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Ipv6在高校校园网中的应用
摘 要 文章对ipv6基本概念，ipv6的实现技术及实现ipv6的现行技术进行了阐述，结合学校校园网的ipv6实际解决方案，系统描述了ipv6在网络出口设备Cisco6503上的配置和在ipv6在网络核心设备Cisco6513上的配置，以及ipv6在我校校园网中的实际应用。
关键词 ipv6；隧道技术；双协议栈技术
1 引言
现有的互联网是在IPv4协议的基础上运行。IPv6是下一版本的互联网协议，它的提出最初是因为随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将影响互联网的进一步发展。为了扩大地址空间，拟通过IPv6重新定义地址空间。IPv4采用32位地址长度，只有大约43亿个地址，估计在2005～2010年间将被分配完毕，而IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPv6实际可分配的地址，整个地球每平方米面积上可分配1000多个地址。在IPv6的设计过程中除了一劳永逸地解决地址短缺问题以外，还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题。IPv6的主要优势体现在以下几方面：扩大地址空间、提高网络的整体吞吐量、改善服务质量(QoS)、安全性有更好的保证、支持即插即用和移动性、更好实现多播功能。
2 ipv6实现技术概述
从ipv4到ipv6 的转换必须使ipv6能够支持和处理ipv4体系的遗留问题。目前，IETF（ Internet Engineering Task Force）已经成立了专门的工作组，研究ipv4 到ipv6 的转换问题，并且已提出了很多方案，主要包括以下几个类型：
2.1 双协议栈技术
在开展双堆栈网络时，主机同时运行两种协议，使应用一个一个地转向ipv6 进行传输。它主要用于与ipv4 和ipv6设备都进行通信的应用。双堆栈将在Cisco Ios软件平台上使用，以支持应用和Telnet，Snmp，以及在ipv6传输上的其它协议等。
2.2 隧道技术
随着ipv6网络的发展，出现了许多局部的ipv6 网络，但是这些ipv6网络需要通过ipv4 骨干网络相连。将这些孤立的“ipv6 岛”相互联通必须使用隧道技术。利用隧道技术可以通过现有的运行ipv4 协议的Internet 骨干网络（ 即隧道）将局部的ipv6网络连接起来，因而是ipv4向ipv6 过渡初期最易于采用的技术。
路由器将ipv6 的数据分组封装入ipv4，ipv4 分组的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的ipv4地址。在隧道的出口处，再将ipv6分组取出转发给目的站点。隧道技术只要求在隧道的入口和出口处进行修改，对其他部分没有要求，因而非常容易实现。但是隧道技术不能实现ipv4 主机与ipv6 主机的直接通信。
2.3 网络地址转换/ 协议转换技术
网络地址转换/ 协议转换技术NAT-PT（Network Address Translation-Protocal Translation）通过与S||T 协议转换和传统的ipv4 下的动态地址翻译NAT 以及适当的应用层网关（ALG）相结合，实现了只安装了ipv6 的主机和只安装了ipv4机器的大部分应用的相互通信。上述技术很大程度上依赖于从支持ipv4的互联网到支持ipv6 的互联网的转换，我们期待ipv4 和ipv6 可在这一转换过程中互相兼容。目前，6tot4 机制便是较为流行的实现手段之一。
3 我校校园网ipv6解决方案
我校共有两个校区：老校区和新校区，两个校区之间通过新校区的Cisco6513和老校区Cisco6509万兆相连，Cisco6513又与边界出口Cisco6503相连。
网络拓扑图如下（图1）：
针对网络从IPv4向IPv6演进过程中面临的IPv4和IPv6相互之间的通信以及如何实现IPv6网络与现有IPv4网络无缝连接等问题，所以我校在教育网上采用
隧道技术、双栈技术和地址头翻译技术实现对ipv6网络的互访，即借助当今纯熟的ipv4技术，对ipv6数据包实行ipv4格式的封装与解封装。
我校实际的ipv6配置如下：
在核心设备6573的ipv6配置如下：
interface GigabitEthernet12/47
description cumt ipv6 link
ipv6 address 2001:DA8:100D:1::2/64 // 6513与6503的三层对接ipv6地址的配置
interface Vlan12
no ip redirects
ipv6 address 2001:DA8:100D:2::1/64 // ipv6的vlan配置
ipv6 enable //在Cisco6513上启动ipv6协议
ipv6 route ::/0 2001:DA8:100D:1::1 // ipv6默认路由配置
在出口设备Cisco6503上的ipv6配置如下：
interface GigabitEthernet3/47
ipv6 address 2001:DA8:100D:1::1/64 // 6503与6513的三层对接ipv6地址的配置
ipv6 route 2001:DA8:100D::/48 2001:DA8:100D:1::2
ipv6 route ::/0 2001:DA8:A3:F00B::1
ipv6 unicast-routing // ipv6的路由配置
interface Tunnel0 //ipv6隧道配置
ipv6 address 2001:DA8:A3:F00B::2/64 //源端的ipv6地址
ipv6 enable//启动ipv6协议
tunnel source 202.119.200.129 //隧道源端ipv4地址
tunnel destination 202.112.53.38 //隧道目的端ipv4地址
tunnel mode ipv6ip //隧道模式为ipv6
教育网防火墙上的配置如下：
access-list 102 extended permit ip any host 202.119.200.129 //允许校内及校外的访问通过ipv6隧道
目前ipv6在我校已经很好的应用起来，校内用户能够方便的访问外面的ipv6网络资源，而我校也已经分别建立了ipv6的www服务器及ipv6的DNS解析，以提供外面用户对我校ipv6网络资源的访问。
（图1）
4 结论
ipv6在我校的良好应用，进一步体现了ipv6的强大魅力，虽然目前还不能完全取代ipv4，但是，在不远的将来ipv6一定能够取代ipv4，从而实现全范围的纯粹的ipv6网络的运行。
参考文献
[1] 实现ipv4向ipv6过渡的隧道技术6tot4.计算机工程与应用. 2002年 第18期
[2] ipv4向ipv6的过渡技术综述.北京邮电大学学报. 2002年 第4期
[3] 如何从ipv4过渡到ipv6. 计算机时代. 2004年 第8期
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2019年3月《关于2018年国民经济和 社会 发展计划执行情况与2019年国民经济和 社会 发展计划草案的报告》正式发布，报告列举了2019年中国要推进的70个大型工程项目，其中将5G和IPv6列为第十大工程：“加快5G商用步伐和IPv6规模部署，加强人工智能、工业互联网、物联网等新型基础设施建设和融合应用”。
2019年，IPv6进入了第二阶段，预期到2020年末，IPv6流量必须要占据50%，新增网络不再使用IPv4，排名靠前的互联网应用、企事业单位、运营商的固定和移动网络全部要支持IPv6商用。IPv6协议不是对IPv4协议的简单扩展，也不能做拿来主义直接去用，IPv6也要面对一些新问题的出现，所以IPv6自己也要不断做创新。由此，不少新的IPv6技术随之而来，这些技术完全为IPv6技术量身定做，打着深深的IPv6技术的烙印。下面，我们就来介绍几个当前比较火的IPv6技术。
SRV6技术
Segment Routing(SR)技术是由Cisco提出的源路由机制，旨在IP和MPLS网络引入可控的标签分配，为网络提供高级流量引导能力，简化网络。SR有两种方法，一种是基于MPLS的Segment Routing(SR-MPLS)，另一种是基于IPv6的Segment Routing(SRv6)。SRv6是IPv6与SR技术的结合，依靠IPv6地址的灵活性，通过IPv6报文的扩展支持隧道功能，从而取消了MPLS转发承载技术，将普通IP转发和隧道转发统一，简化网络。SRv6使用嵌入在IPv6数据包中的SRH(Segment Routing Header)，支持SRH节点读取报头、更新指针、交换目标地址并转发，这是一种基于IPv6网络的SR技术，目前仍是IETF的草案。
SRv6从2017年开始启动标准化进程，短短一年半，已有超50个的草案，覆盖组网的各个方面，可见大家对SRv6技术的热情程度。不过，SRv6对ASIC提出了一些特殊要求，SRv6节点必须沿SR路径执行多个操作，包括读取SRH，将IPv6目标字段重写到路径中的下一个节点，更新指针以及执行特定于节点的操作，目前我们还没有看到支持SRv6的网络设备出现，仍是处于技术研讨阶段，相信在后面的ASIC中会添加支持SRv6。在软件中，Linux内核通过SREXT内核模块支持内核版本4.10的SRv6，开源FD.io项目也支持SRv6。SRv6实质上是SR在IPv6中的落地，鉴于IPv6本身协议应用还没有IPv4普及，所以当前SR-MPLS更实际一些，而且SR-MPLS不需要任何特殊ASIC要求，仅需要特定的SR-MPLS控制平面软件，不影响ASIC转发数据包能力，已有实际应用落地。
DIP(Deterministic IP)技术
在IPv6包头中唯一新增的Flow Label字段，为基于流差异化服务提供了更方便的网络层识别方式，使得路由器对流的识别不再依赖传统的五元组，可以在不解析TCP/UDP四层传输层包头的条件下，实现对流的精准识别，并匹配相应的流转发策略。
IP协议最初的“尽力而为(Best Effort)”已满足不了新应用场景中差异化服务的需求，确定性服务最早在IETF DetNet工作组被提出来，旨在为数据流提供确定性低时延及低抖动的IP层转发，并孵化出DIP(Deterministic IP)技术，DIP能够通过确定性的报文调度和核心无状态的网络架构，同时实现三层大网端到端时延确定性和大规模可扩展性，使得在IP网络可以为高优先级别的流提供确定性的转发服务。所谓确定性服务指的是服务选择中QoS信息往往具有不确定性，通过一些技术处理达到相对的确定，以便更好地进行流量调度。DIP技术不仅在流量调度上可以大显身手，在IP溯源技术上也有建树。DIP利用确定包标记溯源法，记录边界路由器IP包，可获得相应入口地址和攻击源所在子网，这种溯源方法简单高效。
Multi-homing技术
Multi-homing多宿主技术是一种重要的网络服务方式，具有提高网络可靠性、实现均衡复杂、增加网络带宽、保证传输层存活性等优点。Multi-homing并不是IPv6的一个新概念，但在多宿主环境中部署IPv6，还是会遇到不少新问题。IPv6的自动配置功能，采用格式正确的ICMPv6路由器公告(RA)，会引起设备安装传送路由器的默认路由，当不止一个路由器发送这样的数据包时，问题就会出现。虽然两个路由器发送这种格式正确数据包的可能性微乎其微，可是在测试网络中，路由器公告很容易溜出去、跑到生产环境上，或者是跑到不同的测试网络上，从而造成严重破坏。
Multi-homing问题会导致流量似乎丢失或从来没有被发送。区别在于，它时而行，时而不行，似乎是间歇性的。这归因于计时器或生命周期的不同，让设备有一个“恢复”期间，它在这段期间似乎会正常运行。在IPv6中，可以通过路由策略、主机中心策略和网关策略来解决Multi-homing问题。路由策略使用BGP的IPv6多宿主或者“隧道”机制的IPv6多宿主和ISP之间协商的多宿主实现。主机中心策略是通过主机来实现链路容错性和均衡复杂能力的，由主机对源地址和目的地址进行选择，选择不同的源地址相当于选择了不同的ISP。网关策略在多宿主站点和上游ISP网络之间使用一个网关，对源地址的转换达到多宿主的目的。Multi-homing技术不是IPv6特有，IPv4网络中就存在了，不过Multi-homing在IPv6部署时会遇到新问题，因而基于IPv6的Multi-homing出现了各种应对策略。
除了以上三种，IPv6还有Mobile IP，VXLAN over IPv6等一系列新的技术，很多都处于标准草案阶段，大家对IETF RFC草案标准贡献也比较活跃。现在的IPv6网络部署仍处于初级阶段，随着IPv6网络的普及，这些新技术迎来了实践的机会，相信还会不断有新的技术加入进来。从IPv4到IPv6，不仅仅是简单的地址长度增加，借助于这次网络变革，IPv6也设计了许多解决以往网络顽疾的新技术，寄希望在IPv6网络到来之时，顺便解决掉。从IPv4到IPv6的进化过程已不可逆转，有一大推的网络问题等待IPv6技术去解决。
26日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》（以下简称《计划》）。《计划》明确了推进IPv6部署的重要意义，提出了部署的总体要求和主要目标，并从互联网应用、网络和应用基础设施、网络安全和关键前沿技术角度，安排了实施步骤。
根据《计划》，要用5到10年时间，形成下一代互联网自主技术体系和产业生态，建成全球最大规模的IPv6商业应用网络，实现下一代互联网在经济社会各领域深度融合应用，成为全球下一代互联网发展的重要主导力量。
“《计划》对于我国互联网发展非常重要和及时，具有重大的战略意义。IPv6是国际下一代互联网发展的核心技术和创新平台，它给中国互联网技术和产业的创新发展带来了难得的历史机遇。”中国工程院院士、清华大学教授吴建平说。
