IPV6过渡技术在高职数字化校园中的设计分析

　“湖南省建设教育强省规划纲要（2010-2020年）”指出：湖南省要“把教育信息化纳入‘数字湖南’建设体系，超前部署教育信息网络，推进数字化校园建设。”争取到2020年，要“基本建成覆盖城乡各级各类学校的教育信息化体系，促进教育内容、教学手段和方法现代化，实现‘数字湖南教育’目标。”响应这精神，目前，各高职院校都建立了自己的数字化校园，无限可访问、可利用的资源给学院的教学、管理、科研、甚至后勤、服务等方面都提供了巨大的便捷空间，对高职院校培养适应社会发展、满足企业需求的技能型专门人才产生了积极的推动作用。然而各高职院校的数字化校园都是采用IPV4（第四代IP地址）网络的接入模式，随着信息化技术的高速发展，由于IPV4在地址分配上的弊端和安全性能上的不足，IPV4技术已逐渐不能满足数字化校园的需要，IPV6（第六代IP地址）网络应运而生且普及迅速，从而催生了下一代数字化校园的建设。
　　1 高职院校数字化校园现状
　　我国数字化校园发展IPV6网络技术，是从重点本科院校开始。我国将第二代教育与科研计算机网（CERNET2），作为各高等院校下一代数字化校园的网络示范平台，以便有效开展IPV6的技术与应用研究。目前，很多211高校或者重点学科院校，都已建成或正在建设自己的IPV6数字化校园网络。更快捷、更海量、更安全的信息量极大方便了教师们的教学与科研工作。其他本科院校也完成或陆续开展了自己的IPV6数字化校园工程，这既是信息化时代的趋势，也是日益增长的网络用户的强烈要求。但目前表现在高职院校，后劲略显不足。主要原因是：
　　1）很多高职院校刚刚完成初步的数字化校园建设，现状的满足感已不再想花费更多的人力物力和财力去思考下一代的网络升级计划，因此就不提或搁浅了校园网的进一步规划。
　　2）一些高职院校经历过前期数字化校园建设中不菲的投入，也担心下一步的升级计划会投入更多，看不到下一代数字化校园的前景，也意识不到由IPV4升级到IPV6网络中现有设施的可重复利用。
　　3）现有的数字化校园让许多高职院校享受到了信息化社会带来的便捷，但没意识到高昂的安全代价、难以维护的网络现状带来的种种不便。
　　4）技术难题。高职院校的网络维护跟不上技术的发展，限于维护人员的水平和技术的跟进不够。数字化校园从IPV4到IPV6的升级，包括设备、协议、技术的替换或更新，需要随时的维护和检验。高职院校缺少这样的技术型维护人员，需要加强培训或技术上门服务，增加了学校的成本。这也是高职院校数字化校园难以普及IPV6技术的现实。
　　湖南工程职院数字化校园始建于2000年。当时学院机房还是普通的局域网机房，计算机房和各教师的办公室还没有联入INTERNET。受因特网发展的影响，00年开始筹划第一期校园网建设，到现在已完成三期建设。以我院建设的校园网为例，拓扑结构如图1。
　　校园网共有六个核心层节点，网络中心有二台核心交换机，五台汇聚层交换机，200多台接入层交换机。光纤接入网络中心，其他以级联方式进入各节点。C类地址8个，划分了四个子网，地址采用动态与静态分配相结合，私有地址作设备管理用，并入因特网的信息点大概有1000个左右，提供日常的教学工作和教师的家庭网络所用。由于以前网络的形势，现有校园网构架基本为二层网络交换模式，多个子功能区的交换机是直接连到网络中心的核心交换机上；现有校园网中大多数连接到交换机都不支持IPV4/IPV6双栈，因此在升级过程中须进行更换。
　　2 校园网面临的问题和挑战
　　大多数高职院校和我校一样，起步晚，设备跟进困难，技术维护不足，虽然作了大量工作，仍然存在以下问题：
　　1）由于许多网络设备在十多年前采购，这些设备都是基于IPV4研究开发而成，核心、汇聚交换机等大多数三层设备不支持IPV6协议，单纯通过升级来支持IPV6也不大可能，只能更换。
　　2）校园主干网络设备只用到百兆互联，主要核心节点流量已远超百兆，已不能支撑网络的正常使用。
　　3）校园主干网均未实现冗余备份，主干网设备老化，稳定性和可靠性隐患严重。小汇聚交换机搞病毒攻击能力弱。
　　由于这些问题的存在，数字化校园IPV6技术升级主要从以下几个方面进行：
　　1）新购设备要完全支持IPV6的网络核心层和大汇聚层的路由交换设备，校园主干网升级到1G，实现主要设备冗余备份，升级或替换现有的网络管理、安全监控等支持系统，保证升级后的校园网可管、可控和安全。
　　2）逐步实现数字化校园相关业务系统IPV6的升级，并实现IPV6优先访问。
　　3）建设校园无线网络，在办公区、教学楼、公共场所及实验区等建设无线网络，并逐步实现全校的无线网络覆盖。
　　考虑升级后新业务量的增加会加重网络设备的运行负担，须购置一台高性能双栈三层交换机和双栈路由器，以实现“独立路由，共享交换”的目的，打造一个双核心的新一代数字化校园。
　　3 IPV6的优势
　　1）巨大的地址空间
　　因为IPV4的地址空间日益匮乏的缘故，新的用户和节点已无地址可用，IPV6技术正好弥补了这一个缺憾。巨大的IPV6地址空间足可以给ISP和组织结构分配大块地址，分配一个网络前缀。这种路由聚合促进了高效率和可扩展性的路由选择。
　　2）高效的组播功能
　　由于IPV4技术发送的是广播数据包，会造成广播风暴，容易造成整个网络阻塞甚至瘫痪。而IPV6不采用ARP广播请求，采用的是组播技术，网络中非多播组成员是接收不到数据报的，这样就大幅度减少了网络的带宽战用，提高了网络的利用率，减少了计算机的时钟周期，从而保证网络畅通。
　　① 更高的安全性能
　　由于IPV6采用的是IPsec安全封装协议，IPSec是安全网络的发展方向。它通过端对端的安全性能来提供主动的保护，以防止专用网络与 Internet 的攻击，保证了端到端的通信安全，提高了通信的质量和性能。
　　② 节点的即插即用功能
　　由于IPV6拥有大量的地址资源，终端设备可以通过IPV6随时接入到网络中来，地址DHCP分配协议能实现设备的自动管理。
　　4 校园网升级技术方案。
　　高职数字化校园从现有的IPV4技术升级到IPV6，涉及到设备的更新和不菲的投入，因此是一个长期的渐近的过程。 由于教学资源的特殊性和不可中断性，因此要建立一个可靠的、易于管理的、安全和高效的IP网络解决方案。高职院校的数字化校园升级采用的技术路线应该分两步走，由于IPV4校园网的存在，首先要建立IPV4/IPV6双栈网，第二步建立纯IPV6专用网络。IPV4/IPV6双栈网主要为全校师生提供日常上网需要和支撑学校数字化校园业务系统运行，同时兼顾一般的IPV6应用。
　　1）IPV4/IPV6双栈网建设策略
　　IPV4/IPV6双栈网是在现要校园网基础上升级的一种形式。由于现在网络已经覆盖学院所有教学区、办公区、教工宿舍、学生宿舍等，因此升级后要求有一定的高稳定性和安全性。新双栈网拟采用千兆主干网，百兆汇聚，力争到到桌面时有10M的速度。技术上要求该网全面支持IPV4/IPV6技术，能直接为所有用户提供IPV4/IPV6的双栈接入功能。其拓扑结构如图2所示。
　　在本网络中，校园网和以前一样按不同片区划分多个子网，每个子网配备相应的IPV4地址。地址采用动态或静态分配IP地址。校园网中的IPV6地址用于办公区、教职工和学生宿舍，其地址实现方式，可以在双栈主机中同时配置IPV4地址和IPV6地址，而服务器、交换机、专用机房以及智能型设备配置纯IPV6地址。
　　本网络中，校园网核心交换机支持双协议和路由交换的功能，通过开启IPV6协议和功能，即可实现双栈通信。汇聚怪交换机支持IPV6协议，与核心层组成IPV6网络，可以直接通信；不支持IPV6的交换机可利用VLAN跳跃到三层双栈交换机完成通信。
　　2）纯IPV6数字化校园方案
　　数字化校园从目前的纯IPV4技术升级到IPV6技术方案，从硬件到软件上都还不成熟，最好的办法就是上面的双栈技术，IPV4/IPV6共存，既兼顾了原有设备的存在，又在技术上能平滑过度。但这种网络不能保证网络和云计算机的应用，不能满足高性能计算的需要；另外IPV4/IPV6是生产性网，而纯IPV6能做地址认证、组播及未来新技术的开发与应用等，是数字化校园发展的必然趋势。拓扑结构如下：
　　3）基于802.11的数字化校园无线扩充方案
　　在升级高职数字化校园的同时，无线办公网络不失为校园网的一个重要补充。此方案投入小，性价比高，能实现移动设备的随时接入，简单实用。拓扑图如下：
　　该方案加入了AC（接入控制器）设备，具有较高的可靠性和更方便的管理性。接入控制器（AC）在WLAN与Internet之间起网关功能，可以将来自不同接入点的数据进行汇聚、接入互联网。通过下面的交换机设备，完成对多个AP点的接入功能，扩充整个网络系统WLAN的功能实现。虽然网络设备较昂贵，但由于扩充了无线网络能力，因此对于有较多无线设备加入的办公区域，可以考虑应用这种方案。
　　5 未来展望
　　IPV4技术的地址枯竭现已阻碍了数字化校园的进一步发展，IPV6技术的更新为下一代的数字化校园提供了广阔前景和完善的支持。目前高职院校的数字化校园虽然都各具规模，但由IPV4向IPV6的跟进还要一个漫长的过程；目前也只能在原有IPV4技术的现状下，向IPV4/IPV6双栈技术过渡，同时还要在网络安全方面进行防范，以保证整个校园网络有序地运行。为了更好地建设新一代数字化校园，我们还需在IPV6技术方面继续探索，努力为院校师生提供一个更安全、更快捷、更方便的网络空间。
　　参考文献：
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　　[5] 科技部国家科技支撑计划重大项目：《新一代可信任互联网试验网》.2009 -2011.
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