基于IPv6的校園網(wǎng)技術(shù)升級及性能測量研究.pdf

1、以IPv4協(xié)議為基礎(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)走過了四十余年的發(fā)展歷程,逐步暴露出諸如地址短缺、網(wǎng)絡(luò)安全性等突出問題。而IPv6與IPv4相比,以其更大、更快、更安全、更及時等諸多優(yōu)勢,成為世界各國構(gòu)建下一代互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議。中國則作為推進世界IPv6發(fā)展的“引擎”,已經(jīng)建成目前世界上規(guī)模最大的純IPv6實驗骨干網(wǎng)即第二代中國教育和科研計算機網(wǎng)CERNET2,實現(xiàn)了全國100多所重點高校和科研機構(gòu)的IPv6高速接入,IPv6用戶數(shù)已超過100萬。高校

2、校園網(wǎng)是高校不可缺少的重要信息化基礎(chǔ)設(shè)施。可以比喻IPv4是“生產(chǎn)網(wǎng)”,承載著為廣大師生提供教學(xué)、科研等信息服務(wù);IPv6是“研究網(wǎng)”,擔負著為網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)試用的科學(xué)研究任務(wù)。本論文從研究國內(nèi)外IPv6發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā),就IPv4向IPv6演進過程中所涉及的進程和策略等進行比較深入的分析,系統(tǒng)性地歸納總結(jié)并闡明校園網(wǎng)升級為全面支持IPv6所需要解決的核心關(guān)鍵問題、策略和可行的技術(shù)路線。并以重慶大學(xué)萬兆IPv4/IPv6雙棧網(wǎng)為例,其IPv6流

3、量已經(jīng)超過IPv4,核心骨干網(wǎng)采用雙鏈路雙歸接入技術(shù)策略,以實現(xiàn)設(shè)備和鏈路級冗余,確保了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。雙棧骨干網(wǎng)路由采用OSPF路由協(xié)議,核心層節(jié)點之間直接啟用OSPF路由協(xié)議,分成多個區(qū)域以保證路由的收斂速度。IPv6地址規(guī)劃依據(jù)地理位置進行大地址聚合,便于故障位置的追朔和快速定位。升級網(wǎng)絡(luò)管理、安全監(jiān)控和認證計費等運行支撐系統(tǒng),保證升級后的校園網(wǎng)可管、可控和安全。建設(shè)一個高速的純IPv6專網(wǎng),用于高性能和云計算機、科學(xué)研究和IPv6

4、實驗研究等。通過設(shè)置IPv4/IPv6雙棧DNS域名解析系統(tǒng),利用域名配置的BIND機制,保證用戶實現(xiàn)“IPv6訪問優(yōu)先”。對于IPv4/IPv6雙棧網(wǎng)絡(luò),如何科學(xué)評估2個同時運行的網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性,需要正確測量反映網(wǎng)絡(luò)運行和性能的延遲、丟包率和帶寬等數(shù)據(jù)。作者收集了重慶大學(xué)校園網(wǎng)近2年來IPv4/IPv6雙棧網(wǎng)接入、匯聚和骨干網(wǎng)的延遲、丟包率等實際運行數(shù)據(jù)。同時結(jié)合IPv6報文的新特點,利用擴展報頭和未定義的擴展字段,提出并設(shè)計一

5、個IPv6網(wǎng)絡(luò)延遲和丟包率的混合測量模型,并研發(fā)出原型系統(tǒng),在IPv4/IPv6網(wǎng)中進行了適當范圍內(nèi)的部署。通過數(shù)據(jù)對比分析,該模型利用IPv6報文的特點所設(shè)計的模型是科學(xué)合理的,對于提高IPv6網(wǎng)絡(luò)延遲、丟包率測量的精確度有較好幫助。網(wǎng)絡(luò)帶寬是衡量網(wǎng)絡(luò)使用情況的一個重要指標。論文較為深入地理解和分析網(wǎng)絡(luò)帶寬測量基本原理,對比了帶寬測量典型模型及算法和方法。系統(tǒng)分析和研究IPv6協(xié)議的新特點,結(jié)合帶寬測量的基本原理,在包對帶寬測量算法的

6、基礎(chǔ)上,提出基于IPv6網(wǎng)絡(luò)的單程不等長包對減法帶寬測量算法,并對IPv4網(wǎng)絡(luò)向IPv6網(wǎng)絡(luò)演進的過程中,普遍存在的隧道和互聯(lián)互通機制,作了算法的處理。該算法減少了發(fā)送探測分組的數(shù)目;降低了數(shù)據(jù)包排隊帶來的影響;避免回程引起的路由對稱性。在深入剖析IPv6協(xié)議的基礎(chǔ)上,設(shè)計出基于IPv6的算法實現(xiàn)方案,創(chuàng)新性地提出利用IPv6報頭的流標簽來實現(xiàn)測量報文序列的嚴格路徑控制方法;利用專門的網(wǎng)絡(luò)模擬軟件OPNET來實現(xiàn)算法的仿真和驗證,以證明