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网络实用技术论文(基于IPv4/IPv6双栈技术的混合网络设计与实现)

1 引言

随着互联网技术的飞速发展和广泛应用，传统的IPv4网络协议在实际应用中的各种弊端日益明显，例如网络服务质量差、数据包丢失、路由选择效率低等问题。新型互联网协议IPv6在IPv4基础上进行了一系列改进，包括扩大网络地址空间、完善路由结构、提高服务质量等，从而有效解决了IPv4存在的诸多问题。

由于IPv4应用范围广、时间长，因此IPv4协议向IPv6协议过渡是一个长期复杂的过程。在过渡过程中，IPv4与IPv6必然是共存的。因此，互联网领域在推进IPv6网络建设的同时，更要将IPv6很好地融入于IPv4中，使其能够共存使用、共享资源。

2 IPv4向IPv6网络过渡技术

IETF下一代互联网过渡工作组已经提出了三类过渡技术，即协议双栈技术、隧道技术和NAT-PT(网络地址翻译)技术。

2.1 双协议栈技术

双协议栈技术是IPv4向IPv6过渡的基础，它是指在网络设备上同时启用IPv4和IPv6的协议栈，包括网络路由器、网络主机等。IPv4与IPv6都是基于同一个物理平台实现应用，需要加载TCP和UDP网络传输层协议，以此实现IPv4网络节点与IPv6网络节点之间的互通。将IPv6网络节点加入到IPv4协议栈中，网络可以同时收发两种协议的数据报文，使用IPv4协议栈和IPv4站点通信，使用IPv6协议栈与IPv6站点通信，最终实现两者相互连通。

2.2 隧道技术

随着IPv6网络的快速发展，逐渐形成了多个局部IPv6网络，这些IPv6网络都需要通过IPv4协议实现与骨干网的互连，将独立存在的多个IPv6网络进行有效连接。利用隧道技术可以将多个独立存在的IPv6网络与基于IPv4的互联骨干网络连接起来，这也是IPv4向IPv6发展过程中普遍采用的技术。采用隧道技术只需要在隧道入口和隧道出口处分别进行数据修改，容易实现IPv6与IPv4网络的通信，但是无法支持IPv6主机与IPv4主机的通信。

2.3 NAT-PT技术

NAT-PT技术即网络地址翻译技术，其应用思想是当IPv6网络节点与IPv4网络节点进行通信时，借助于网络地址翻译协议转换服务器将网络协议层的报头进行IPv4/ IPv6转换，从而相互适应对方的网络协议类型。采用NAT-PT实现IPv4向IPv6的过渡不需要改造IPv6和IPv4的网络节点，其缺点是由IPv4节点向IPv6节点发起访问时的过程比较复杂，网络协议、网络地址的转换需要的开销较大。通常情况下，NAT-PT技术在无法实现其他互通方式的情况下采用。

3 基于双栈技术混合网络的设计方案与实现

3.1 IPv4/IPv6双栈混合网络的设计方案

在IPv4向IPv6过渡过程中，最佳的过渡技术是采用双栈技术，确保IPv4网络结构不变，在基于IPv4的骨干网络中增加对IPv6网络的支持，从而形成IPv4协议与IPv6协议共存的网络结构。随后逐渐去除IPv4协议，形成一个完整的、纯粹的IPv6网络。

由于双栈技术的实现简单、易于管理，同时具有良好的安全性和稳定性，因此本文提出基于双栈技术的校园网络组建方案，将校园网络划分为骨干层、汇聚层和接入层三个层次。

网络骨干层是网络的核心层，骨干层设备承担网络内部数据与外部数据的交换与高速传输，并要快速处理海量数据信息，同时要有良好的可靠性、可用性和可扩充性。网络汇聚层的主要作用是将接入层数据进行集中汇集，并与核心层设备进行互联，它承担着不同网络之间的子网络路由任务，对网络接入层的数据进行控制分流，有效阻止流入到网络接入端的垃圾数据，尽量降低非法数据对核心网络的影响。网络接入层中的设备与客户端桌面设备连接，负责与用户数据的传输，既可以采用高密度网络端口的设备，又可以采用交换机堆叠的固定配置方式。

本文以校园网络建设为例，提出了基于IPv4/IPv6的双栈混合网络设计方案。首先，在边界使用H3C的SR6000系列路由器，核心交换机使用H3C的S9500系列交换机，汇聚和接入交换机使用1台H3C的S5100系列交换机，本次所选用的设备均支持IPv4/IPv6双栈协议，既保证了IPv6系列产品的完整性和IPv4/IPv6的数据转发能力，又满足了学校主要采用的IPv4网络通信方式，再结合各种隧道技术和互通技术，以满足IPv6应用的网络环境，以多个层次的路由器和交换机进行网络组建，进一步构成了一个大型校园网络结构，如图1所示。

由图1所示的校园网络结构可知，IPv4数据可以实现由原有校园网络转发，IPv6数据由支持双栈的路由器和交换机进行转发。

3.2 基于IPv4/IPv6双栈的混合网络实现

(1)在边界路由器上的配置信息

在路由器出口配置信息：

ipv6 address 2001：DA8：AF：18：：2/64

tunnel-protocol ipv6-ipv4

source X.X.X.X(源IP地址)

destination X.X.X.X(目标IP地址)

在路由器与核心交换机的端口配置信息：

ipv6 address 2001：DA8：4013：F：1F：：1/96

ip address 172.16.250.2 255.255.255.252

在路由器上配置的静态路由信息：

ipv6 route-static ：： 0 2001：DA8：AF：18：：1

ipv6 route-static 2001：DA8：4013：1：1：1：： 96 2001：DA8：4013：F：1F：：2

ipv6 route-static 2001：DA8：4013：F：F：： 96 2001：DA8：4013：F：1F：：2

(2)在核心交换机上的配置信息

在核心交换机与路由器互联端口配置信息：

ipv 6 address 2001：DA8：4013：F：1F：：2/96

ip address 172.16.250.1 255.255.255.252

在核心交换机与汇聚交换机的配置信息：

ipv6 address 2001：DA8：4013：F：F：：2/96

ospfv3 1 area 0.0.0.0

ip address 172.16.255.5 255.255.255.252

在核心交换机上配置的静态路由信息：

ipv6 route-static ：： 0 2001：DA8：4013：F：1F：：1

ipv6 route-static 2001：DA8：4013：1：1：1：： 96 2001：DA8：4013：F：F：：1

(3)在汇聚交换机(接入交换机)上的配置信息

在汇聚交换机上的用户VLAN下配置IPv6网关地址，配置信息：

ipv6 address 2001：DA8：4013：1：1：1：0：1/96

在汇聚交换机与核心交换机互联接口上配置信息：

undo ipv6 nd ra halt

ipv6 address 2001：DA8：4013：F：F：：1/96

ip address 172.16.255.6 255.255.255.252

在汇聚交换机上配置路由：

ipv6 route-static ：： 0 2001：DA8：4013：F：F：：2

(4)在PC机上启用IPv6协议并手动配置IPv6地址

经过上述配置信息，现在在一台PC机上可以访问IPv4和IPv6的网络资源。但需要注意的是，在具体配置过程中要检查设备的IOS版本，如果设备IOS版本不支持IPv6配置时，要先升级设备版本后再进行配置。

4 结束语

随着计算机技术和互联网技术的飞速发展，由IPv4转向IPv6已经成为了必然趋势。本文采用的IPv4/IPv6双协议混合网络设计方案只是IPv4向IPv6过渡的方法之一，在过渡的初级阶段，该方法降低了网络改造升级的成本和过程，实施结果表明所采取的技术是合理可行的，能够满足校园网络的实际运行需要。