摘 要：目前互聯(lián)網(wǎng)的IPv4協(xié)議在地址空間、網(wǎng)絡(luò)安全、服務(wù)質(zhì)量等方面都存在局限性。IPv6作為新的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議解決了這些問(wèn)題。IPv6 的應(yīng)用將對(duì)校園網(wǎng)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。本文從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用三方面分析了IPv6 對(duì)校園網(wǎng)發(fā)展的影響。

關(guān)鍵詞：IPv6；校園網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)安全；網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

1 引言

當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是TCP/IP協(xié)議族，其中IP是TCP/IP協(xié)議族中網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議，是TCP/IP協(xié)議族的核心協(xié)議，目前的版本IPv4已經(jīng)使用了40多年。近年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，IPv4所定義的有限地址空間即將耗盡，同時(shí)互聯(lián)網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)安全、質(zhì)量、NAT對(duì)端到端應(yīng)用的阻礙等方面所暴露出來(lái)的問(wèn)題更加突出，IPv4的局限性越來(lái)越清晰地表現(xiàn)出來(lái)。針對(duì)這一問(wèn)題，IETF的IPng（新一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）工作組于上個(gè)世紀(jì)九十年代中期開(kāi)始著手研究和制定新的IP協(xié)議規(guī)范，即IPv6。國(guó)際上對(duì)IPv6協(xié)議的完善及各項(xiàng)研究和實(shí)現(xiàn)工作已開(kāi)展了十幾年，不同平臺(tái)上的IPv6系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件、面向IPv6的路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均已面世，IPv6已逐漸開(kāi)始進(jìn)入實(shí)用，其大規(guī)模的推廣只是一個(gè)時(shí)間問(wèn)題。

IPv6相對(duì)IPv4而言，最大的特點(diǎn)就是提供了巨大的地址空間。IPv4中IP地址長(zhǎng)度為32位，地址數(shù)約為43億個(gè)，而IPv6飛躍性地?cái)U(kuò)大了地址空間，其地址長(zhǎng)度為128位，地址個(gè)數(shù)為340，282，366，920，938，463，463，374，607，431，768，211，456。如此浩大的地址空間，按全球60億人口計(jì)算，每人可以分得5.7*1028個(gè)地址。因此，在有限的時(shí)間內(nèi)，我們都不會(huì)再為地址不足的問(wèn)題發(fā)愁。

IPv6除了一勞永逸地解決了地址短缺問(wèn)題以外，還考慮了在IPv4中解決不好的其它問(wèn)題，主要是端到端IP連接、服務(wù)質(zhì)量（QoS）、安全性、組播（Multicast）、移動(dòng)性、即插即用等。

IPv6的推廣應(yīng)用勢(shì)必影響到校園網(wǎng)的發(fā)展。校園網(wǎng)突出的特點(diǎn)是學(xué)校內(nèi)有眾多的計(jì)算機(jī)上網(wǎng)，用戶(hù)密集，網(wǎng)絡(luò)流量較大，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用多且復(fù)雜，多媒體應(yīng)用占相當(dāng)大的比重，對(duì)安全性要求較高。

2 IPv6 對(duì)校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響

2.1 取消網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換

一般校園網(wǎng)都因?yàn)镮P地址不足而存在大量的私有地址，為實(shí)現(xiàn)對(duì)外部網(wǎng)的訪(fǎng)問(wèn)和網(wǎng)間的互聯(lián)，不得不在網(wǎng)絡(luò)中部署大量的NAT設(shè)備。在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，NAT設(shè)備往往成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，而且有些應(yīng)用是無(wú)法穿透NAT的，例如經(jīng)過(guò)加密的數(shù)據(jù)包以及一些不使用UDP和TCP協(xié)議頭的數(shù)據(jù)包，因此嚴(yán)重制約了校園網(wǎng)內(nèi)一些重要的應(yīng)用，如多媒體應(yīng)用和P2P應(yīng)用。并且伴隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和網(wǎng)絡(luò)速率的提高，NAT設(shè)備將不斷提高建網(wǎng)成本。

IPv6巨大的地址空間完全解決了這一問(wèn)題。不但每個(gè)計(jì)算機(jī)可以分到一個(gè)或多個(gè)地址，而且連學(xué)校中其它一些基礎(chǔ)設(shè)施和機(jī)器設(shè)備，如門(mén)禁、電鈴、電話(huà)、學(xué)生手中的PDA等都可以得到一個(gè)IP地址。因此，大量的NAT設(shè)備將被取消，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次減少，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將會(huì)更加簡(jiǎn)明合理。

2.2 促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的優(yōu)化和改進(jìn)

除此之外，IPv6還將影響到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，從而影響到網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和性能質(zhì)量。首先是路由器，IPv6的地址分配一開(kāi)始就遵循聚類(lèi)的原則，IPv6 路由器能在路由表中用一條記錄表示一片子網(wǎng)，大大減小了路由器中路由表的長(zhǎng)度，提高了路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度。這是IPv6在尋址方面具有的優(yōu)點(diǎn)。其次是網(wǎng)絡(luò)中需要自動(dòng)配置服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的“即插即用”。IPv6對(duì)自動(dòng)配置提供了支持，使得網(wǎng)絡(luò)（尤其是局域網(wǎng)）的管理更加方便和快捷。它是對(duì)DHCP協(xié)議的改進(jìn)和擴(kuò)展，是指無(wú)需任何人工干預(yù)，就可以將一個(gè)節(jié)點(diǎn)插入IPv6網(wǎng)絡(luò)并在網(wǎng)絡(luò)中啟動(dòng)。IPv6使用了兩種不同的機(jī)制來(lái)支持即插即用網(wǎng)絡(luò)連接：?jiǎn)?dòng)協(xié)議（BOOTP）和動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP）。這兩種機(jī)制允許IP節(jié)點(diǎn)從特殊的BOOTP服務(wù)器或DHCP服務(wù)器獲取配置信息。當(dāng)然這就需要校園網(wǎng)中保持和管理特殊的自動(dòng)配置服務(wù)器，以便管理所有的狀態(tài)。

3 IPv6 對(duì)校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全的影響

原來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)包括校園網(wǎng)的安全機(jī)制只建立于應(yīng)用程序級(jí)，如 E-mail 加密、SNMPv2 網(wǎng)絡(luò)管理安全、接入安全（HTTP、SSL）等，無(wú)法從IP層來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)的安全。

IETF從1995年開(kāi)始著手研究制定了IPSec 協(xié)議用于保護(hù)IP通信的安全。IPSec提供既可用于IPv4也可用于IPv6的安全性機(jī)制，它是IPv4的一個(gè)可選擴(kuò)展協(xié)議，卻是IPv6的一個(gè)必不可少的組成部分。通過(guò)集成IPSec，IPv6實(shí)現(xiàn)了IP級(jí)的安全。IPSec提供如下安全性服務(wù)：訪(fǎng)問(wèn)控制、無(wú)連接的完整性、數(shù)據(jù)源身份認(rèn)證、防御包重傳攻擊、保密、有限的業(yè)務(wù)流保密性。IPSec的兩種協(xié)議，認(rèn)證報(bào)頭（AH）協(xié)議定義了認(rèn)證的應(yīng)用方法，封裝安全負(fù)載（ESP）協(xié)議定義了加密和可選認(rèn)證的應(yīng)用方法。兩種協(xié)議提供了兩種安全機(jī)制，認(rèn)證機(jī)制是指IP通信的數(shù)據(jù)接收方能夠確認(rèn)數(shù)據(jù)發(fā)送方的真實(shí)身份以及數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中是否遭到改動(dòng)；加密機(jī)制通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼來(lái)保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性，以防數(shù)據(jù)因在傳輸過(guò)程中被他人竊取而失密。由于IPSec提供的端到端安全性的兩個(gè)基本組件，即認(rèn)證和加密都是IPv6協(xié)議的必備組件，而在IPv4中，它們只是可選組件，因此，采用IPv6，安全性會(huì)更加簡(jiǎn)便、一致。更重要的是，因?yàn)槿∠薔AT，IPv6 使我們有機(jī)會(huì)在將網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換到這種新型協(xié)議的同時(shí)發(fā)展端到端安全性。

校園網(wǎng)特別是軍校的校園網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)安全上有一些特別的要求，IPSec實(shí)現(xiàn)的IP層的安全對(duì)實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證、訪(fǎng)問(wèn)控制、保密等方面在根本上提供了方便性和一致性。

4 IPv6 對(duì)校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的影響

以IPv6為基礎(chǔ)的下一代網(wǎng)絡(luò)既可以更好地支持和保障傳統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用，更可以支持各種各樣的創(chuàng)新業(yè)務(wù)應(yīng)用。IPv6提供了優(yōu)質(zhì)的信息高速公路，它使至今為止還是脫機(jī)的每樣?xùn)|西都變成可訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)機(jī)設(shè)備成為可能，并且一旦什么東西都聯(lián)網(wǎng)之后，就能夠創(chuàng)新出數(shù)不勝數(shù)的新型應(yīng)用。IPv6對(duì)校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的最大的影響就在于它增強(qiáng)了對(duì)于服務(wù)質(zhì)量的考慮。IPv6增強(qiáng)的組播支持以及對(duì)流的支持使得網(wǎng)絡(luò)上的多媒體應(yīng)用有了長(zhǎng)足發(fā)展的機(jī)會(huì)，為服務(wù)質(zhì)量控制提供了良好的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

從協(xié)議的角度看，IPv6與目前的IPv4提供相同的服務(wù)質(zhì)量，但是IPv6的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在能提供不同的服務(wù)。這些優(yōu)點(diǎn)來(lái)自于IPv6的包頭結(jié)構(gòu)中新增的優(yōu)先級(jí)字段和流標(biāo)簽字段。優(yōu)先級(jí)字段擴(kuò)大到1個(gè)字節(jié)，這就可以定義256個(gè)級(jí)別的優(yōu)先級(jí)，對(duì)各種多媒體信息根據(jù)重要性確定數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級(jí)，從而保證每一項(xiàng)服務(wù)都能達(dá)到用戶(hù)滿(mǎn)意的質(zhì)量。而有了20位長(zhǎng)的流標(biāo)簽字段，在傳輸過(guò)程中，中間的各節(jié)點(diǎn)就可以識(shí)別和分開(kāi)處理任何IP地址流。在IPv6中，同一個(gè)業(yè)務(wù)流的所有數(shù)據(jù)包采用相同的流標(biāo)簽，這樣當(dāng)路由器檢測(cè)到相同的流標(biāo)簽的時(shí)候就采用相同的路徑發(fā)出去，而不需要為每一個(gè)數(shù)據(jù)包重新選擇路由，從而大大提高了數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的效率，降低了端到端的延遲。反觀(guān)IPv4中，同一數(shù)據(jù)流的包和包之間沒(méi)有任何相關(guān)性，路由器對(duì)對(duì)每一個(gè)包的獨(dú)立處理，就會(huì)略微增加包的處理時(shí)間，對(duì)于文件傳輸?shù)葢?yīng)用可能影響不大，但是對(duì)于視頻廣播或者點(diǎn)播來(lái)說(shuō)，延時(shí)的增加和不確定性會(huì)造成收看質(zhì)量的嚴(yán)重下降。此外，在支持“總是在線(xiàn)”連接、防止服務(wù)中斷以及提高網(wǎng)絡(luò)性能方面，IPv6 也有助于改進(jìn)服務(wù)質(zhì)量。

因此，我們可以認(rèn)為，由于校園網(wǎng)對(duì)大量多媒體應(yīng)用的迫切需求，隨著IPv6協(xié)議的推廣應(yīng)用，視頻點(diǎn)播、視頻會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等應(yīng)用將首先在校園網(wǎng)中得到長(zhǎng)足的發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IPv4在地址空間、端到端的IP連接、服務(wù)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)安全和移動(dòng)性等方面都暴露出了不足，而與IPv4相比較，IPv6在提供可用IP地址空間、改善端到端的安全性、對(duì)移動(dòng)通信的內(nèi)在支持、提高服務(wù)質(zhì)量以及減輕系統(tǒng)管理負(fù)擔(dān)等方面都有著顯著的優(yōu)勢(shì)。IPv6將成為構(gòu)筑下一代網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)，在經(jīng)過(guò)一段過(guò)渡期后，無(wú)疑它將最終代替IPv4。而且IPv6進(jìn)入校園網(wǎng)并在校園網(wǎng)中發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，這將是IPv6推廣過(guò)程中必然先行的一個(gè)階段。

參考文獻(xiàn)

[1] http：//www.isc.org.cn/ipv6jszt/

[2] http：//www.ccidnet.com/

作者簡(jiǎn)介

邊瑞卿，邊防學(xué)院戰(zhàn)斗實(shí)驗(yàn)室講師。