校园网的网络方案设计
摘要
本文从 IPv6 的技术理论分析入手,以东华松江校园网建设为应用
背景,规划设计了基于 IPv6 技术的下一代校园网,综合应用了 IPv6 组网
技术。在对 IPv6 组网相关技术原理分析以及下一代校园网组网建设
原则和设计需求全面分析的基础上,确定了设备选型方案,采用美国极
进公司的 BlakcDiamond 和 Summit 系列产品完成了部署核心层、汇聚
层、接入层的三层网络架构。部署基于 IPv6 的下一代校园网网络拓
扑,在核心层和汇聚层的 BO68OS 之间实现 IPv6 动态路由机制 OSPFv6;
在核心层 BO 上利用丁 Tunnel 技术配置 IPv6 隧道,与校本部的 IPv6 试
验网联通,R98O 实现了纯 IPv6 网络的联通[1];在松江校园网内部采用
IPv6 尸双栈组网技术,其中核心层和汇聚层使用 BO6808,可实现 IPv6
双栈和隧道功能;接入层使用 Summi4t8i,全面支持 IPv6 双栈技术,在
核心层部署 IPv6 双栈 ONS 域名解析服务器和 IPv6 组播源 Mulitcast
服务器,满足校内用户访问 IPv6 网络资源。
关键字:IPv6 协议 组网
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下一代校园网是建立在对网络层协议全面升级的前提上进行的,
首先对下一代网络协议 IPv6 全方位技术分析是深入研究的坚实基础。
1 IPv6 报头格式
IPv6 数据包由 I Pv6 包头、扩展包头和上层协议数据单元三部分
组成。
IPv6 包结构
(1)IPV6 报头
IPv6 报头格式
IPv6 包头长度固定为 40 字节,去掉了 I Pv4 中一切可选项,只包括 8
个必要的字段,因此尽管 IPv6 地址长度为 I Pv4 的四倍,I Pv6 包头长
度仅为 IPv4 包头长度的两倍。
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Traffice Class(通信类别):8 位,指示 IPv6 数据流通信类别或优先级。
功能类似于 IPv4 的服务类型(TOS)字段。
Flow Label(流标记):20 位,IPv6 新增字段,标记需要 IPv6 路由器
特殊处理的数据流。该字段用于某些对连接的服务质量有特殊要求的
通信,诸如音频或视频等实时数据传输。在 IPv6 中,同一信源和信
宿之间可以有多种不同的数据流,彼此之间以非’’0’’流标记区分。如
果不要求路由器做特殊处理,则该字段值置为’’0’’[2]。
Payload Length(负载长度):16 位负载长度。负载长度包括扩展头
和上层 PDU, 16 位最多可表示 65, 535 字节负载长度。超过这一字节
数的负载,该字段值置为’’0’’,使用扩展头逐个跳段(Hop-by-Hop )选
项中的巨量负载(Jumbo Payload)选项。
Next Header(下一包头):8 位,识别紧跟 IPv6 头后的包头类型,
如扩展头(有的话)或某个传输层协议头(诸如 TCP, UDP 或着 ICMPv6 ) 。
Hop Limit(跳段数限制):8 位,类似于 IPv4 的丁下 L(生命期)字段。
与 IPv4 用时间来限定包的生命期不同,IPv6 用包在路由器之间的转
发次数来限定包的生命期。包每经过一次转发,该字段减 1,减到 0
时就把这个包丢弃。
Source Address(源地址):128 位,发送方主机地址。
Destination Address(目的地址):128 位,在大多数情况下,目的
地址即信宿地址。但如果存在路由扩展头的话,目的地址可能是发送
方路由表中下一个路由器接口。附:常用的 Next 日 eader 字段值表和
ipv4 与 ipv6 包头格式对比图。
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常用的 Next Header 字段值
ipv4 与 ipv6 包头格式对比
(2)扩展包头
IPv6 将所有的可选项都移出!Pv6 包头,置于扩展头中。由于除
Hop-by-Hop 选项扩展头外,其他扩展头不受中转路由器检查或处理,
这样就能提高路由器处理包含选项的 IPv6 分组的性能。通常,一个
典型的 IPv6 包,没有扩展头。仅当需要路由器或目的节点做某些特
殊处理时,才由发送方添加一个或多个扩展头。与 IPv4 不同,IPv6
扩展头长度任意,不受 40 字节限制,但是为了提高处理选项头和传
输层协议的性能,扩展头总是 8 字节长度的整数倍。
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目前,RFC 2460 中定义了以下 6 个 IPv6 扩展头:Hop-by-Hop(逐个
跳段)选项包头、目的地选项包头、路由包头、分段包头、认证包头
和 ESP 协议包头。
2 IPv6 地址方案
IPv4 与 IPv6 地址之间最明显的差别在于长度:IPv4 地址长度为 32
位,而 IPv6 地址长度为,28 位。
(1)IPv6 地址表示方式
IPv4 地址一般以 4 部分间点分的方法来表示,即 4 个数字用点分
隔。例如下面是一些合法的!Pv4 地址,都用十进制整数表示:
10.5.3.1
127.0.0.1
201.199.244.101
IPv4 地址也时常以一组 4 个 2 位的十六进制整数或 4 个 8 位的二
进制整数表示,但后一种情况较少见。IPv6 地址长度 4 倍于 I Pv4 地
址,表达起来的复杂程度也是 I Pv4 地址的 4 倍。IPv6 地址的基本表
达方式是 X:X:X:X:X:X:X:X,其中 X 是一个 4 位十六进制整数(16 位)每
一个数字包含 4 位,每个整数包含 4 个数字,每个地址包括 8 个整数,
共计,28 位(4x4x8 二 128)。例如,下面是一些合法的 IPv6 地址:
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请注意这些整数是十六进制整数,其中 A 到 F 表示的是 10 到 15。
地址中的每个整数都必须表示出来,但起始的 0 可以不必表示。这是
一种比较标准的 IPv6 地址表达方式,此外还有另外两种更加清楚和
易于使用的方式。某些!Pv6 地址中可能包含一长串的 0(就像上面的第
二和第三个例子一样)。当出现这种情况时,标准中允许用“空隙”
来表示这一长串的 0。换句话说,地址 2000:0:0:0:0:0:0:1 可以被表示
为 2000::1
这两个冒号表示该地址可以扩展到一个完整的,28 位地址。在
这种方法中,只有当 16 位组全部为 0 时才会被两个冒号取代,且两
个冒号在地址中只能出现一次。
在 IPv4 和 IPv6 的混合环境中可能有第三种方法。I Pv6 地址中的
最低 32 位可以用于表示 I Pv4 地址,该地址可以按照一种混合方式表
达,即 X:X:X:X:X:X:d.d .d .d,其中 X 表示一个 16 位整数,而 d 表示一
个 8 位十进制整数。例如,地址 0:0:0:0:0:0:10 .0 .0 .1 就是一个合法的
IPv4 地址。把两种可能的表达方式组合在一起,该地址也可以表示为:
::10.0.0.1[3]
由于 IPv6 地址被分成两个部分一子网前缀和接口标识符,因此人
们期待一个 IP 节点地址可以按照类似 C}DR 地址的方式被表示为一个
携带额外数值的地址,其中指出了地址中有多少位是掩码。即,IPv6
节点地址中指出了前缀长度,该长度与 Pv6 地址间以斜杠区分,例如:
1030:0:0:0:C9B4:FF12:48AA:1A2B/60 这个地址中用于选路的前缀长度
为 60 位。
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3 IPv6 地址类型
IPv6 中地址有三种类型:单点传送(Unicast)、多点传送(Multicast)、
任意点传送((Anycast)。也有文献称之为单播、组播、泛播(任播)地址。
IPv6 中不再有象 IPv4 中那样的广播(broadcast)地址,它的功能由多点
传送地址来实现。
(1)单播(unicast ):这种类型的地址是单个接口的地址。发送到一
个单点传送地址的信息包只会送到地址为这个地址的接口。用于确认
单独接口的一个地址。发往单播地址的数据包被发送到该地址所确认
的接口。按照数据包的可到达性,单播支持以下类型的地址:
全球单播地址:能够全球到达和确认的地址。全球单播地址由一个
全球选路前缀、一个子网旧和一个接口旧组成(如图所示)。当前全球
单播地址分配使用的地址范围从二进制值 001 (2000::/3)开始,即全
部!Pv6 地址空间的八分之一。
站点本地单播地址:只能在客户站点内到达和确认的地址,类似
于 IPv4 专用地址前缀、10.0.0.0I8 和 192.168.0.0/16。站点本地单播地
址包含一个 FECO::/10 子网旧以及接口 ID(如图所示)。
链路本地单播地址:只能由与同一本地链路相连的节点到达和确
认的地址。FE80::/ 10 前缀和一个接口旧(如图所示)。
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全球单播地址格式
站点本地单播地址格式
链路本地单播地址格式
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