高校网络从IPv4升级到IPv6的方案研究

高校网络从IPv4升级到IPv6的方案研究

【摘要】本文研究了IPv4与IPv6的技术特点，以及它们之间的过渡技术，提出了高校网络从IPv4到IPv6升级方案的可行性。并对升级后的一系列问题做出探讨。

【关键词】IPv4；IPv6；升级

1.IPv6现状与发展趋势

众所周知，现在很多业务对IP地址需求非常巨大，但是现今，IPv4的地址很短缺[1]，目前许多国家都在推进基于IPv6的下一代互联网上的技术发展。预计到2012年以后，我国的运营商将无法获得IPv4的地址，IPv4地址耗尽是互联网发展必须要面对的现实问题，而IPv6成了解决IPv4存在的地址资源不足的关键 。

与IPv4相比，IPv6具有下面的这些优势：首先，IPv6具有更大的地址空间。IPv4协议的地址长度为32位，即IPv4一共有2 -1（ 表示32次幂，下同）个地址。而IPv6中IP地址的长度为IPv4的4倍，这表示IPv6的地址个数将达到2€-1，IPv6具有巨大的地址空间，满足当前社会IP地址的需求绰绰有余；其次，IPv6有更精简的路由表。IPv6的地址表示采用聚类（Aggregation）表示法，主要做法是在路由表中用一条记录（Entry）表示多个具有相同地址前缀的子网，这使得IP地址的指数级增长却并不以路由表的爆炸为代价，相反路由器因此提高了传递数据包的速度；再次，IPv6支持即插即用。IPv6支持自动配置（Auto Configuration），在用户设备接入网络时，自动获取IP地址，设备利用此地址与网络中的其他节点进行通信，简化了网络管理，增加了设备可移动性。另外，IPv6在借鉴了IPv4的基础上，增加了许多新的功能，具有更强的安全性和更好的服务质量。

目前，IPv6的技术和标准已经成熟，各种基于IPv6的实验网也已经具备了相当的规模[6]。全球互联网数字分配机构（IANA）的最新数据显示，目前全球仅剩2亿个IPv4地址，大约占总量的5%。而根据分配计划，最后0.8亿个IPv4地址将在2011年初分配完毕，IPv4地址的耗尽时间将提前。而根据最新消息，美国当地时间2011年2月3日，国际互联网名称和编号分配公司（ICANN）宣告最后所剩的5组基于IPv4的IP地址被分配给了全球五大区域互联网注册管理机构，传统IPv4地址在历史的舞台上谢幕。因此，互联网需要继续前进，除了IPv6，业界没有别的更好的选择。如果我们不接受IPv6，那么“地址短缺”问题将会成为阻碍互联网发展的核心问题。而IPv6技术缺乏对IPv4的兼容，以及现今网络的数量庞大的基于IPv4的网络设备和用户群体决定了互联网从IPv4升级到IPv6将是一个漫长的过程，任何面向IPv4到Ipv6的研究都有很强的现实意义。

2.IPv4到IPv6的过渡技术

从IPv4到IPv6的演进是构造下一代互联网的必经之路，要推广IPv6网络，必须充分考虑现有的网络现状，实现IPv4向IPv6的平稳演进。在过渡过程中，IPv4和IPv6技术在很长的时间内将共存，两种网络间如何通信是这一时期需要解决的问题。目前，过渡技术各有优劣，双协议栈技术、隧道技术和地址协议转换技术是在IPv4环境里进行IPv6网络试验时普遍采用的技术[2]。

2.1双协议栈技术。路由器和主机同时运行IPv4和IPv6两套协议栈，主机使用IPv4协议与IPv4站点进行通信，使用IPv6协议与IPv6站点通信，路由器对IPv4和IPv6路由信息，按照各自的路由协议进行计算，并维护不同的路由表。双协议栈的依据是，IPv4和IPv6是相近的网络层协议，它们有相同的物理平台，和它们合作的传输层协议——TCP和UDP协议也相同。采用双协议栈技术操作简单，易于理解。但是，它对网络设备要求很高，需要维护大量的协议和数据，对设备进行升级时的投入较大。另外，它并不能解决IPv4地址稀缺的问题，因为双协议栈仍然需要IPv4地址及其路由结构，浪费了IPv4地址。

2.2隧道技术。隧道技术利用现有的网络基础设备，利用隧道在IPv4节点和IPv6节点之间传递数据。它将IPv6数据封装在IPv4包中，在IPv4网络中传输，IPv4的源地址和目标地址对应隧道的入口地址和出口地址，IPv6数据在隧道出口处被取出转发目标节点。这是IPv4过渡到IPv6初期最普遍采用的技术。其优点是只需要在隧道的入口和出口有相应的IPv6数据封装和数据解析标准，IPv6数据在传输过程中透明，与纯IPv4数据传输过程相同，非常容易实现。缺点是不能实现IPv4节点与IPv6节点间的直接通信[2.3]，另外隧道技术也需要消耗IPv4地址。

2.3协议转换技术。NAT-PT（Network Address Translation-Protocol Translation）是一种附带地址转换器的网络地址转换器。NAT-PT最大优点是IPv6和IPv4节点不需要进行改造，原有IPv4协议不加改动就能与IPv6协议通信。但其实现方法复杂，网络设备进行地址转换和协议转换的开销较大，一般来说，该技术只有在其他过渡技术不奏效的情况下使用。

综上所述，以上技术都具有自身的局限性，它们都不能解决IPv4地址稀缺问题。因此，全网升级到IPv6才是解决问题的治本之法，以上技术将作为实现IPv4和IPv6共存时不同节点之间通信的纽带而存在。在筹划IPv4到IPv6过渡时，应该取长补短，根据根据自身网络设备条件和成本因素选择合适的一种或者多种过渡技术。

3.具体技术方案

现今，全球信息化飞速发展，互联网将世界连接在一起变成“地球村”，互联网上不同领域机构的不断接入，使得IP地址的消耗非常巨大。据了解，传统IP地址今年内将耗尽，全球将开始陆续推广IPv6网络。而高校是新技术的研究和实验基地，因此，率先尝试在高校网中实现从IPv4到IPv6的过渡有很大的现实意义。