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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：

  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。

  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。

 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          //隧道源端ipv4地址

tunnel destination      //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        //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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希望对您有帮助

一、MPLS产生背景 MPLS起初是为提高数据包转发效率而产生的。 早期的路由器是用软件的方式来进行报文转发处理的，每一跳都需要根据报文的目的IP使用最长掩码匹配原则查找路由表进行转发，效率低，尤其是在业务流量特别大的时候，对设备的性能影响特别大； ATM是一种基于虚电路的二层交换技术，使用固定长度的信元方式来进行数据的转发，这种方式容易用硬件来实现，从而提升数据转发效率，但是ATM技术实现比较复杂，部署难度和成本都很高； MPLS技术避免了传统IP转发的繁复过程，也借鉴了ATM使用标签转发和面向连接的特点，提高了数据包转发效率； 后来随着芯片技术如ASIC的改进和提升，使用IP转发方式的效率也很高，MPLS在数据包转发效率方面的优势渐渐不明显了，MPLS技术已经扩展到了新的应用领域，如MPLS VPN或MPLS TE； 二、MPLS网络结构及术语解释 1、MPLS网络结构 MPLS域通过边界路由器连接用户的IP网络，一台边界路由器可以同时连接到多个用户的IP网络，在MPLS域内的基本网元是标签交换路由器LSR，LSR具有标签分配和基于标签转发数据报文的能力； 用户的IP报文进入MPLS域后，报文会以标签的方式经过每一台LSR，为转发带标签的数据报文，每台LSR都会建立一张标签转发表，标签转发表就是通过标签分发协议根据路由表产生和建立的； 2、MPLS相关术语 （1） 标签交换路由器LSR     Label Switching Router 具有标签分配和标签转发能力的路由器； （2） 标签边界路由器LER     Label Edge Router 具有标签分配，并且同时连接IP和MPLS网络的路由器； 入站的LER负责对收到的IP报文压入标签转发进MPLS网络； 出站的LER负责给离开MPLS网络的报文移除标签，然后根据IP路由表进行转发； （3） 转发等价类FEC 用来描述具有相同特征的报文在转发过程中被LSR以相同方式处理； 在MPLS中，一个FEC使用同一个标签来标记，即一个FEC使用同一条LSP； 划分FEC的方式有很多，如去往相同目的前缀的报文就是一个FEC，也可以通过源地址、目的地址、源端口、目的端口、协议类型、VPN等要素任意组合来划分一个FEC； （4） 标签交换路径LSP    Label Switching Path MPLS报文经过的路径，一条LSP起始LSR叫入站LER，最后一台LSR叫出站LER，LSP是一条单向的隧道； LSP支持嵌套，一条LSP可以在另一条LSP内部； 可以使用静态和动态两种方式来创建一条LSP； 左侧IP网络要访问右侧的IP网络， 当报文进入MPLS域边界的LSR后，在原始IP报头之前被封装上标签； MPLS网络中间的路由器根据标签转发表将报文携带的标签替换成另一个标签； 当报文到达MPLS域另外一侧边界LSR时，数据包被解封装成原始的IP报文（移除标签），然后转发至IP网络； 三、MPLS标签格式 标签位于报文的二层头部和三层头部之间，一个MPLS标签长度为32bit，有固定格式； 1、Label Value：标签的前20bit表示标签值，标签值0到15是特殊用途的标签； 标签0: IPv4显式空标签 标签1: 路由器报警标签； 标签2: IPv6显式空标签； 标签3: 隐式空标签； 标签14: OAM路由器报警标签； 2、EXP：3bit的实验字段，用于Qos； 3、S：栈底位S，Bottom of Stack，栈底标签S位为1，其他标签S位为0； 一个MPLS报文携带多个标签，这些标签组成一个堆栈，紧挨着IP报头的标签就是栈底标签； 4、TTL：最后8bit是TTL，报文的生存周期，每进行一次标签交换操作，最外层标签中TTL就减1，TTL一旦减为0，报文就被丢弃，可以防止数据包转发环路； IP报文进入MPLS网络后，标签的TTL值可以使用初始值255，也可以直接拷贝IP头中的TTL值； 四、静态LSP的建立 一条静态LSP经过的LSR共有3种角色：Ingress、Transit、Egress； Ingress节点负责为接收到的IP报文压入标签并送入LSP隧道； Transit节点负责以标签交换的方式转发报文； Egress节点负责移除报文中的标签，并将报文转发至IP网络； 手工分配标签需要遵循的原则：上游节点出标签等于下游节点入标签； 配置LSR-ID，分别在全局和接口上使能MPLS mpls lsr-id mpls # interface gigabitethernet0/0/1 mpls # ingress节点配置： static-lsp ingress LSP1 destination 24 nexthop out-label 100 指定LSP1的FEC为，使用出标签100将报文转发至下一跳; transit节点配置： static-lsp transit LSP1 incoming-interface gi0/0/0 in-label 100 nexthop out-label 200 从接口G0/0/0接收到带有标签为100的报文，将标签替换为200后转发至下一跳； egress节点配置： static-lsp egress LSP1 incoming-interface gi0/0/0 in-label 200 从接口G0/0/0接收到带有标签为200的报文，移除标签后以IP的方式转发出去；

多协议标签交换（MPLS）是一种用于快速数据包交换和路由的体系，它为网络数据流量提供了目标、路由、转发和交换等能力。更特殊的是，它具有管理各种不同形式通信流的机制。MPLS 独立于第二和第三层协议，诸如 ATM 和 IP。它提供了一种方式，将 IP 地址映射为简单的具有固定长度的标签，用于不同的包转发和包交换技术。它是现有路由和交换协议的接口，如 IP、ATM、帧中继、资源预留协议（RSVP）、开放最短路径优先（OSPF）等等。 在 MPLS 中，数据传输发生在标签交换路径（LSP）上。LSP 是每一个沿着从源端到终端的路径上的结点的标签序列。现今使用着一些标签分发协议，如标签分发协议（LDP）、RSVP 或者建于路由协议之上的一些协议，如边界网关协议（BGP）及 OSPF。因为固定长度标签被插入每一个包或信元的开始处，并且可被硬件用来在两个链接间快速交换包，所以使数据的快速交换成为可能。 MPLS 主要设计来解决网路问题，如网路速度、可扩展性、服务质量（QoS）管理以及流量工程，同时也为下一代 IP 中枢网络解决宽带管理及服务请求等问题。去下面看看，特别详细，比我的书还详细。

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