王繼成

（渤海大學(xué)，遼寧 錦州121013）

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的快速進(jìn)步，人們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的使用需求也發(fā)生了巨大變化.由于IPv4協(xié)議為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)存在嚴(yán)重的地址空間不足等問(wèn)題，其在發(fā)展過(guò)程中面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，而單純改進(jìn)IPv4網(wǎng)絡(luò)也不能從根本上解決人們對(duì)互聯(lián)網(wǎng)提出的新要求［1］，在這個(gè)背景下，以IPv6為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)憑借巨大的網(wǎng)絡(luò)地址空間，使得全球可以分配的IP地址遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)原有IPv4的地址空間，有效解決了IPv4網(wǎng)絡(luò)中暴露的問(wèn)題，具有較大的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景［2］.

校園網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中重要的組成部分，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展以及高校發(fā)展規(guī)模不斷擴(kuò)大，校園網(wǎng)絡(luò)的用戶數(shù)量呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì)，所需的業(yè)務(wù)需求也不斷提高，目前以IPv4協(xié)議為基礎(chǔ)的校園網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代化社會(huì)的發(fā)展需求［3］，構(gòu)建基于IPv6協(xié)議的校園網(wǎng)是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，因此研究構(gòu)建基于IPv6網(wǎng)絡(luò)的校園網(wǎng)具有十分重要的意義.

1 IPv6的相關(guān)概述

1.1 IPv6協(xié)議相關(guān)概述

1.1.1 基本特點(diǎn)

IPv6協(xié)議具有高效的報(bào)文結(jié)構(gòu)、充足的地址空間、自動(dòng)化的地址配置以及安全策略的統(tǒng)一性和鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制的高效性等特點(diǎn).IPv6改進(jìn)了原有的報(bào)文結(jié)構(gòu)，報(bào)文結(jié)構(gòu)中的包頭分成了固定和擴(kuò)展兩個(gè)部分，讓其能夠進(jìn)行有區(qū)別性的存儲(chǔ)，讓協(xié)議處理的過(guò)程得到了進(jìn)一步簡(jiǎn)化；IPv6網(wǎng)絡(luò)使用的地址空間為128位，巨大的地址空間能夠有效解決IPv4網(wǎng)絡(luò)中存在的網(wǎng)絡(luò)擁堵和地址空間不足等情況［4］；IPv6網(wǎng)絡(luò)在無(wú)狀態(tài)的情況下有效提高了自動(dòng)地址配置的技術(shù)和方式，真正實(shí)現(xiàn)了通訊自動(dòng)化的目標(biāo).

1.1.2 數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)

在網(wǎng)絡(luò)中利用IPv6網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸工作，數(shù)據(jù)包是其中最基本的傳輸單元，其主要被分為能幫助路由器識(shí)別傳輸過(guò)程的IP包頭以及數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中形成的有效荷載.使用IPv6進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主要就是中間路由器通過(guò)識(shí)別IP包頭，從而找到相關(guān)的傳輸協(xié)議等信息，并在主機(jī)間將信息進(jìn)行傳輸，IPv6協(xié)議與傳統(tǒng)IPv4協(xié)議存在的最基本的區(qū)別就是其有效荷載的基本結(jié)構(gòu)不同，典型的IPv6協(xié)議數(shù)據(jù)包如圖1所示.

1.2 IPv6的路由協(xié)議

與傳統(tǒng)的IPv4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分配方式相比，IPv6的網(wǎng)絡(luò)地址分配主要是基于網(wǎng)絡(luò)地址分配不足的情況下進(jìn)行發(fā)展的，所以在控制路由信息對(duì)路由表快速增長(zhǎng)的情況進(jìn)行了充分的考慮.IPv6使用更小的路由表，IPv6的地址分配一開(kāi)始就遵循聚類（Aggregation）的原則，這使得路由器能在路由表中用一條記錄（Entry）表示一片子網(wǎng)，大大減小了路由器中路由表的長(zhǎng)度，提高了路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度.目前已知的IPv6路由來(lái)源包括鏈路層路由、靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由三種［5］.

1.3 IPv6的安全機(jī)制

為了讓以IPv6協(xié)議為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸安全性得到有效的保障，就必須要分析傳輸過(guò)程中的系統(tǒng)安全問(wèn)題.一般情況數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩笜?biāo)包括身份驗(yàn)證、數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?、?shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)密性等相關(guān)內(nèi)容.通過(guò)研究可以知道數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩灾饕环譃榫W(wǎng)絡(luò)層次和應(yīng)用程序?qū)哟蔚臄?shù)據(jù)安全性［6］.傳統(tǒng)的IPv4協(xié)議中數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩珯C(jī)制主要是保證應(yīng)用程序的安全性，而不能對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的安全性進(jìn)行保證.而IPv6協(xié)議以新的報(bào)文結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過(guò)結(jié)合ESP協(xié)議和AH包頭，讓數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的加密性提高了，不僅能夠保證數(shù)據(jù)編碼的機(jī)密性，還能通過(guò)認(rèn)證協(xié)議提高數(shù)據(jù)的完整性［7］.

2 目前我國(guó)IPv6應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題研究

2.1 相關(guān)研究缺乏聯(lián)系

在現(xiàn)代社會(huì)中，發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的差距較大，因此其計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展也存在一定的不均衡性，而各個(gè)國(guó)家為了推動(dòng)IPv6網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，往往選擇與本國(guó)國(guó)情相適應(yīng)，且具有優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域進(jìn)行研究.導(dǎo)致世界范圍內(nèi)與IPv6網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的研究之間不具備聯(lián)系，各個(gè)研究成果也不能實(shí)現(xiàn)共享，出現(xiàn)了大量的重復(fù)工作，也讓資源不斷浪費(fèi).

2.2 IPv6應(yīng)用推動(dòng)不足

IPv6網(wǎng)絡(luò)比IPv4網(wǎng)絡(luò)雖然有著一些優(yōu)勢(shì)，但是這些優(yōu)勢(shì)在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用過(guò)程中體現(xiàn)的還不是很明顯.日常應(yīng)用過(guò)程中IPv4網(wǎng)絡(luò)還可以滿足人們的日常使用需求，所以，IPv6網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用一直發(fā)展比較緩慢，我國(guó)對(duì)IPv6的研究起步較早，但是應(yīng)用一直沒(méi)有大面積推廣.近年來(lái)，已經(jīng)從國(guó)家的角度對(duì)IPv6應(yīng)用進(jìn)行大范圍推廣，包括淘寶，京東等應(yīng)用上陸續(xù)推出了IPv6應(yīng)用服務(wù)，互聯(lián)網(wǎng)接入商也在大力研發(fā)IPv4到IPv6過(guò)渡技術(shù).

3 基于IPv6校園網(wǎng)構(gòu)建方案的研究與設(shè)計(jì)

3.1 構(gòu)建基于IPv6校園網(wǎng)的設(shè)計(jì)原則

構(gòu)建基于IPv6的校園網(wǎng)必須要遵循開(kāi)放性、研究性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性、可靠性、安全性、擴(kuò)展性以及可管理性等原則.其中開(kāi)放性要求構(gòu)建的IPv6校園網(wǎng)必須要不僅能夠滿足現(xiàn)代化的基本需求，同時(shí)還能夠?yàn)槲覈?guó)以后的互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)；經(jīng)濟(jì)性是指在規(guī)劃IPv6校園網(wǎng)的過(guò)程中，需要對(duì)原有的校園網(wǎng)建設(shè)基礎(chǔ)進(jìn)行充分考慮，避免出現(xiàn)重復(fù)建設(shè)、浪費(fèi)資源的情況；先進(jìn)性是指IPv6校園網(wǎng)必須要具備較強(qiáng)的設(shè)備處理和可擴(kuò)展能力，才能有效彌補(bǔ)當(dāng)前存在的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)地址不足的問(wèn)題；可管理性是指構(gòu)建的IPv6校園網(wǎng)必須要應(yīng)用相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)管理和監(jiān)控軟件來(lái)監(jiān)控和管理校園網(wǎng)的實(shí)際使用情況［8］.

3.2 基于IPv6校園網(wǎng)的總體框架

一般情況下IPv6網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)包括網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用支撐系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及通信基礎(chǔ)設(shè)施三大部分，其中網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用支撐系統(tǒng)又被分為綜合信息系統(tǒng)、物業(yè)智能管理系統(tǒng)以及音頻視頻管理系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)包括主干網(wǎng)、接入網(wǎng)、路由策略、域名系統(tǒng)、綜合接入系統(tǒng)以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；通信基礎(chǔ)設(shè)施包括光纖傳輸系統(tǒng)和綜合布線系統(tǒng)，總體結(jié)構(gòu)如圖2所示.

由圖2可以知道，在整個(gè)IPv6校園網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，通信基礎(chǔ)設(shè)施是物理基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用支撐系統(tǒng)是保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)則是實(shí)現(xiàn)IPv6校園網(wǎng)絡(luò)功能的基礎(chǔ).在整個(gè)校園網(wǎng)絡(luò)中最主要的傳播介質(zhì)是光纖，對(duì)外可以使用學(xué)校網(wǎng)絡(luò)中心與運(yùn)營(yíng)商主干網(wǎng)之間的高速連接，對(duì)內(nèi)可以采用單模光纖讓學(xué)校單位與網(wǎng)絡(luò)中心之間實(shí)現(xiàn)萬(wàn)兆速率的鏈接，在樓宇內(nèi)部使用六類雙絞線實(shí)現(xiàn)千兆網(wǎng)絡(luò)到桌面，采用先進(jìn)的AC和AP設(shè)備，進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，從而實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)絡(luò)覆蓋的目標(biāo)［9］.

3.3 校園網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

3.3.1 劃分網(wǎng)絡(luò)層次

IPv6的校園網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)主要為三層，其主要的網(wǎng)絡(luò)體系包括：

（1）核心層：核心層主要是分擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的負(fù)載，從而限速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流量，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流量的路由控制；

（2）匯聚層：該網(wǎng)絡(luò)層次的結(jié)構(gòu)主要是匯聚用戶的網(wǎng)絡(luò)流量，并基于此進(jìn)行一定的控制和限制，所以在實(shí)際使用的過(guò)程中往往出現(xiàn)負(fù)載過(guò)重的情況；

（3）接入層：接入層的主要功能就是實(shí)現(xiàn)用戶流量的發(fā)送目的.

3.3.2 規(guī)劃地址

在規(guī)劃IPv6校園網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的IP地址是基于校園網(wǎng)的規(guī)劃原則進(jìn)行，并通過(guò)與層次、路由規(guī)劃等進(jìn)行協(xié)調(diào)，規(guī)定IP地址分配利用方式，有效的將校園網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率提高的過(guò)程.一般規(guī)劃IP地址包括分配IP地址和劃分子網(wǎng)兩個(gè)部分.通常在規(guī)劃IPv6校園網(wǎng)絡(luò)地址的過(guò)程中需要遵循統(tǒng)一分配、靈活協(xié)調(diào)分配、節(jié)約性分配、層次性分配以及就近性分配等原則.

3.3.3 過(guò)渡方案

通過(guò)了解相關(guān)的研究知道，目前比較具有代表性的協(xié)議過(guò)渡技術(shù)包括雙棧協(xié)議技術(shù)、隧道技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)地址和協(xié)議的轉(zhuǎn)化技術(shù)三種.其中雙棧協(xié)議技術(shù)是一種具有直觀性和基礎(chǔ)性的解決技術(shù)，其主要基于IPv4協(xié)議和IPv6協(xié)議中共同的物理基礎(chǔ)、傳輸層協(xié)議等進(jìn)行解決，在網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點(diǎn)當(dāng)中同時(shí)支持這兩種協(xié)議，能夠在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中讓IPv4與IPv6協(xié)議得到兼容，從而讓二者之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信.三種協(xié)議過(guò)渡技術(shù)比較結(jié)果如表1所示.

表1 三種協(xié)議過(guò)渡技術(shù)比較

3.4 校園網(wǎng)運(yùn)行管理體系

構(gòu)建IPv6校園網(wǎng)主要應(yīng)用于高校當(dāng)中，當(dāng)建成IPv6校園網(wǎng)絡(luò)之后如何管理該網(wǎng)絡(luò)，讓其能夠?qū)⒆饔贸浞职l(fā)揮出來(lái)是設(shè)計(jì)規(guī)劃階段中需要充分考慮的問(wèn)題.

3.4.1 劃分傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理的功能

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理當(dāng)中包括網(wǎng)絡(luò)故障管理、網(wǎng)絡(luò)配置管理、網(wǎng)絡(luò)性能、網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)、網(wǎng)絡(luò)安全等的管理內(nèi)容.

（1）管理網(wǎng)絡(luò)故障：由于現(xiàn)代社會(huì)中計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)用戶的數(shù)量較大，且網(wǎng)絡(luò)使用的環(huán)境比較復(fù)雜，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際使用的過(guò)程中往往會(huì)遇到多種突發(fā)情況，嚴(yán)重影響了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行和使用，并會(huì)造成不可彌補(bǔ)的損失，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)意外情況產(chǎn)生的突發(fā)性和高危性，就必須要針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障構(gòu)建出科學(xué)的故障管理系統(tǒng)，保證在發(fā)生故障的過(guò)程中，能夠及時(shí)找到故障發(fā)生的原因，并采取有效措施解決產(chǎn)生的問(wèn)題；

（2）管理網(wǎng)絡(luò)配置情況：網(wǎng)絡(luò)配置的管理主要是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備建設(shè)過(guò)程而開(kāi)展的管理工作，一般情況下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)選用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備由多個(gè)廠家生產(chǎn)的設(shè)備組成，不同的廠家生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間存在一定的兼容性問(wèn)題，所以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過(guò)程中就必須要將該類問(wèn)題有效解決，并在設(shè)備使用之前進(jìn)行一定的測(cè)試；

（3）管理網(wǎng)絡(luò)性能：對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行管理就是將有限的網(wǎng)絡(luò)資源利用起來(lái)，讓其能夠滿足現(xiàn)代化社會(huì)中巨大的網(wǎng)絡(luò)需求，所以必須要在使用的過(guò)程中優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)使用的成本、資源以及流量等方面，讓網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力得到保證；

（4）管理網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)情況：對(duì)網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)進(jìn)行管理主要是以網(wǎng)絡(luò)資源使用情況為基礎(chǔ)的統(tǒng)計(jì)和檢測(cè)管理工作，如果網(wǎng)絡(luò)資源都是免費(fèi)，則可以將網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行合理配置，讓廣大用戶的需求得到滿足，如果網(wǎng)絡(luò)不是免費(fèi)，則可以針對(duì)用戶使用網(wǎng)絡(luò)資源的情況，根據(jù)流量情況和使用時(shí)間進(jìn)行收費(fèi)；

（5）管理網(wǎng)絡(luò)安全情況：網(wǎng)絡(luò)使用的安全性是讓網(wǎng)絡(luò)資源合理、合法得到使用的前提條件，其能夠保證網(wǎng)絡(luò)的使用秩序，一般網(wǎng)絡(luò)安全性包括系統(tǒng)和傳輸安全性.

3.4.2 基于IPv6互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理構(gòu)建科學(xué)網(wǎng)絡(luò)管理模型

IPv6協(xié)議的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，綜合性與系統(tǒng)性得到了進(jìn)一步增強(qiáng)，而面對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)存在的復(fù)雜性，要求基于IPv6協(xié)議的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理具有較強(qiáng)的管理能力，構(gòu)建出科學(xué)的網(wǎng)絡(luò)管理模型.目前比較典型的網(wǎng)絡(luò)管理模型主要包括信息管理庫(kù)、管理站以及管理代理和支持網(wǎng)絡(luò)管理的網(wǎng)管協(xié)議，其進(jìn)行管理的過(guò)程如圖3所示.

由圖3可以知道，管理站是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，相關(guān)的管理人員可以通過(guò)管理站開(kāi)展相應(yīng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理工作.處于被管理地位的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備由網(wǎng)絡(luò)管理站進(jìn)行識(shí)別和管理，管理站能夠?qū)⑺写碓O(shè)備的信息進(jìn)行翻譯和存儲(chǔ)，一般情況下，管理站會(huì)向各個(gè)管理設(shè)備通告相應(yīng)的信息，被管理設(shè)備的代理依據(jù)相關(guān)的通告將設(shè)備信息內(nèi)容回復(fù)到管理站當(dāng)中，然后再由管理站根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息情況制定出具有針對(duì)性和科學(xué)性的管理策略，從而實(shí)現(xiàn)管理工作.在IPv6協(xié)議網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，管理信息庫(kù)對(duì)IPv6協(xié)議的支持度和兼容度對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理工作的質(zhì)量和效率有著非常重要的影響，因此必須要不斷提高管理信息庫(kù)對(duì)IPv6協(xié)議的兼容度，提高IPv6網(wǎng)絡(luò)管理的質(zhì)量和效率.

基于IPv6協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)管理信息的標(biāo)準(zhǔn)化，當(dāng)在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理的過(guò)程中，如何進(jìn)行大量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間以及設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)之間的信息交換等內(nèi)容，是網(wǎng)絡(luò)管理信息標(biāo)準(zhǔn)化研究的重點(diǎn)，目前IPv6計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的信息標(biāo)準(zhǔn)還不完善，在實(shí)際使用的過(guò)程中會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理的正常運(yùn)行造成影響，而為了能夠?qū)崿F(xiàn)在IPv6網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用原有的IPv4網(wǎng)絡(luò)，相關(guān)的研究學(xué)者還應(yīng)進(jìn)行更加深入的研究工作，保證基于IPv6校園網(wǎng)設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性.

4 結(jié)束語(yǔ)

基于IPv6協(xié)議的校園網(wǎng)能夠有效改善原有IPv4協(xié)議網(wǎng)絡(luò)存在的不足，讓用戶能夠得到更好的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù).在建設(shè)基于IPv6的校園網(wǎng)的過(guò)程中，要綜合考慮，結(jié)合多方面建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，做好建設(shè)方案.但是目前在研究基于IPv6協(xié)議校園網(wǎng)的過(guò)程中還存在研究聯(lián)系不緊密等問(wèn)題，加大了研究的重復(fù)量，造成了不必要的資源浪費(fèi)，所以需要各個(gè)行業(yè)之間加大研究的緊密性，不斷推動(dòng)基于IPv6校園網(wǎng)的發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)IPv6網(wǎng)絡(luò)的前進(jìn).