络中，汇聚层设备采用的都是现在看来比较低端和落后的产品，均不具备ACL功能，从而制约了校园网的扩展能力，更无能力对病毒和黑客进行有效地防范和杜绝。
汇聚层/接入层设备中部分支持802.1X，部分支持，设备型号的混乱，功能不一，导致系统只能支持单一的基于端口的VLAN划分，灵活性不高。
汇聚/接入层所应用的网络设备中种类繁多，像有3Com、锐捷网络和D-Link等厂商的设备，这样管理起来非常麻烦。网络需要统一管理，是DR大学急需解决的问题之一。
随着校园扩建工程的的完工，新的学生公寓，会议中心，行政建筑，专项课题研究大楼的落成投入使用，原有的校园网已经完全无法满足当前的业务需求，升级校园网是适应高校发展的重点工程。
5 升级工程方案
5.1 需求分析
对老的校园网重新改造，以适应今天网上视频、语音及数据等信息的传输。另外，由于校园网络在高校中的地位，网络的无故障运行时间也受到了管理者的重视。基于以上问题的考虑，DR大学提出改造原有的校园网。目标是提高网络的带宽、满足未来应用需求，增加网络的覆盖区域和无故障安全运行时间。
DR大学升级网络需求如下：
(1)满足未来应用需求，要求网络设备支持IPv6协议，制定IPv4/IPv6的过渡策略，随着改造校园网的进程逐步部署IPv6，申请IPv6地址并合理分配。
(2)校园网的多出口，一为Internet，二为Cernet（教育科研网），三为Cernet2（IPv6主干网）
(3)提高网络带宽，提升设备性能，支持多业务，网络核心设备、汇聚设备必须要满足这一需要。要求强大和完整的第三层交换能力，支持今后的视频点播、电视电话会议等宽带多媒体应用。主干核心层与汇聚层实现万兆速率连接，实现百兆到桌面。网络技术可同时支持数据、语音、图像等各种类型信息的传输。
(4) 对于网络可靠性，要求骨干设备应具有很高的容错能力，不仅要有设备级的冗余性，还应配备冗余引擎和冗余电源，所有的设备接口模块可以进行热插拔更换。
(5)建设新的网络结构，改造原有VLAN间路由方式，采用流行的三层交换机来承担VLAN间路由及转发。
(6)为流量集中的学生公寓区的流量进行流量工程设计，充分利用冗余链路。
(7)对于网络管理，要求采用智能化网络管理软件，实现对网络的自动监测和控制，用户界面应该友好并能进行常见的网络配置，支持虚拟网络功能。
(8)为配合IPv6的部署，要求基础网络设备支持组播技术。
(9)要求在学校规模不断扩大中，用户数在持续增加，要求网络具有很好的
扩展性，能够根据需要逐步平滑升级到万兆的骨干连接。
