试论校园网由IPv4向IPv6过渡的技术实现

('试论校园网由IPv4向IPv6过渡的技术实现摘要：本文主要针对IPv4和IPv6的共存以及相关的过渡技术进行了研究，在Linux系统中通过对双协议栈等技术的充分利用，使得IPv4和IPv6实现了共存和过渡，该共存策略以及过渡技术的应用，使得一直以来制约网络技术高速发展的地址空间问题以及路由表等问题得到了很好解决。关键词：校园网；IPv4；IPv6；过渡技术引言从2012年开始，APNIC的IPv4地址池基本枯竭，亚太地区的电信运营商无法再获得批量IPv4地址。由于移动互联网、云计算、大数据、物联网、人工智能等新兴信息技术持续高速发展，对IP地址资源的需求异常旺盛，IPv4地址资源匮乏已经成为数字经济发展的制约因素。面对IPv4地址短缺的现状，大规模部署IPv6推进互联网向IPv6升级演进是解决IP地址问题的唯一根本性解决方案。因此，学校必须积极对现有IPv4网络进行改进和升级，使IPv4过渡到IPv6以适应和满足当前网络应用不断普及、技术水平不断提高的发展趋势。为加快校园网IPv4到IPv6的过渡，有必要对两者及其中过渡技术进行研究。1基于IPv4协议产生的局限性自Internet诞生，确定TCP/IP协议，直至现今互联网进入到人们生活工作的各领域。在网络用户数量不断增加和应用范围不断扩大的过程中，IPv4难以满足当前互联网的发展。研究分析就可发现其局限性主要体现在这么几方面。1.1IPv4资源逐步耗尽IPV4协议使用的是32b地址段，这个概念其实就是理论上的232－1的43亿个地址。但是这个地址数量并不都是由一个国家或者是一个区域享有的，全球范围均可共享资源，同时在保留特殊地址和占用相应网段的时候，会造成网络地址浪费的现象，影响IPv4的正常运行。而实际上，在全球的网络地址中，IPv4仅仅占据着非常小的空间。基于各方面的考虑因素，国际互联网名称与数字地址分配机构（ICANN）在2011年的时候，开始停止对外发行IPv4地址。1.2路由表数量不够现实中使用的IPv4地址由网络地址和主机地址两部分共同组成，且还并未对网络进行分级。在网络数量不断增加的情况下，路由表的使用数量也在不断增多。数量居多的路由表数量曹正管理的路由表算法呈线性增长，致使路由器查询与储存的时间加长。在这样一种情况下，数据转换率大大降低，对互联网的正常运行产生一定影响。1.3安全性与服务质量不高在速度飞快的互联网环境下，延伸出很多不同类型的商务应用。可靠的服务质量（QoS）与安全性是商务应用的基础。但是对IPv4来说，安全性是一个普遍存在的问题。其多体现在数据包的真实性、秘密性以及安全性缺乏有效的认证机制。与此同时，IPv4本就是一个无连接协议。在使用的过程中，遵循的是尽力的原则，但是在服务质量方面并不能提供相应的保障，同时还不能实现实时连接。事实上，IPv4在实际中的应用就是以牺牲可靠性为代价换取适应性。2IPv6及其特点IPv6即互联网协议第六版（InternetProtocolVersion6），是由国际互联网工程任务组（IETF，InternetEngineeringTaskForce）设计的下一代IP协议，是现行IPv4协议的升级替代版本。由于IPv4存在地址空间有限、路由表空间过大、安全性与服务质量无法保证等不足，导致IPv6被设计出并用于替代IPv4。与IPv4相比，IPv6具有以下几方面的特点：（1）庞大的地址空间。IPv6的地址长度为128位，即拥有2＾128个地址，地址容量是IPv4（2＾32个）的约8×10＾28倍，有能“给地球上的每一粒沙子都编上一个IP地址”的量级，有效解决了IPv4中网络地址资源不足的问题。（2）固定长度的报头（Header）结构。IPv6报头固定长度为128位，将报头区分为基本报头和扩展报头类型，对报头的结构进行简化，减轻设备的分组处理开销，提高数据包的转发速率。（3）简化的路由表。IPv6地址在分配之初就严格遵循聚类（Aggregation）的原则，在路由表中可用一条记录来标识相近的一片子网，大大减小了路由表的空间，缩短了路由的查找时间，提高了路由器的转发的速度。（4）更高的服务质量QoS（QualityofService）。IPv6报头中通过“流标签”字段的定义，使路由器在不对数据包进行解封装的情况下，就可识别同一个流的数据包，并通过“优先级”字段对需要特殊Qos的分组提供按需服务。（5）更高的安全性。IPv6内置IPSec安全协议，采用认证头AH（AuthenticationHead）进行数据校验的方式来保证数据的完整性，并利用封装安全负荷ESP（EncapsulatedSecurityPlatload）加密措施为数据进行加密处理，保证数据在端端传输过程中的安全性。（6）更强的移动性。IPv6的移动性可使移动终端在不同的网络间漫游时，保持已建立的网络连接不被中断，在这一过程中，除目标网络对移动终端不中断外，移动终端对目标网络也是不中断的。3IPv4/IPv6共存过渡技术3.1双栈协议技术双协议栈是指在单个节点同时支持和两种协议栈。由于和是功能相近的网络层协议，两者都基于相同的物理平台，而且加载于其上的传输层协议和也没有区别，所以可以在一台主机上同时支持协议和协议。双协议栈技术的工作原理是一台主机同时支持和两种协议，该主机既能与支持协议的主机通信，又能与支持协议的主机通信。双协议栈是其它胆互通技术的基础。它有种工作模式只运行正协议，此时表现为正节点只运行协议，此时表现为节点同时打开正和协议。双协议栈主机的协议结构见图1。图1双协议栈主机的协议结构双协议主机在通信时首先通过支持双协议的服务器查询与目的主机名对应的地址，然后根据指定的或工地址开始通信。双协议栈通信方式如图2所示。图2双协议栈通信方式3.2隧道技术隧道技术是将网络中某一节点的IPV6报文封装在IPV4报文中，将报文看作是IPV4数据包的负载，通过IPV4传送到目的地再解封。隧道技术是在现有IPV4网络的基础上巧妙的应用，实现了IPV6和IPV4过渡期间的通信，简单地讲就是通过一种协议来传输另一种协议的方法。隧道的配置方案有两种，一种是手工配置，另一种是自动配置。手工配置多见于个别IPV6终端或特别需要IPV4通信的场合，手工配置具有实现简单的优点，但是这种方法扩展性较差，当终端或网络较多时，维护和配置工作量大；自动配置包括有6over4、6to4、隧道代理等方法，6over4是以IPV4兼容IPV6的方式进行，主要是利用局部范围IPV4组播特性创建虚拟链路实现互通；6to4是自动构造隧道的方法，它将多个IPV6域通过IPV4连接到IPV6网络，将IPV4地址内嵌到IPV6的地址中，这种效率较高，应用范围广，是目前最为主流的方式之一；隧道代理是通过虚拟IPV6的ISP，将孤立的节点与隧道提供者的IPV6实现互通。3.3翻译转换策略翻译转换策略是纯IPV6和纯IPV4之间的互通方式，其中包括主机终端和网络汇聚层的转换。该方法的优点是无需进行IPV4和IPV6节点的改造升级，缺点是实现方式比较复杂，在处理方面需要的技术资金较多，一般仅用于其他互通方式无效的情况。4双栈技术与隧道技术研究对比双栈技术的优点是易于实现，同时兼容IPv4和IPv6网络，缺点是在每个双栈节点上要同时运行两套协议，以及要同时计算、维护并存储两套表项，这些都增加了节点的负担，对节点的处理性能发生更高的要求，主要适用于网络改造较少，充分利用旧的网络设备，来升级改造校园网络，是现阶段采用最普遍的组网模式，且实现简单、方便、成本较低。隧道技术优点在于完全不需要改变原因IPv4网络环境体系，且操作方便，缺点在于过度依赖隧道出入口接口性能，可能会出现IPv6封包传输故障，无法实现同时传输IPv4和IPv6报文，适应用于端对端的两个独立IPv6网络间通信。结束语综上所述，在未来IT技术发展趋势中IPv4逐渐过渡为IPv6属于必然结果，由于IPv6能够有效解决IPv4地址空间不足问题，并且设计理念更为先进，具有良好的通信性能和安全性能。做为学校应积极加快推进IPv6基础网络设施规模部署，分步实施，促进下一代互联网与教育的整合创新。参考文献[1]校园网从IPv4向IPv6过渡策略的研究与探讨[J].叶建辉.福建师大福清分校学报.2016（02）[2]从IPv4到IPv6的高校校园网过渡技术研究[J].陈连庆,张继德.电脑知识与技术.2014（34）[3]基于IPv4、IPv6双栈无线校园网接入技术研究[J].张建卫.济南职业学院学报.2014（03）[4]高校校园网Ipv4到Ipv6过渡技术研究[J].聂维.电子技术与软件工程.2016（06）[5]IPv4与IPv6协议双栈技术融合企业网络的方案及应用[J].黄萍,罗伟峰,刘昕林,邓巍.粘接.2019（11）[6]IPv6过渡技术与应用前景综述[J].赵祥敏,张梅恒,高忠新.科技视界.2015（08）',)