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阅读以下关于某大学校园网的叙述,回答问题1至问题4。
【说明】
某大学校园网经过多年的建设已初具规模,由于校内相关的科研单位有接入到以IPv6为核心的下一代互联网中进行相关研究的需求,同时为了积极探索解决学校公网IPv4地址的短缺、现有网络安全等方面的问题,学校网络中心计划对现有校园网进行IPv6技术升级。学校现有的网络拓扑如图1-1所示。
(1)接入层:完成IPv4用户接入,设备是二层接入交换机、三层接入交换机。
(2)汇聚层:完成接入用户的汇聚,汇聚交换机是盒式或机架式三层交换机,目前不支持IPv6业务。

(3)核心层:是整个网络的核心(机架式三层交换机,目前不支持IPv6业务),同时连接外部网络的出口,是整个园区网业务流量通,是IPv4主干网或者IPv6主干网的必经之路。

    图1-1 校园网拓扑图

【问题1】(5分)
为了实现IPv4网络向IPv6网络的过渡和转换,IETF制订的解决过渡问题的基本技术方案有三种。在进行IPv6升级的初期,由于教学科研区访问IPv6网络的需求比较迫切,学校希望花费较少的资金就能使教学科研区访问IPv6网络上的相关资源,简述三种技术方案的要点,并依据需求进行过渡技术方案选择。
【问题2】(8分)
   随着网络建设的不断升级,为把校园网积极推进到以IPv6为核心的下一代互联网中,要求学生区和教学科研区的IPv6用户能够访问IPv6网络资源,同时实现这两个区域之间IPv6资源的互访。
(1)基于上述的需求,对过渡方案进行了调整,网络结构如图1-2所示,请在尽量节省资金的情况下给出该校园网IPv6技术升级的过渡方案,并进行设备升级和网络调优(网络设备调整等)的方案设计。

     图2-1 过渡方案网拓扑图

(2)因家属区个别用户也想接入到IPv6网络中访问相关资源,现在核心交换机2上开启ISATAP隧道,隧道服务器地址为isatap.xuexiao.edu.cn。
   若家属区客户机为win xp(sp1及以上),完成下面的步骤,使得客户机能够通过ISATAP隧道接入IPv6网络。
   C:>    ①  //安装JPv6协议
   C:>    ②  //设置隧道终点
【问题3】(8分)
NDP(Neighbor Discovery Protocol,邻居发现协议)是IPv6的一个关键协议,它组合了IPv4中的ARP、ICMP路由器发现和ICMP重定向等协议,并对它们做了改进,作为IPv6的基础性协议,NDP还提供了前缀发现、邻居不可达检测、重复地址监测、地址自动配置等功能。进行IP地址规划及路由方案设计,包括:
(1)在现阶段网络的IPv6技术升级中,IPv6地址分配的两种分配机制是什么?
(2)在本方案中服务器端和用户端分别采用的IPv6地址分配机制是什么?
(3)在IPv4的网络中,校园网内部路由协议采用OSPF,在lPv6的网络中采用的路由协议是什么?
(4)接入到IPv6网络中的边界路由器采用何种接入方式。
【问题4】(4分)
近年来国家大力推进IPv4向IPv6的过渡,但是基于IPv6的网络部署还不能达到国家的战略要求。
(1)你认为影响IPv6发展的因素主要有哪些。
(2)对于学校现有IPv6网络的运维的建议。

参考答案:

【问题1】(5分)
IPv4/IPv6过渡技术有:
(1)双协议栈技术:双栈技术通过节点对IPv4和IPv6双协议栈的支持,从而支持两种业务的共存。
(2)隧道技术:隧道技术通过在IPv4网络中部署隧道,实现在IPv4网络上对IPv6业务的承载,保证业务的共存和过渡。
(3)NAT-PT技术:NAT-PT使用网关设备连接IPv6和IPv4网络。当IPv4和IPv6节点互相访问时,NAT-PT网关实现两种协议的转换翻译和地址的映射。

要求在实现教学科研区访问IPV6网络上的相关资源功能的基础上费用花费最小,网络结构不变且部署方便,可以在核心设备上采用隧道接入技术实现其功能。

【问题2】(8分)

(1)实现的技术方案选择双栈模式。
设备升级模式为:新建(升级)学生区和教学科研区的核心和汇聚交换机,支持IPV6.
网络调优方案:将学生区和教学科研区的核心、汇聚交换机以及其他不能进行IPV6升级的设备调整到家属区的网络,以满足家属区网络的运维要求。

(2)①ipv6 install
②netsh interface ipv6 isatap set router isatap.xuexiao.edu.cn
【问题3】(8分)
(1)IPv6地址配置可以分为手动地址配置和自动地址配置2种方式。自动地址配置方式又可以分为无状态地址自动配置和有状态地址自动配置2种。
(2)在本方案中服务器端采用手动地址配置,用户端采用无状态地址自动配置。
(3)在IPv4的网络中,校园网内部路由协议采用OSPF,在lPv6的网络中采用的路由协议是OSPFV3
(4)边界路由器对外出口只有一个,可采用静态路由方式接入。

【问题4】(4分)

(1)当前影响IPV6发展的因素主要是软硬件设备的升级,IPV6网络资源不足,应用缺乏支持;V4V6的透明过渡和无缝连接技术问题;运营商的需求不大等问题,其中最关键的还是缺乏上层应用支持。
(2)目前大多数网管产品还不支持IPV6下的管理功能,计费认证功能也有待开发,因此现阶段的运维能力比较强的学校可采用利用开源产品自主开发,也可以和厂商合作开发。

详细解析:

这是一道典型的校园网IPv6应用的案例分析题,涉及IPv6网络规划、地址分配方式以及相关接入与配置。
【问题1】
IETF的IPv6过渡工作组已提出多种建议方案,并定义了多种IPv4/IPv6过渡技术,以保证IPv4向IPv6的过渡中业务共存和互操作。主要有以下几种:
1、双栈技术
双栈技术通过节点对IPv4和IPv6双协议栈的支持,从而支持两种业务的共存。由于IPv6和IPv4是功能相近的网络层协议,两者都基于相同的物理平台,而且加载于其上的都是传输层协议TCP和UDP,若主机同时支持IPv6和IPv4协议栈,成为双栈节点,则该主机将既能与支持IPv4协议的主机通信,又能与支持IPv6协议的主机通信。
如果大多数节点的应用软件都已升级为同时支持IPv4和IPv6,双栈技术能够实现节点与任何节点互操作。
2、隧道技术
隧道技术通过在IPv4网络中部署隧道,实现在IPv4网络上对IPv6业务的承载,保证业务的共存和过渡。隧道技术利用现有IPv4网络传送IPv6数据包,通过将IPv6数据包封装在IPv4数据包中,IPv4分组的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的IPv4地址。因此,要求隧道的起点和终点设备都同时支持IPv4和IPv6协议,隧道起点将要经过隧道传送的IPv6数据包封装在IPv4包中发给隧道终点,隧道终点将IPv4封装去掉,取出IPv6数据包再转给目的节点。
在实际实现中,隧道封装时还涉及到对MTU、TTL等的处理,种类较多。由于隧道技术只要求在隧道的入口和出口处进行修改,对其他部分没有要求,因而非常容易实现,是IPv4向IPv6过渡的初期最易于采用的技术。
3、NAT-PT
在IPv4/IPv6互操作技术中网络地址转换/协议转换技术(NAT-PT Network Address Translation/Protocol Translation)提供了较完整的网络层解决方案,可以支持一定规模的网络互联。NAT-PT使用网关设备连接IPv6和IPv4网络。当IPv4和IPv6节点互相访问时,NAT-PT网关实现两种协议的转换翻译和地址的映射。NAT-PT网关在工作时,将维护一个IPv4地址池。与传统NAT方式一样,NAT-PT网关支持为IPv6网络中的节点动态分配IPv4地址。维护地址映射关系,并且完成IPv4协议和IPv6协议的转换,从而实现纯IPv6节点和纯IPv4节点之间的互通。NAT-PT技术可以较好地解决IPv4和IPv6的互通问题,使得大部分应用层协议不需要修改就能够实现互通。但对于需要在应用层协议的控制平面传送IP层信息的应用,不能够通过基本NAT-PT设备互通。必须结合相应的应用层网关(ALG)来实现这些应用层协议的转换
IPv6校园网组网方案
建立IPv6校园网主要应当考虑校园网升级支持IPv6业务和采用同时支持IPv6/IPv4网络设备进行新建校园网建设两种情况,这里提供四种方案供参考。
方案一:隧道模式,升级核心快速实现IPv6接入
适用对象:
校园网中存在大量IPv4设备没有IPv6功能,或者不能升级到IPv6,快速将网络均升级为IPv6需要较长的时间。为了保护IPv4投资,同时又需要让新增用户使用IPv6业务,可以采用此方案。
组网模式:
升级的重点在于核心层。原有IPv4网络不进行改造,在核心增加一台支持IPv6 业务的核心交换机或者更换原有的核心交换机。
核心交换机开启双栈功能,向上连接IPv6网络,向下开启ISATAP(站内自动隧道寻址协议)隧道功能,开启IPv6/IPv4主机可采用ISATAP隧道方式直接接入核心交换机。
网络中其余设备均无任何变化,原有IPv4业务正常运行。
方案优势:
只需增加一台支持IPv6业务的核心设备,其余设备保持不变,保护原有投资。
只需简单开启ISATAP隧道功能即可,快速实现校园网IPv6主机接入。新增的IPv6用户可以正常访问IPv6网络及IPv6业务。
原有IPv4业务不产生任何变化,正常运行。
双栈用户可以直接访问IPv4网络及IPv4业务。
方案二:隧道模式,升级核心与部分汇聚逐步支持IPv6
适用对象:
为了使原有的IPv4网络逐步升级到IPv6网络,在原有改造核心层设备基础上,逐步针对汇聚的三层设备进行更换。
组网模式:
升级的重点在汇聚层。在原有核心层改造基础上,逐步针对汇聚的三层设备进行更换,可以将汇聚层的原有三层交换机更换双栈设备。
在双栈汇聚交换机与双栈核心交换机之间也可能会存在IPv4网络,可以使用IPv6 over IPv4隧道方式实现IPv6的连接。核心与汇聚交换机开启双栈功能,同时配置6over4隧道,如手工隧道技术实现IPv6业务在原有IPv4网络上运行。
网络中其余设备均无任何变化,原有IPv4业务正常运行。
方案优势:
逐步实现对原有IPv4网络的改造,将部分汇聚与核心设备更换,为下一步实现整网IPv6网络部署奠定基础。
新增汇聚与核心之间可能存在IPv4网络,通过汇聚与核心之间开启隧道技术,新增的IPv6用户可以正常访问IPv6网络及IPv6业务。
原有IPv4业务不产生任何变化,正常运行。
双栈用户可以直接访问IPv4网络及IPv4业务。
方案三:双栈模式,升级核心与部分汇聚逐步支持IPv6
适用对象:
部分新建模式建议重新建设支持IPv6业务核心层和汇聚层,IPv4业务可以经由原有网络转发,IPv6业务经由新核心进行转发。为了使原有的IPv4网络逐步升级到IPv6网络,采用新建核心汇聚,支持IPv6,接入二层设备增加接口连入新网络中。
组网模式:
新增核心层支持IPv6的核心交换机,针对汇聚或者接入的三层IPv4设备进行更换,可以将汇聚层的原有三层交换机更换为双栈设备,直接连接到双栈核心,并部署IPv6路由功能如OSPFv3、IPv6静态路由等。
新增双栈汇聚/接入交换机与新增核心交换开启双栈功能。新增汇聚/接入可直接连接到双栈核心,开启IPv6路由功能,实现部分校园网的IPv6功能升级。
原有IPv4业务正常运行。
方案优势:
逐步实现对原有IPv4网络的改造,将部分汇聚与核心设备更换,为下一步实现整网IPv6网络部署奠定基础。同时也开启了IPv6路由功能,为未来整网维护IPv6路由积累管理经验。
新增的IPv6用户可以正常访问IPv6网络及IPv6业务。
原有IPv4业务不产生任何变化,正常运行。
双栈用户可以直接访问IPv4网络及IPv4业务。
方案四:新建IPv6网络
适用对象:
新建IPv6校园网,可采用全网支持IPv6的设备部署。
组网模式:
新建核心层、汇聚层全双栈部署IPv6路由,实现全网IPv6。
部分业务区域可采用二层到桌面,接入交换机可采用百兆或千兆到桌面,汇聚层VRRP功能保证冗余。部分区域可采用百兆/千兆三层到桌面模型,直接将IPv6网关部署在接入三层双栈交换机上。
方案优势:
接入层与汇聚层、汇聚层与核心层间采用双上联实现链路冗余,汇聚层、核心层设备采用双节点实现节点冗余。汇聚层设备作为用户接入点网关设备,通过运行VRRP实现网关冗余。保证整个IPv6网络的高可靠性。
核心层的双栈设备分别连接IPv4和IPv6网络,新增IPv6用户可以正常访问IPv6网络及业务。双栈用户可以直接访问IPv4网络及业务。
【问题2】
WINDOWS XP配置:
打开cmd窗口
安装ipv6协议栈: ipv6  install 或netsh interface ipv6 install
配置隧道的ipv4目的地址:netsh interface ipv6 isatap set router隧道地址或域名
【问题3】分析略
【问题4】分析略
  

上一题