朱春燕

（蘇州托普信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215311）

基于SDN和云計(jì)算的IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)方案相關(guān)分析

朱春燕

（蘇州托普信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215311）

在IPv6協(xié)議開發(fā)方面，要加強(qiáng)IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的建設(shè)。而在IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)方案設(shè)計(jì)中，要加強(qiáng)SDN、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，以便對IPv6協(xié)議進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)和完善。基于這種認(rèn)識，文章對IPv6的組網(wǎng)方法及問題展開了分析，然后基于SDN和云計(jì)算的IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)方案設(shè)計(jì)和測試問題進(jìn)行了探討。

SDN；云計(jì)算；IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)

作為新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版（Internet Protocol Version 6，IPv6）可以替代IPv4協(xié)議。而在實(shí)際實(shí)驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)時(shí)，還需要利用現(xiàn)有IPv4網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和平臺完成系統(tǒng)構(gòu)建，這給IPv6網(wǎng)絡(luò)的管理帶來了一定的困難。而通過引入軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）和云計(jì)算等技術(shù)，則能為IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的建設(shè)和管理提供便利。因此，還應(yīng)加強(qiáng)基于SDN和云計(jì)算的IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)方案的分析，以便更好地完成IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的建設(shè)。

1 IPv6的組網(wǎng)方法及問題

IPv6之所以能夠在點(diǎn)對點(diǎn)通信設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用，主要是由于其能夠提供分級結(jié)構(gòu)地址。在其地址結(jié)構(gòu)中，地址類型前綴將占據(jù)開頭3個(gè)位置，連接其后則依次為TLA ID，NLA ID，SLA ID和主機(jī)接口ID，分別為13位、32位、16位和64位。在組網(wǎng)的過程中，還要結(jié)合IPv6的地址結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)地址的有效規(guī)劃。但由于管理組織會分配給骨干網(wǎng)確定的TLA值，其擁有104地址塊，所以只需要通過細(xì)分地址塊就可以完成中小ISP分配[1]。在此基礎(chǔ)上，只要對剩余16位知網(wǎng)標(biāo)識符進(jìn)行考慮就能完成地址規(guī)劃。某單位的IPv6地址規(guī)劃方案如表1所示，該單位申請到的地址塊為2001:250:5809/48，采用的格式構(gòu)造為EUI-64，因此能夠?qū)崿F(xiàn)IPv6地址的自動配置。

實(shí)際利用IPv6進(jìn)行組網(wǎng)時(shí)，還要先進(jìn)行IPv6協(xié)議工具的安裝，并利用本地鏈接地址建立子網(wǎng)。而建立的子網(wǎng)應(yīng)包含兩個(gè)及兩個(gè)以上不通過路由器連接的節(jié)點(diǎn)（見圖1）。根據(jù)安裝的網(wǎng)卡，可完成各接口IP地址設(shè)置。比如在本地鏈接IP前綴為fe：：/64時(shí)，可以前綴后64位為接口標(biāo)志符，以實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)卡48位介質(zhì)訪問控制（Media Access Control，MAC）地址的轉(zhuǎn)化。完成接口地址創(chuàng)建后，可以實(shí)現(xiàn)IPv6子網(wǎng)互聯(lián)。就目前來看，在實(shí)驗(yàn)網(wǎng)互聯(lián)上，一般采用路由器或隧道實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。采用路由器鏈接，需要利用能夠支持IPv6的兩個(gè)路由器進(jìn)行直接連接。但受硬件限制，實(shí)驗(yàn)網(wǎng)規(guī)模容易受限。采用隧道進(jìn)行連接，主要是需要實(shí)現(xiàn)不同子網(wǎng)IPv6節(jié)點(diǎn)通信，需要利用現(xiàn)有的IPv4網(wǎng)絡(luò)完成IPv6主機(jī)或站點(diǎn)連接，將完成隧道機(jī)制的自動構(gòu)造。具體來講，就是要利用特殊IPv6地址和全局IPv4地址作為地址前綴。比如采用2002：IPv4ADDR：：/48中的2002為特殊地址，然后將其與IPv4的32位地址聯(lián)合在一起，構(gòu)成48位地址前綴。因此，采用該種連接方式要求站點(diǎn)擁有全局范圍的IPv4地址，且該地址唯一。在組網(wǎng)的過程中，還要將IPv4地址分配給運(yùn)行IPv6的某臺設(shè)備，以作為網(wǎng)關(guān)。

圖1 子網(wǎng)包含節(jié)點(diǎn)的連接示意

現(xiàn)階段在進(jìn)行IPv6網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)，仍然需要采用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。而該種網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成，需要在多臺物理服務(wù)器上完成業(yè)務(wù)和應(yīng)用的獨(dú)立部署，繼而導(dǎo)致服務(wù)器資源使用率低下。與此同時(shí)，由于設(shè)備和服務(wù)器較多，所以系統(tǒng)能耗較大。此外，每當(dāng)需要完成新應(yīng)用或系統(tǒng)增加時(shí)，則要選擇符合整個(gè)系統(tǒng)要求的軟硬件，所以導(dǎo)致系統(tǒng)應(yīng)用部署效率過低，容易形成信息孤島，繼而不利于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理。

2 基于SDN和云計(jì)算的IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)方案的提出

2.1 建設(shè)思路

針對IPv6組網(wǎng)問題，在建設(shè)IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)時(shí)，還要引入SDN和云計(jì)算等技術(shù)，以便完成全新數(shù)據(jù)中心的搭建，為各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)的遷移提供全新實(shí)驗(yàn)性平臺，以加強(qiáng)對各類業(yè)務(wù)的集約化管理。SDN能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)平面與控制平面的分離，從而使網(wǎng)絡(luò)的可編程性和靈活性得到進(jìn)一步加強(qiáng)。采用該技術(shù)，也能使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備負(fù)載得到有效降低，繼而使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理更加便利。從架構(gòu)上來看，SDN由應(yīng)用層、控制層和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層構(gòu)成，可以將底層轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)施和上層應(yīng)用轉(zhuǎn)化為邏輯實(shí)體，并利用集中和可編程控制器實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)動態(tài)的掌控，進(jìn)而為網(wǎng)絡(luò)管理和新協(xié)議部署提供支持。采用云計(jì)算技術(shù)，可以借助互聯(lián)網(wǎng)提供虛擬私有云服務(wù)，從而加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)的計(jì)算、存儲和管理。因此，采取SDN和云計(jì)算進(jìn)行IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的建設(shè)，能使過去系統(tǒng)管理、運(yùn)維各自為政的情況得到改善，加強(qiáng)部門間協(xié)同合作和資源共享，從而在提高資源利用率的同時(shí)，更好地滿足IT需求。

2.2 建設(shè)內(nèi)容

在實(shí)際建設(shè)IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)時(shí)，需要利用IPv4/IPv6協(xié)議實(shí)現(xiàn)雙棧業(yè)務(wù)流，并利用SDN和云計(jì)算等技術(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)隨行。具體來講，就是使用雙棧技術(shù)同時(shí)為IPv6和IPv4協(xié)議提供支持，擁有IPv6棧和IPv4棧。采用該技術(shù)，在源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，需要先確定網(wǎng)絡(luò)層使用的協(xié)議版本，然后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送。采用SDN技術(shù)，可以幫助源節(jié)點(diǎn)確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議版本，因此能夠盡快實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。此外，為加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全，還要利用SDN提供安全防護(hù)等業(yè)務(wù)。為達(dá)成這一目標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)網(wǎng)硬件建設(shè)方面，還要利用SDN技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)建，并利用云計(jì)算平臺完成應(yīng)用層構(gòu)建。在此基礎(chǔ)上，則要使全網(wǎng)支持IPv6。從硬件資源組成上來看，實(shí)驗(yàn)網(wǎng)主機(jī)應(yīng)為機(jī)架式服務(wù)器/刀片服務(wù)器，存儲可以采用存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network，SAN）交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)附屬存儲（Network Attached Storage，NAS）[2]。而實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包含SDN控制器和交換機(jī)，安全設(shè)備包含防火墻等。實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。從系統(tǒng)軟件組成上來看，各臺服務(wù)器都要完成Windows，Linux等操作系統(tǒng)的配置，并采用虛擬化軟件完成虛擬服務(wù)器和存儲資源的配置，建立相應(yīng)資源池。所以在完成新設(shè)備安裝時(shí)，需完成虛擬化套件安裝。此外，系統(tǒng)需要采用Oracle、MySQL和SQL Server數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，并利用私有云管理平臺進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)、資源、用戶、賬單等內(nèi)容的管理。

圖2 實(shí)驗(yàn)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.3 方案設(shè)計(jì)

結(jié)合IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的建設(shè)思路和內(nèi)容，還要做好建設(shè)方案的設(shè)計(jì)。從總體上來看，還要利用SDN、云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的融合管理，以便為用戶提供有針對性的虛擬私有云服務(wù)。為此，還要進(jìn)行高性能存儲系統(tǒng)和刀箱部署，以便加強(qiáng)關(guān)鍵性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的保障，并使系統(tǒng)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心能夠提供強(qiáng)大計(jì)算能力。而為實(shí)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)識別，還要利用SDN控制器、Service Chain等完成特殊服務(wù)流程的定制。針對異構(gòu)資源，需要利用虛擬化軟件實(shí)現(xiàn)底層計(jì)算資源融合，并利用云管理平臺實(shí)現(xiàn)資源靈活調(diào)度，進(jìn)而使資源兼容性得到提高。在對網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)層的設(shè)備進(jìn)行管理時(shí)，還要在管理服務(wù)區(qū)完成設(shè)備的集中部署。針對同一套物理網(wǎng)絡(luò)，可以利用Overlay技術(shù)進(jìn)行不同邏輯網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)的提供。采取該種措施，則能在服務(wù)器完成虛擬化部署后，為二三層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供環(huán)境保障，并且為業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供得到隔離的環(huán)境。而一旦有業(yè)務(wù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，則會被交換機(jī)印上Vtep標(biāo)簽，然后實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)通信。在控制平面管理上，可以利用SDN控制器集群完成二、三層網(wǎng)關(guān)和Vtep的集中控制[3]。而利用統(tǒng)一協(xié)議進(jìn)行設(shè)備管理，則能為設(shè)備部署和用戶業(yè)務(wù)擴(kuò)展提供便利。在實(shí)際進(jìn)行網(wǎng)關(guān)部署時(shí)，還要利用vSwitch等核心交換機(jī)進(jìn)行網(wǎng)關(guān)功能的提供，并為報(bào)文封裝和解讀提供支持，以確保網(wǎng)絡(luò)性能能夠得到提高。采取該種方案，交換機(jī)可以根據(jù)報(bào)文的IP頭部實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)關(guān)三層轉(zhuǎn)發(fā)，并為傳統(tǒng)VLAN和VXLAN的通信提供支持。此外，在網(wǎng)絡(luò)安全方面，需要采用防火墻實(shí)現(xiàn)公網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)業(yè)務(wù)隔離，并加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)帶寬和安全防護(hù)管理，以免內(nèi)網(wǎng)受病毒入侵。

3 基于SDN和云計(jì)算的IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)方案的測試分析

3.1 測試內(nèi)容

針對設(shè)計(jì)的IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)方案，還要實(shí)現(xiàn)功能驗(yàn)證，以確保方案具有一定的實(shí)用價(jià)值。為此，還要對全網(wǎng)設(shè)備的IPv6，云計(jì)算等功能進(jìn)行驗(yàn)證，然后對業(yè)務(wù)接入和傳輸情況進(jìn)行測試。一方面，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可用性測試中，需完成重復(fù)地址檢測、路由器通告測試等，并對DNS，OSPFv3等協(xié)議進(jìn)行測試。而在SDN功能測試中，需完成流量限速、虛擬網(wǎng)絡(luò)互訪等功能的測試[4]。在實(shí)現(xiàn)云計(jì)算功能測試時(shí)，需進(jìn)行虛擬機(jī)遷移、虛擬網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)等功能的測試。另一方面，在業(yè)務(wù)測試時(shí)，還應(yīng)建立如圖3所示的測試模型。在該模型中，需進(jìn)行公網(wǎng)IP地址釋放或申請，并進(jìn)行Floating IP釋放或申請，以完成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和子網(wǎng)分配。在此基礎(chǔ)上，則要對網(wǎng)絡(luò)主機(jī)，Internet，遠(yuǎn)端虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN）站點(diǎn)等設(shè)施或站點(diǎn)之間的互訪情況進(jìn)行測試，以確認(rèn)各種協(xié)議能否得到網(wǎng)關(guān)支持。

3.2 測試方法

現(xiàn)階段，尚未有專門用于IPv6網(wǎng)絡(luò)測試的工具軟件，如ns-2僅能在UNIX操作系統(tǒng)上為IPv6的仿真提供支持。針對這一情況，還要完成類似的仿真工具設(shè)計(jì)。支持IPv6協(xié)議棧的頭文件如以下程序所示。通過對IPv6協(xié)議簇進(jìn)行指定，即Family=PF_INET6，然后在設(shè)計(jì)的服務(wù)器端完成用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）包的發(fā)送，則能完成網(wǎng)絡(luò)測試。在測試的過程中，還要重點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)丟包率和延時(shí)抖動的測試，并適當(dāng)調(diào)整測試負(fù)荷，以便對網(wǎng)絡(luò)通信情況產(chǎn)生更加全面的了解。

#includelt;winsock2.hgt;

#includelt;ws2tcpip.hgt;

#includelt;tpIPV6.hgt;

3.3 測試結(jié)果

圖3 測試模型

從測試情況來看，網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算，SDN等各項(xiàng)功能都能得到實(shí)現(xiàn)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)能夠?yàn)殡p棧提供支持，在IPv6和IPv4同時(shí)存在的情況下完成互通測試，并實(shí)現(xiàn)IPv6孤島間的互通連接。IPv6和IPv4的UDP數(shù)據(jù)通信情況如表2所示。從表中的內(nèi)容可以看出，在負(fù)荷不是很重的情況下，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠順利實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

表2 IPv6和IPv4的UDP數(shù)據(jù)通信情況

IPv6和IPv6的數(shù)據(jù)通信情況如表3所示。而IPv6不僅能夠與純IPv6互通，也能實(shí)現(xiàn)孤島間的互通，可以提供IPv6多播與IPv6 DHCP等功能，因此能夠適用于IPv6和IPv4業(yè)務(wù)。

從互聯(lián)網(wǎng)接入情況來看，網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)路可以進(jìn)行Internet出口FW的發(fā)布，虛擬主機(jī)也能夠與Internet實(shí)現(xiàn)互訪。用戶在使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端站點(diǎn)互訪，并利用外部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互訪。從業(yè)務(wù)安全防護(hù)情況來看，通過在虛擬交換機(jī)上下掛虛擬均衡VLB和防火墻，并利用VFW和VLB為網(wǎng)關(guān)，則能利用VNF管理組件實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的統(tǒng)一下發(fā)，以確保各類業(yè)務(wù)能夠得到安全防護(hù)[5]。針對專線業(yè)務(wù)或用戶進(jìn)行其他應(yīng)用訪問，系統(tǒng)則會根據(jù)實(shí)際需求將流量引導(dǎo)到NFV設(shè)備上，因此能夠提供靈活、安全的服務(wù)。

表3 IPv6和IPv6的UDP數(shù)據(jù)通信情況

4 結(jié)語

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，采用SDN和云計(jì)算等技術(shù)完成IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的建設(shè)，能夠解決網(wǎng)絡(luò)傳輸存在的孤島問題，同時(shí)也能加強(qiáng)資源共享，從而使網(wǎng)絡(luò)的管理和運(yùn)維成本得到降低。而通過對利用SDN和云計(jì)算等技術(shù)設(shè)計(jì)的IPv6實(shí)驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)方案進(jìn)行驗(yàn)證，可以確認(rèn)該方案具有一定的實(shí)用價(jià)值，因此可以進(jìn)一步加強(qiáng)方案的研究和應(yīng)用。

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Correlation analysis of IPv6 experiment network construction scheme based on SDN and cloud computing

Zhu Chunyan
(Suzhou Top Institute of Information Technology, Suzhou 215311, China)

In the development of IPv6 protocol, it is necessary to strengthen the construction of IPv6 experiment network. In the construction program design of IPv6 experimental network, it is necessary to strengthen SDN, cloud computing and other advanced technology applications, in order to further develop and improve IPv6 protocol. Based on this understanding, this paper analyzes the networking methods and problems of IPv6, and then discusses the design and testing problem of IPv6 experimental network based on SDN and cloud computing.

SDN; cloud computing; IPv6 experimental network

朱春燕（1982— ），女，江蘇蘇州人，講師，學(xué)士；研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。