基于DHCPv6的高校IPv6网络双栈部署实践
作者： 顾怀广 王高才
摘要：高校IPv6网络部署过程中存在部分路由交换设备不支持IPv6协议、IPv6用户地址配置管理困难和如何选择适用的过渡技术等问题。针对部署过程中遇到的困难和问题，文章通过更换部分老旧网络设备、合理规划校园网络IPv6用户地址分配表、精简IPv6路由条目，基于DHCPv6地址自动下发机制，采用双协议栈过渡技术，实现校园网络IPv4/IPv6双栈运行，全面完成校园网络IPv6网络双栈规模部署。
关键词： DHCPv6;IPv6;双栈技术;地址规划;实践
中图分类号：TP393 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2022）13-0031-03
1引言
由于Internet的快速普及和广泛应用，IPv4地址资源已经枯竭，加上IPv4协议自身存在安全缺陷、路由表庞大难以管理、局域网私有地址通过NAT后才能访问外网等问题，已经不能满足当前急速扩张的网络发展需求。IPv6协议具有拥有长度达128位的巨大地址空间、遵循聚类原则拥有更小的路由表、报头新增流标签字段和优先级字段以支持实时业务和QoS等优点，弥补了IPv4协议自身存在的缺点[1]。IPv6协议具有的诸多优势使其逐渐替代IPv4协议成为网络技术未来发展的新趋势，成为下一代互联网技术标准。
2017年，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《推进互联网协议第六版（IPv6）规模部署行动计划》并发出通知，要求各地区各部门结合实际认真贯彻落实。2018年，教育部印发《关于贯彻落实推进IPv6规模部署行动计划的通知》，要求教育系统加快推进IPv6基础网络设施规模部署和应用系统升级，促进下一代互联网与教育的融合创新。黔南民族师范学院作为地方高等院校，紧跟IPv6应用技术前沿，结合实际科学分析、详细制订IPv6规模部署方案，主动融入IPv6信息资源网络，为智慧校园建设提供基础支撑。
2部署方案规划设计
学校现运行的IPv4校园网络采用接入、汇聚和核心的三层网络结构，主要路由交换设备品牌包括华为、华三和锐捷等，为全校教职工、学生和后勤人员万余人提供网络服务，具有网络覆盖范围大、设备类型复杂和用户规模大等特点。已经向中国教育网CERNET申请到2001：250：2c13：：/48段地址，在出口路由器上配置完成相应的路由条目，连接到CERNET2，实现IPv6外网访问;对校园门户网站、校内DNS服务器等应用服务器配置静态IPv6地址，在DNS服务器IIS上添加AAAA记录绑定IPv6地址和对应域名，已实现支持门户网站IPv6外网访问。为全面完成全校IPv6网络规模部署，实现校内用户访问IPv6信息资源，结合网络运行现状，以保持网络拓扑结构不变、保障用户网络质量和降低部署成本为前提，对IPv6用户地址获取方法、IPv4/IPv6过渡技术进行科学分析比较，对IPv6路由表和IPv6用户VLAN地址表进行详细规划设计，制定切实可行的部署方案，实现网络平稳过渡。
2.1 IPv6用户地址获取方法
IPv6用户地址配置有静态地址配置和动态地址配置两种方式[2]。静态地址配置要求用户在PC端手动设置包括IPv6地址、前缀长度、默认网关和DNS地址等信息，缺点是需要设置信息条目多、灵活性差、纠错困难以及增加网络运维成本等，不适用于用户量大、用户变化快的应用场景。IPv6的动态地址配置方式分为SLAAC和DHCPv6两种方式。SLAAC规定主机的IPv6地址由前缀和接口ID组成。IPv6前缀用来标识主机与路由器之间的网络;接口ID固定长度64位，可通过MAC地址自动生成运算生成。SLAAC存在自动配置的IPv6地址不可控且该地址与主机的MAC地址相关的问题。另外，SLAAC可自动配置的信息有限，部分特殊信息无法通过SLAAC配置，只能完成简单的IP地址配置DHCPv6[3]（Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6）可自动为主机分配IPv6前缀、IPv6地址和DNS服务器地址等网络配置参数，便于用户地址配置和后续网络运维管理，能够更好地控制地址的分配，减轻网络运维压力。
黔南民族师范学院现行网络具有覆盖范围面积大、用户地理位置分散、用户数量庞大、用户信息变更快等特点，并且由于IPv6自身具有地址较长难以记忆、配置信息复杂等特性，结合学校网络现状，综合分析IPv6静态地址配置、SLAAC配置和DHCPv6配置三种配置方法优缺点，为提高校园网络用户的接入便利性、可用性和可维护性，决定采用DHCPv6用户端地址信息自动配置机制。
2.2 IPv4向IPv6的过渡技术选择
IPv6协议作为下一代互联网协议的标准，尚未广泛应用，且与IPv4协议不兼容。为保证IPv6网络能够与IPv4网络互联通信，IETF提出系列过渡技术和互联方案，解决IPv6“信息孤岛”问题。当前常用的三种过渡技术分别是隧道技术、协议翻译技术和双协议栈技术[4]。隧道技术是将IPv6报文封装在IPv4报文中，利用现有的IPv4网络互相通信，隧道两端节点必须同时支持IPv4协议栈和支持IPv6协议栈。由于在隧道的入口会出现负载协议数据包的拆分，在隧道出口会出现负载协议数据包的重组，将增加隧道出入口的实现复杂度，不利于大规模的推广应用。协议翻译技术是指为使纯IPv6主机与纯IPv4主机之间能够正常通信，借助中间协议转换服务器将网络层中的IPv4/IPv6协议头相互转换，适应对端协议类型实现两种协议之间的通信，缺点是不能支持所有的应用，需购置专门的协议转换设备，价格高昂。双协议栈技术是指在主机、路由交换等设备上同时启用IPv4和IPv6协议，DNS服务器同时提供IPv4和IPv6两种地址，主机根据实际需要使用适当协议建立连接，具有互通性好、易于理解的优点，缺点是要求网络中的设备都支持双协议栈。
通过更换部分老旧设备，经过全面梳理测试，现有网络设备均支持IPv4和IPv6协议。用户终端操作系统版本均为Windows 7以上，已安装启用IPv4和IPv6协议。本文为降低升级改造中的技术难度、IPv6规模部署的成本、网络升级改造对用户的影响，从技术可行性、经济可行性和网络运行稳定性多角度综合分析，采用双协议栈技术达到改造成本低、网络改动小、技术实现简单的目的，为后续纯IPv6网络的构建奠定良好基础。
2.3 VLAN及用户地址表规划
由于采用双协议栈过渡技术，为便于网络用户地址的维护、识别、记忆和修改，简化网络规划、管理，参照现运行的IPv4网络VLAN及用户地址规划表，注重IPv4地址与IPv6地址字段内在含义的关联，对IPv6网络地址进行规划[5]。
如表1所示，IPv6地址2001：250：2C13：22：yy：zzz：：254/112，yy代表汇聚层楼宇编号，zzz代表IPv4的VLAN，实现IPv4和IPv6地址含义关联，便于运维过程中识别用户地址、管理用户群体，进行流量监控和路由聚合。文章设置IPv4用户地址段和IPv6用户地址段在相同的VLAN下，为后续双栈部署中DHCPv6信息的配置提供便利。
2.4 路由规划
现运行的校园IPv4网络采用静态路由和默认路由两种路由策略。为保证路由策略简单高效、易于维护，IPv6网络采用相同的路由配置策略，在汇聚交换机和核心交换机的全局模式和接口模式下启用IPv6功能，在IPv4网络互联Vlanif接口下配置相应的IPv6互联地址，在交换机全局模式下设置IPv6默认路由和静态路由，实现同一条物理链路传递IPv4和IPv6两种协议数据。
3配置实现
黔南民族师范学院现在运行的汇聚交换机是华为S5732，核心交换机是H3C S12508。配置前均需在设备系统视图模式下全局开启IPv6功能。具体配置如下。
3.1 华为S5732汇聚交换机DHCPv6配置
dhcpv6 pool 110 //创建名为110的IPv6地址池，同时进入IPv6地址池视图
address prefix 2001：250：2C13：22：1：110：：/112 //IPv6地址池视图下配置网络前缀 excluded-address 2001：250：2C13：22：1：110：0：254 //配置IPv6地址池中不参与自动分配的IPv6地址
dns-server 2001：250：2C13：：33 //配置IPv6 DNS服务器地址
interface Vlanif110 //进入用户地址所在的Vlanif110接口视图
ipv6 enable //在接口下开启IPv6功能
ip address 172.22.1.254 255.255.255.0 //配置IPv4接口地址
ipv6 address 2001：250：2C13：22：1：110：0：254/112 //配置IPv6接口地址
undo ipv6 ndra halt //使能系统发布RA报文功能
ipv6 ndautoconfig managed-address-flag //设置RA报文中的有状态自动配置地址的标志位
ipv6 ndautoconfig other-flag //设置RA报文中的有状态自动配置其他信息的标志位
dhcp select interface //开启接口采用接口地址池的IPv4 DHCP Server功能
dhcpv6 server 110 //选择dhcpv6地址池
dhcp server dns-list 218.194.224.33 8.8.8.8 //配置IPv4 DNS服务器地址
interface Vlanif1001 //进入互联地址所在的Vlanif1001接口视图
ipv6 enable //在接口下开启IPv6功能
ip address 172.17.1.10 255.255.255.252//配置IPv4接口互联地址
ipv6 address 4000：：12/124 //配置IPv6接口互联地址
3.2 路由配置
以第一教室汇聚到核心交换路由配置为例进行路由配置：
ipv6 route-static ：： 0 4000：：11 description TO-S12508 //汇聚交换机到核心交换机采用默认路由策略
ipv6 route-static 2001：250：2C13：22：1：： 80 4000：：12 description TO-1Jiao-s5732//核心交换机到汇聚交换机采用静态路由策略