基于IPv4与IPv6技术相结合校园网络建设

摘 要：针对新、旧校园网络问题的差异，对新校园网络采取IPv6技术，而旧校园使用IPv4技术，以上两者的连接使用双栈IPv4 /IPv6过渡技术，校园网的三层设备均同时执行IPv4路由协议与IPv6路由协议。查询域名系统DNS能够明确双协议栈主机中目的主机的具体地址，而双栈终端IPv4与IPv6网关均分布于汇聚三层交换机中。以上校园网络建设方式具有成本低、能源消耗少、减少周期短等特点，对于校园网络建设来说综合性价比较高。

关键词：校园网络；IPv6；IPv4；双栈过渡技术

中图分类号：TP393.18

高校校园网技术的运用关系到我国互联网整体水平，我国首先在重点大学中开展校园网的建设工作，目前已经涵盖了各类型院校。当前校园网利用的主要为IPv4技术，可是IPv4技术存在诸多局限性，例如网络IP地址发生盗用、冲突，安全性得不到保障，配置不合理等等问题。

为了解决这一系列的问题，利用IPv6技术搭建校园网络平台的方式得到了推广，并且通过实际的验证，某大学采用标准化的IPv6网络设备搭建校园网，基于IPv6/IPv4双栈模式，再由隧道技术为媒介连入CERNET IPv6试验床，最终满足校内用户的用网需求，该项网络建设工程在半年内运行稳定，并且负责CERNET省级节点，能够为校外其他机构提供IPv6接入服务。

随着教育业的不断发展，许多校区都修建了新的校区，并且采用IPv6技术，但是老校区依旧靠IPv4技术提供网络服务，这就导致新老校区相互间的数据传输和网络连接中出现很多问题，将老校区的IPv4更换为IPv6是解决这种问题最直接的方式，但是必须将正常使用的IPv4设备丢弃，不可避免的造成了资源的浪费。所以为了在尽可能降低成本的条件下解决两种技术之间的传输问题是当前校园网建设亟需解决的问题，对此将IPv4与IPv6相结合的校园网建设是较为可行的办法。

1 IPv4技术与IPv6技术概念

IPv4即internet中的第四版，是最早被普及使用的协议，同时也是是当前互联网技术的基石协议，主要运用在PPP协议、SLIP协议以及卫星链路当中，最为常见的是以太网。

IPv6技术衍生于IP地址问题，其相比IPv4具有明显的优势，作为新一代互联网协议登上网络舞台，由于是建立在IPv4基础之上的，所以IPv6对于IPv4的众多缺陷做出了调整，不仅通过128位地址改善了IPv4中地址资源不足的问题，同时优化了报头，相比传统IPv4的编地方法而言具有更强的能动性，是路由的运行效率以及性能得到最大发挥，并且具有移动性和拓展性。IPv6技术改动较少的部分为数据链路层以及传输层的TCP、UDP，这样是为了在今后安装IPv6时能够利用IPv4的有益经验，从而降低部署的难度。

2 IPv4技术向IPv6技术的过渡

IPv6技术势必在未来完全取代IPv4技术，但是这个转变的过程是漫长的，在这当中必须保证IPv4与IPv6两种技术以及地质得以共存，同时要优化IPv6技术的兼容性，使其能够接受或者转发IPv4的信息，能够正确的为IPv4进行分组和路由选择。IPv4向IPv6过渡需要依靠两种技术，即隧道技术以及双协议栈。隧道技术是指在IPv6数据信息将要与IPv4对接时，以双协议栈路由器为媒介对IPv6数据报纸进行封装转化，将其变为IPv4数据报。

从而将IPv6数据报成为IPv4数据报中的一个组成部分，使其能够自如的在IPv4的网络隧道传送。当IPv4数据脱离隧道后，同样要利用双协议栈路由器的作用，使IPv6数据报重新返回IPv6协议栈。双协议栈则是在IPv4向IPv6转变的过程中，在主机、路由器中设置双协议栈，即IPv4各IPv6。设置双协议栈之后的主机或路由器可以与IPv4、IPv6两个系统均保持通信，并且根据主机类型能够灵活的变化地质，即当使用IPv4主机通信时时则使用IPv4地址，而与IPv6主机联系时地址会自动改变为IPv6的地址，双协议栈主机的特点在于能够经由对域名系统DNS的查询得知协议栈主机的具体IP地址，根据DNS的返回信息，自主变化IPv4或者IPv6地址。

由以上分析得知在校园中建设基于IPv4和IPv6技术相结合的校园网络是当前最为可行的办法，当IPv4与原来IPv4网络之间存在交合，那么新校区内的双栈用户就能够随意访问IPv4、IPv6两个网络。在双栈的终端处，IPv4以及IPv6网关均分布于汇聚三层交换机中。当前校园网当中的三层设备基本都是双栈涉设备，能够同时满足IPv4、IPv6两种路由协议，并且根据协议数据的差异其路径可能相同也可能存在差异。在校园网三层设备中增加一个IPv6出口路由器，GE链路负责连接IPv6与双栈核心交换机。

3 IPv4技术与IPv6技术相结合的研究

IPv4以及IPv6相互结合相互过度首先要解决内部IPv6-内部IPv6，内部IPv4-内部IPv4、内部IPv4-IPv6、内部IPv6-外部IPv4、内部IPv6-外部IPv6的相关问题，主要有以下集中解决方式。

3.1 升级老校区IPv4网络

首先，第一种方式是将IPv4系统更新。一部分的设备能够利用软件的更显升级来兼容双栈，如果重要设备能够更新，那么可以根据互通方案构建校园网络。如果涉及到新加双栈设备，那么新的IPv6网络泽宇IPv4网络分离在自己的网内互通，需要通过新增的双栈设备使NAT-PT和原IPv4核心设备的互通，而与外部IPv4以及IPv6的网络连通则要通过原连接的CERNET以及新增双栈设备的CERNET2。

其次，第二种方式在IPv4系统更新的基础上将部分新建。校园内部的IPv4-IPv4以及IPv6- IPv6通过新老校园网直接接通。校园网内部的IPv6-内部IPv4的接通需要经过IPv6校园网核心双栈交换机的NAT-PT来实现。内部IPv6-外部IPv4与外部的互通是利用双栈便捷路由器中的NAT-PT来实现。内部IPv6-外部IPv6的互通可以通过两种方式，一种是双栈边界路由器互通；另一种是通过隧道和未直接连接的IPv6孤岛互通。

然后，当为了防止对原有网络线路进行过多的更改，并且能够使用户顺利连接IPv6网络，还可以采取核心三层交换机转化为双栈设备的方式，这种方式与新建IPv6校园网相似。在IPv6网络建设的前提，如果用户数量不高，同时要控制设备的成本，可以使服务器替代路由器执行双栈设备的功能。

最后，还可以采取老校区校园网更新替换核心的方式，这种方式是依靠隧道技术，即在隧道的入口和出口对协议进行封装、取出的处理方式，实现数据相互的传输，因此隧道技术只对出口和入口进行修改即可，不需对其他部分进行调整，此种方式的操作性也较强。

3.2 新校区校园网的设计

一方面，在新校区校园设计时，有效考虑使用共同支持IPv6/ IPv4的网络设备构建组网，使两种业务流的互通得以在校园网平台上进行。校园网核心通过双栈三层交换机与IPv4交换机相连接即可，IPv6的三层功能不在汇聚层进行，而是由核心负责IPv6所有的三层功能。另外也可以用双栈三层交换机汇聚，形成有层次的IPv6网络。

另一方面，新建校园网主的义业务互通主要通过以下方面来实现：内部IPv6- IPv4经由双栈直接互通；内部IPv6- IPv4的互通利用双栈核心交换接的NAT-PT来实现；内部IPv6-外部IPv4外通的同样是利用NAT-PT；内部IPv4-外部IPv6同上；内部IPv6-外部IPv6的互通利用核心设备经由CERNET2实现。

4 基于IPv4与IPv6相结合校园通信建设的技术难点

SHT：SHT确定了IPv4以及IPv6的分组报头中翻译的方式，此类翻译是对每个分组都要翻译，同时可以与NAT-PT或者其他机制相结合，此种方式不适用在网络层加密以及数据完整性保护的情况下使用，而适用于纯IPv4、IPv6的站点通信中。

NAT-PT：在IPv4/ IPv6两者地址相互转换的时候，在两组之间对报头和语义进行分析，同时适用于纯IPv4和纯IPv6两者的通信，当涉及FTP等内嵌地址信息的斜体来说，NAT-PT还需要借助应用层的网关进行翻译。总的来说与IPv4的NAPT-PT之间没有较大差异。

BIA和BIS：BIA是在主机的SockerAPI以及TCP/IP两个模块当中增加API翻译器，包含域名解析器、函数映射器以及地质映射器三个组成部分，API能够根据IPv4 API做出对应的地址映射，与外部IPv6通信时靠控制IPv6当中的API函数。BIS依据SHT的跪在对网络层进行报头转换，BIS适合在双栈通信中使用。

5 结束语

本文研究了IPv4技术向IPv6技术过度过程中的双栈技术、隧道技术，研究实现两者互存的措施，并且经由实践证明切实可行，但是要注意的是，当IPv4与IPv6结合式的校园网，其安全性会面对到新的问题，需要在后期的工作中不断积累经验。

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作者简介：秦斌（1972.11-），男，本科，重庆人，计算机通讯中级，研究方向：互联网。

作者单位：中国联通乌鲁木齐市分公司，乌鲁木齐 830010