清華紫光IPv6與教育行業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

清華紫光比威網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司副總裁\u00A0畢軍 一、IPv6技術(shù)的發(fā)展情況 (一)IPv6技術(shù)在國外的發(fā)展?fàn)顩r\u00A0\u00A0 經(jīng)過調(diào)查研究，大量的事實表明：在國外，IPv6活動的溫床是在歐洲和亞洲，而不是在美國。這是因為，地址空間的匱乏是該技術(shù)產(chǎn)生的最主要推動力。而IPv4在全球地址分配的不平衡必然導(dǎo)致有的國家和地區(qū)(如美國)因為地址充裕而不必急于引入新的標(biāo)準(zhǔn)；而另一些國家和地區(qū)地址資源卻相當(dāng)匱乏，因此，它們對新標(biāo)準(zhǔn)的態(tài)度比較積極。 1、美國 美國是因特網(wǎng)的發(fā)源地，美國擁有全世界約70%的IP地址(大約為每人10個IP地址)，他們幾乎感覺不到地址空間少帶來的壓力，因此，在IPv6推出之后的幾年中，他們對新標(biāo)準(zhǔn)的態(tài)度是漫不經(jīng)心的。 在IPv6的RFC文件發(fā)表6年之后，美國人對IPv6的態(tài)度開始發(fā)生變化。2001年7月10日，思科宣布與微軟、IBM、惠普、SUN和摩托羅拉結(jié)成伙伴關(guān)系，共同推進IPv6硬件和軟件的開發(fā)，這標(biāo)志著美國對待新標(biāo)準(zhǔn)的態(tài)度有所轉(zhuǎn)變。這是因為： (1)美國新經(jīng)濟發(fā)展受阻，高科技公司需要尋找新的商業(yè)機會和技術(shù)熱點。 (2)北美對IPv6服務(wù)有大量的潛在需求，這種需求是由需要IP地址的移動裝置的劇增引發(fā)的。 (3)即使目前的美國市場可能不需要IPv6的產(chǎn)品，但新產(chǎn)品可以推向國際市場。 然而，美國對IPv6的態(tài)度是審慎的、有保留的，公司對IPv6的接納完全是出于商業(yè)利益的考慮，如美國某些公司的產(chǎn)品采用軟件的方式傳遞IPv6分組而采用硬件的方式傳遞IPv4分組，以減少IPv6研發(fā)的投入。 2、歐洲 在歐洲，政府和各大公司對IPv6的態(tài)度都比較積極，原因分析如下： (1)\u00A0歐洲的上網(wǎng)人數(shù)逐年上升，而IPv4地址空間比較匱乏。 (2)\u00A0歐洲移動通信事業(yè)相當(dāng)發(fā)達(dá)，而在IPv4的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟中落后于美國，因此，它們希望在移動通信領(lǐng)域中掌握先機，并通過3G的部署來實現(xiàn)在未來的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟中與美國并駕齊驅(qū)的愿望。 (3)專家認(rèn)為歐洲的3G移動通信技術(shù)將在2～3年內(nèi)步入實際應(yīng)用階段，為了抓住這一發(fā)展的契機，歐洲的各大廠商和運營商都對IPv6寄予厚望，并竭盡全力對它進行推廣和研究，如諾基亞、愛立信、英國電信等公司一直都是IPv6研究方向的主要引導(dǎo)者。諾基亞在清華、北郵、華南理工等大學(xué)都建有互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合實驗室，重點研究基于IPv6的下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。1999年，諾基亞和CERNET簽訂Internet6合作項目。 當(dāng)然發(fā)展3G的目標(biāo)是與因特網(wǎng)全面融合，因此IPv6最終的成功標(biāo)志應(yīng)該是移動網(wǎng)、固定網(wǎng)和因特網(wǎng)建立在同一個IPv6的核心網(wǎng)絡(luò)之上，這意味著，向IPv6的過渡將會牽涉到這三個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的協(xié)同發(fā)展，美國公司對IPv6的接納將會促進歐洲IPv6的部署，同時也會加大IPv6技術(shù)和產(chǎn)品的競爭。 3、亞太地區(qū) 大多數(shù)分析家認(rèn)為，采用IPv6標(biāo)準(zhǔn)的國家將是那些IP地址極度匱乏的國家，如中國、印度等。這是由于國際上地址分配不公平造成的。對于這些國家來說，IPv6是一個新的機遇，他們可以作出以下選擇：使用NAT技術(shù)用很少的地址連接到美國占主導(dǎo)地位的IPv4世界中；或者投資IPv6獲得他們需要的眾多地址，同時與其它的IPv6用戶相連接，創(chuàng)建一個更大的IPv6因特網(wǎng)。在時機成熟之時，它們將會選擇后者。 目前亞洲國家中，對IPv6最有熱情的是日本，日本政府制定了“e-Japan”的戰(zhàn)略；1999年～2000年開始分配IPv6的地址，2001年～2005年開始全日本的IPv6商用化服務(wù)。這是因為： (1)日本的經(jīng)濟持續(xù)低迷，高科技企業(yè)在全球新經(jīng)濟的快速膨脹階段收益甚微，IPv6的使用推廣這一契機能使日本相關(guān)企業(yè)重振雄風(fēng)，從而帶動日本經(jīng)濟的發(fā)展。所以日本政府對IPv6投入了大量的精力和財力。 (2)日本IPv4的地址也很匱乏，而日本的移動通信領(lǐng)域卻相當(dāng)發(fā)達(dá)，發(fā)展IPv6技術(shù)可以引領(lǐng)日本的移動通信步入更大的發(fā)展空間，并走在新技術(shù)開發(fā)的前列。 (3)亞洲將是IPv6產(chǎn)品和業(yè)務(wù)巨大的潛在市場，如果日本聯(lián)合亞洲的其它國家大力推廣IPv6標(biāo)準(zhǔn)，就可使日本相關(guān)公司具備與歐美公司抗衡的能力，并且在亞洲市場的開發(fā)中搶占先機。 目前全世界只有日本的設(shè)備廠商提供IPv6的硬件支持，如NEC、日立、富士通，而且日本已經(jīng)有10多家ISP提供IPv6業(yè)務(wù)，如WIDE的NSPIXP6等。 從以上分析可以看出，日本的IPv6研發(fā)和應(yīng)用走在了亞太各國的前列，同時亞太地區(qū)一些經(jīng)濟較發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)如韓國、新加坡等也對新技術(shù)比較關(guān)注。 (二)\u00A0IPv6技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r 如果要在地理區(qū)域上為IPv6的全面應(yīng)用尋找一塊試驗田，那么中國互聯(lián)網(wǎng)市場是最理想的選擇。從主觀上講，中國對IPv6的需求更為急迫。中國網(wǎng)民數(shù)量已經(jīng)連續(xù)數(shù)年以翻番的幅度增長，整個國家的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)正處于急劇膨脹當(dāng)中。可是由于歷史的原因，中國的地址分配特別松散，舉個最簡單的例子：美國任意一所大學(xué)都擁有若干個A類地址，可是諾大一個中國，竟然連一個A類地址都沒有。在IPv4的架構(gòu)下，中國互聯(lián)網(wǎng)乃至整個IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必然受到限制。從客觀上說，中國互聯(lián)網(wǎng)起步不久，受教育公民的比例仍然很低，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上也存在大片的空白，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的潛力很大，因此直接引入IPv6網(wǎng)絡(luò)從成本上考慮更加合算，遇到的阻力也會更小。 2001年在國家自然科學(xué)基金委的支持下，由CERNET牽頭，經(jīng)過不到一年的努力，由清華大學(xué)、中科院計算機信息中心、北京大學(xué)、北京航空航天大學(xué)和北京郵電大學(xué)聯(lián)合建設(shè)的“中國高速互聯(lián)研究試驗網(wǎng)”(NSFCNET)，終于通過了專家驗收，鑒定委員會的專家對“中國高速互聯(lián)研究試驗網(wǎng)”評價極高：在國內(nèi)首次建成了IPv6試驗網(wǎng)絡(luò)，并與國際IPv6試驗網(wǎng)成功連接，首次實現(xiàn)了我國與國際下一代互聯(lián)網(wǎng)的連接。NSFCNET技術(shù)先進，在200GB／s的密集波分多路復(fù)用光傳輸技術(shù)、高速互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)等方面取得了一批重大研究成果，項目的總體水平達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進水平。其中，將10GbpsDWDM系統(tǒng)用于互聯(lián)網(wǎng)及光子層的自愈保護水平處于國際領(lǐng)先水平。NSFCNET為我國積極參與國際下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)研究計劃提供了必要手段和試驗環(huán)境，為未來國家信息基礎(chǔ)設(shè)施起到了示范作用，已經(jīng)并將進一步推動我國高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)實踐和基礎(chǔ)理論的研究。 2002年底中日政府間啟動了最大的IPv6高速實驗網(wǎng)CJ-IPv6項目，即以中國的北京、上海和廣州為核心節(jié)點，針對IPv6\u00A0網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)和相關(guān)應(yīng)用進行試驗和研究，建立IPv6綜合實驗網(wǎng)，為大規(guī)模應(yīng)用提供基礎(chǔ)。包括高等學(xué)校、研究所、設(shè)備制造公司等20余家單位參加了項目，目前該項目正在建設(shè)之中。 二、IPv6的應(yīng)用情況 (一)6Bone 1996年8月由IETF組織創(chuàng)建。6bone并不是一個獨立于Internet的物理網(wǎng)絡(luò)，而是利用隧道(Tunnel)技術(shù)將各個國家和地區(qū)組織維護的IPv6網(wǎng)絡(luò)通過運行在IPv4上的Internet連接在一起，用于IPv6協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的測試和實現(xiàn)；研究IPv6在全球Internet上的傳輸、路由技術(shù)；積累IPv6的運行經(jīng)驗。 (二)\u00A0CNGI一期網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè) 網(wǎng)絡(luò)將覆蓋全國20個城市，建立39個核心節(jié)點，2個交換中心，2005年底將成為世界上最大規(guī)模的IPv6網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施之一\u00A0。 (三)CNGI-CERNET\u00A02 我國學(xué)術(shù)性下一代互聯(lián)網(wǎng)CERNET2，其主干網(wǎng)是中國下一代互聯(lián)示范網(wǎng)絡(luò)CNGI的主干網(wǎng)之一，連接分布在20個主要城市核心節(jié)點，傳輸速率2.5~10Gbps，與北美、歐洲、亞太地區(qū)國際下一代互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)45~155M高速互聯(lián)，全國一百余所211和具有重點學(xué)科的高校以1～10G高速接入CERNET2，同時高速連接其他領(lǐng)域的科研院所和研發(fā)機構(gòu)，與其他CNGI主干網(wǎng)實現(xiàn)高速互聯(lián)，成為我國研究下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，推動下一代互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵性基礎(chǔ)設(shè)施。\u00A0 (四)國內(nèi)第一個IPv6\u00A0園區(qū)網(wǎng) 作為信息技術(shù)研究前沿的教育和學(xué)術(shù)機構(gòu)，清華信息技術(shù)國家信息實驗室既有對IPv4網(wǎng)絡(luò)的高標(biāo)準(zhǔn)需求，也有對IPv6網(wǎng)絡(luò)全新應(yīng)用的需求，因此清華信息技術(shù)國家實驗室的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)面臨巨大挑戰(zhàn)：“如何能在IPv4網(wǎng)絡(luò)流量巨大、安全問題較多的情況下滿足應(yīng)用，同時又要為IPv6的試驗性應(yīng)用提供高彈性構(gòu)架、高容量的網(wǎng)絡(luò)平臺，做到IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部互通但不互相影響”。 2004年，清華信息技術(shù)國家信息實驗室網(wǎng)絡(luò)作為國內(nèi)第一個IPv6園區(qū)網(wǎng)，部署了清華比威BE12000\u00A0高性能的IPv6路由器，其成功實施為IPv6普及、應(yīng)用及中國特色的下一代園區(qū)網(wǎng)在全國范圍內(nèi)高校落地開花奠定了良好的基礎(chǔ)。 三、IPv6在校園網(wǎng)的需求及解決方案 (一)校園網(wǎng)的現(xiàn)狀 隨著Cernet2的全面展開，校園網(wǎng)向IPv6轉(zhuǎn)換是必然的發(fā)展趨勢。不同規(guī)模的校園網(wǎng)，對IPv6有不同的需求。作為一個全新的網(wǎng)絡(luò)實踐，IPv6網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的不同階段，都會對IPv6校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能產(chǎn)生影響。目前校園網(wǎng)過渡到IPv6的應(yīng)用需求可以歸納為三種類型： 1、IPv4校園網(wǎng)和CERNET2的互通 2、純IPv6校園網(wǎng)絡(luò)和CERNET2互通 3、雙棧IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)，全面融合的校園網(wǎng)絡(luò) (二)IPv4校園網(wǎng)和CERNET2的互通 校園網(wǎng)一般有規(guī)模較大的IPv4網(wǎng)絡(luò)，在IPv6發(fā)展的初期，\u00A0IPv6科研項目沒有產(chǎn)生和形成廣泛用戶群的情況下，希望在不中斷和影響目前IPv4網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)正常運轉(zhuǎn)的情況下，實現(xiàn)以下目標(biāo)：在現(xiàn)有IPv4網(wǎng)絡(luò)中，僅安裝IPv4協(xié)議的主機和安裝了IPv4/IPv6雙棧的主機能夠和IPv6的骨干網(wǎng)CERNET2實現(xiàn)互通。 在此網(wǎng)絡(luò)情況下，重點考慮的是如何滿足以下兩種需求： 1、IPv4\u00A0only\u00A0網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的IPv4\u00A0only\u00A0主機\u00A0<---->\u00A0IPv6\u00A0only\u00A0網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的IPv6\u00A0only\u00A0主機\u00A0 2、IPv4\u00A0only\u00A0網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的IPv4/IPv6\u00A0主機\u00A0<---->\u00A0IPv6\u00A0only\u00A0網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的IPv6\u00A0only\u00A0主機 主要技術(shù)：IPv4\u00A0over\u00A0IPv6隧道，NAT-PT,\u00A0Tunnel\u00A0Broker\u00A0 對于IPv4校園網(wǎng)內(nèi)，只支持IPv4的主機，需要通過NAT-PT這樣的轉(zhuǎn)換技術(shù)在IPv4和IPv6報文之間進行轉(zhuǎn)換，NAT-PT\u00A0采用和IPv4\u00A0NAT相類似的技術(shù)，由雙棧路由器維護IPv4-to-IPv6\u00A0和IPv6-to-IPv4的地址或端口轉(zhuǎn)換表。 對于IPv4校園網(wǎng)內(nèi)，支持IPv4/IPv6的雙棧主機，可以通過Tunnel\u00A0Broker\u00A0Server/Agent在IPv4網(wǎng)絡(luò)上建立隧道鏈路將其連接到出口路由器，并通過出口路由器與CERNET2進行互聯(lián)。 (三)純IPv6校園網(wǎng)絡(luò)和CERNET2互通 為滿足高校重點實驗室的科研需要和部分院系的教學(xué)需要，高校可以新建有一定規(guī)模的IPv6校園網(wǎng)絡(luò)，把IPv6接入能力擴展到學(xué)校的部分網(wǎng)絡(luò)，使更廣泛的人群可以直接使用IPv6來學(xué)習(xí)、研究和體驗一些下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 如新建IPv6校園網(wǎng)校區(qū)分布于不同的物理地點，形成多個IPv6網(wǎng)絡(luò)孤島，因此需要考慮多個IPv6網(wǎng)絡(luò)的之間互連。 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計需解決以下問題 IPv4\u00A0only\u00A0網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的IPv4/IPv6\u00A0only\u00A0主機<---->\u00A0IPv6\u00A0only\u00A0網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的IPv6\u00A0only\u00A0主機。 IPv6孤島網(wǎng)絡(luò)之間通過IPv4鏈路互連。 主要技術(shù):\u00A0配置Tunnel，\u00A06to4\u00A0Tunnel 對于主校區(qū)IPv4網(wǎng)絡(luò)可以采用如上所述NAT-PT,\u00A0Tunnel\u00A0Broker等技術(shù)接入CERNET2網(wǎng)絡(luò)。 對于分校區(qū)的新建IPv6網(wǎng)絡(luò)，在沒有全面升級為雙棧設(shè)備之前，可以采用隧道方式，把分校區(qū)和主校區(qū)的IPv6網(wǎng)絡(luò)連接起來，使分校區(qū)網(wǎng)絡(luò)通過隧道方式訪問CERNET2。具體的隧道技術(shù)，可以使用配置隧道，也可以使用6to4隧道技術(shù)。 (四)雙棧IPv4/IPv6網(wǎng)絡(luò)，全面融合的校園網(wǎng)絡(luò) 為全面部署IPv6網(wǎng)絡(luò)，并逐漸融合替代現(xiàn)有的IPv4網(wǎng)絡(luò)，必須構(gòu)架覆蓋全校園范圍的雙棧網(wǎng)絡(luò)。可以采用不同的方法和步驟進行過渡，如逐層用雙棧路由器替換現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，或新建雙棧網(wǎng)絡(luò)，將IPv4\u00A0網(wǎng)絡(luò)用戶逐漸遷移到新網(wǎng)。無論哪種方式，都要綜合考慮校園網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃和實際情況。 對于在校園網(wǎng)全面部署IPv6網(wǎng)絡(luò)需要關(guān)注如下問題： 1、IPv6的路由 由于高校網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，子網(wǎng)眾多，建議采用IPv6動態(tài)路由協(xié)議進行路由分發(fā)。IGP協(xié)議建議采用OSPFv3，和其它IPv6路由協(xié)議相比，OSPFv3即具有適應(yīng)大型網(wǎng)絡(luò)，收斂速度快的特點，也是商業(yè)化產(chǎn)品支持比較廣泛的協(xié)議。 2、IPv4\u00A0和IPv6的控制和數(shù)據(jù)平面的互相影響 雙棧設(shè)備同時運行IPv4和IPv6，理論上兩個協(xié)議棧的路由協(xié)議更新，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)該互不干擾，但在生產(chǎn)網(wǎng)實踐中，很難保證二者完全的隔離。因此在網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵位置，需要慎重考慮雙棧設(shè)備中兩個協(xié)議的互相影響。可以采用IPv4和IPv6網(wǎng)關(guān)分離的方式或冗余設(shè)備方式減少其相互影響。 3、IPv6安全 要求基于雙棧的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持IPv6\u00A0Filter。 4、IPv6無線 建議無線網(wǎng)絡(luò)的路由設(shè)備采用雙棧設(shè)備，未來可以支持Mobile\u00A0IPv6。 5、IPv6\u00A0管理 大多數(shù)園區(qū)網(wǎng)有基于SNMPv2的IPv4網(wǎng)管軟件，目前階段可以通過雙棧設(shè)備的IPv4地址進行管理，通過添加IPv6\u00A0MIB的方式，逐漸加強針對IPv6\u00A0網(wǎng)絡(luò)流量和設(shè)備的管理。

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