校园网络规划设计方案张晓宇

呼伦贝尔学院

计算机科学与技术学院

校园网络设计方案研究

题 目： 校园网络规划设计

学生姓名： 张晓宇 学 号： 2010121410

专 业： 软件工程

指导教师： 陶锐

2014年 5 月 1日

摘 要

互联网技术开始在校园蔓延开来，互联网与我们的校园生活已经紧密的联

系在了一起。以Internet基石的TCP/IP协议族正在开始不断的更新和完善。IPv4

协议在Internet发展时显现出越来越多的不足，从而提出用IPv6协议取代IPv4

协议的方案。IPv6作为下一代互联网的核心协议应运而生。

本文主要介绍了IPV4和IPV6的作用以及区别，简单的讲述了一下IPV4到

IPV6的过度技术。分析了IPv6新特性，描述了IPv6协议的组件及特性等，对

目前比较成熟的三种过渡技术，双协议栈、隧道和IPv6/IPv4协议与地址转换进

行了全面的分析和比较。

我把对IPV4和IPV6的研究方面作为了重点，初步实现了校园网络规划与

设计。

关键词：互联网；IPv4；IPv6；校园网；过渡技术

ABSTRACT

The Internet technology has begun to spread in the campus, the Internet

and our campus life has been closely linked together. The Internet foundation

TCP/IP protocol family is starting to constantly update and improve. The IPv4

protocol revealed more and more problems in Internet development, thus

proposed to replace IPv4 protocol with IPv6 protocol. IPv6 core protocol of the

next generation Internet emerge as the times require.

This paper mainly introduces IPV4 and IPV6 the difference between,

simple about IPV4 to over IPV6. Analysis of the new features of IPv6, IPv6

protocol describes the components and characteristics of three kinds of

transition, technology is mature, dual stack, tunnel and IPv6/IPv4 protocol and

address translation is carried out and the comprehensive analysis.

I put on the studies of IPV4 and IPV6 as the key, initially realized the

planning and design of campus network.

Key words: Internet; IPv4; IPv6; Campus net plan; Transition technology

目 录

摘 要 ........................................................................................................................ I ABSTRACT .............................................................................................................. II

1 引言 ....................................................................................................................... 3

1.1校园网络规划的意义及主要知识 ................................................................. 3

2 IPV4与IPV6的介绍介绍 ................................................................................... 7

2.1 IPV6协议简介 ............................................................................................... 7

2.2 IPV6的地址 ................................................................................................... 7

2.2.1 IPV6地址空间及语法表示 .................................................................... 7

2.2.2 IPV6地址分类 ........................................................................................ 7

2.3.3 IPV4与IPV6协议区别 .......................................................................... 8

2.3 IPV6的新特性 ............................................................................................... 9

2.4 IPV6的热门应用 ......................................................................................... 10

3 IPV4到IPV6过渡技术 ...................................................................................... 11

3.1 过渡策略 ...................................................................................................... 11

3.2 双协议栈 ....................................................................................................... 11

3.3 隧道技术 ...................................................................................................... 12

3.4 地址翻译与报头转换技术 .......................................................................... 13

3.5 三种过渡技术的对比 .................................................................................. 14

4 校园网建设原则及网络应用分析 ..................................................................... 16

4.1 校园网概述 .................................................................................................. 16

4.2 校园网建设原则 .......................................................................................... 16

5 下一代校园网解决方案 ..................................................................................... 18

5.1 下一代校园网需求分析 .............................................................................. 18

5.2 下一代校园网过渡原则 .............................................................................. 20

6 下一代校园设备选择 ......................................................................................... 20

6.1 主要设备的选择原则 .................................................................................. 20

6.2 网卡的选择 .................................................................................................. 21

7 结论 ..................................................................................................................... 21

7.1 设计成果 ...................................................................................................... 21

致 谢 ..................................................................................................................... 21

1 引言

1.1校园网络规划的意义及主要知识

随着Internet的规模以指数趋势的增长，互联网中IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将成为妨碍互联网的进一步发展的主要因素，为此提出采用新版本的互联网协议即IPv6重新定义地址空间，进而取代IPv4协议。目前，高校主要利用IPv6技术接入该主干网，积极的开展科研应用和大规模IPv6网络建设的部署实施与探索。

校园网不是一个独立的、封闭的体系，校园网与Internet互连后，校园网用户在权限允许的范围内可以使用Internet上的Web访问、E-mail收发、FTP、TelnetBBS、新闻组、讨论组、个人主页等服务。校园网站Internet，用于宣传学校形象、教学信息发布、提供信息查询等，以后可成为网上教学的渠道。网站主页的设计，主要由老师创意，学生制作，体现学生的创造性，培养学生的动手能力。

1.1校园网络系统结构示意图

1.2网络中心结构示意图

1.3校园网络结构

1.4校园网络系统结构示意图

1.5校园网拓扑结构图

1.6可视化网络拓扑结构

1.7校园网拓扑结构示意图

2IPv4与IPv6的介绍

2.1 IPv6协议简介

IPv6是Internet Protocol Version 6的缩写，其中Internet Protocol译为“互联网协议”。IPv6是IETF（互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议。目前IP协议的版本号是4（简称为IPv4），它的下一个版本就是IPv6。

IPv6的提出最初是因为随着互联网的迅速发展，IPv4定义的有限地址空间将被耗尽，地址空间的不足必将妨碍互联网的进一步发展。为了扩大地址空间，IETF提出了IPv6技术。

2.2 IPv6的地址

2.2.1 IPv6地址空间及语法表示

IPv6的地址长度是128位，是IPV4的地址长度的4倍。理论上，IPv6地址一共有2的128次方个，这简直是一个天文数字。有人戏称，IPv6的地址数量，足够给地球表面的每一颗沙粒分配一个地址。

除了地址长度以外，IPv6地址的表示方法也和IPv4不同。IPv6使用“：”分隔符表示地址。128位的IPv6地址被“：”分割为8段，每一段用一个4位的十六进制数表示，例如：2001：0da8：0001：0100：0000：0000：0000：0080。

2.2.2 IPv6地址分类

IPv6分为单播地址、多播地址和任播地址三类。

 单播地址（Unicast Address）

一个单播地址只能标示一个唯一的接口。也就是说，如果一个单播地址存在，那么向这个单播地址发送的数据报将最终只能达到唯一的一个节点。IPv6单播地址可以根据前缀进行聚合。单播地址包括全球单播地址、未指定地址、环回地址、嵌入IPv4地址的IPv6地址等，一般全球单播地址的格式如图2-1所示。

图2-1 全球单播地址的一般格式

全球路由前缀：典型的分层结构，根据RIP和ISP来组织，用来分配给站点。 子网ID：站点内子网的表示符，由站点的管理员分层地构建。

接口ID：用来标识链路上的接口，在同一子网内是唯一的。

 多播地址（Multicast Address）

一个多播地址格式用来标识多个接口，而这些接口通常属于不同节点。如果向一个多播地址发送数据报，那么包含在该多播地址中的所有接口（节点）都能接收到该数据报。多播地址的格式如图2-2所示。

图2-2 多播地址格式

标识字段：4位，目前只使用了最后一位，0标识Internet地址分配机构制定的熟知的多播地址，1表示是临时使用的多播地址。该字段的前三位保留，必须被初始化为0。

范围字段：4位，用于指示多播组是只包含同一本地网络同一站点、同一机构中的节点，还是全球地址空间内的任何节点。

 任播地址（Anycast Address）

任播地址也是用来标识多个接口的，通常这些接口也是属于不同节点。但是与多播地址不同，如果向任播地址发送数据报，那么包含在该任播地址中的，与源节点最近的一个接口将响应该数据报。如何确定这个最近的接口，由路由选择协议确定。任播地址是从单播地址空间中划分出来的，所以它与单播地址有相同的形式。

2.3.3 IPv4与IPv6协议区别

相对于IPv4报头，IPv6简化基本报头。IPv6基本报头中去掉了IPv4报头中阴影部分的字段，其中段偏移和选项和填充字段被放到IPv6扩展报头中进行处理。IPv6基本报头被固定为40bit，使路由器可以加快对数据包的处理速度，提高了转发效率，从而提高网络的整体吞吐量，使信息传输更加快速。同时，IPv6报头新增流标记宇段，它不仅保存了IPv4报头中的业务类别字段，而且新增了流标记字段，使得业务可以根据不同的数据流进行更细的分类，实现优先级控制和QoS保障，极大地改善了IPv6的服务质量。IPv4和IPv6头标格式如下图2-3和2-4所示。

0 4 8 16 19 24

图2-3 IPv4头标格式

0 4 8 16 19 24 31

图2-4 IPv6 头标格式 2.3 IPv6的新特性

(1)扩展的IPv6地址和层次化的路由选择功能

IP地址长度由原先的32位增加到128位，可支持更多数量的可寻址节点、更多级的地址层次结构和较为简单的地址自动配置。

(2) 增加地址寻址

定义了任播成员地址，用它来标识一组接口，在不会引起混淆的情况下将其简称“任播地址”，发往这种地址的分组将只发给由该地址所标识的一组接口中的一个成员地址。

(3) 简化了IPv6首部格式

原有的IPv4首部的某些字段被取消或改为可选项，以减少报文分组处理过程中处理时间和代价，并使得IPv6首部的带宽开销尽可能降低，尽管IPv6的地址长度增加了。虽然IPv6地址长度是IPv4地址的四倍，但是IPv6首部的长度只有IPv4首部的两倍。

(4) 支持扩展的首部和选项

IPv6的选项单独放在首部中，它位于报文分组中IPv6首部和传送层首部之间。因为大多数IPv6选项首部都不会被报文分组投递路径上的任何路由器检查和处理，直到它到达最终目的地。这种组织方式更有利于改进路由器在处理包含选项的报文分组时的性能。IPv6的另一改进就是其选项与IPv4不同，可具有任意长度，不限于40字节。

(5) 支持验证和隐私权

IPv6定义了一种扩展，更好的支持权限验证和数据完整性。这一扩展是IPv6的基本内容，要求它所有的实现必须支持这一扩展。IPv6还定义了另一种扩展，借助于加密支持保密性要求。

(6) 支持自动配置

IPv6可以支持多种形式的自动配置，从孤立网络节点地址的“即插即用”自动配置，到DHCP提供的全功能的设施，。自动配置功能方便网络管理和终端用户的快速接入。

(7) 服务质量能力

IPv6增加了一种新的服务质量能力，如果某些报文分组属于特定的工作流，发送者要求对其给予其别去其他报文分组的特殊处理，则可对这些报文分组加标号。例如非缺省服务质量通信业务或“实时”服务。

2.4 IPv6的热门应用

IPv6技术体系经历了十多年的发展，其标准化的进程缓慢，严重影响了IPv6技术在关键应用体系的建立。近两年来，由于亚洲和欧洲力量的推动，IPv6的国际标准化进程明显加快，具有IPv6特性的网络设备和网络终端，以及相关的硬件平台的推出也已加快了进度。在这种网络发展的趋势下，IPv6的关键应用将很快会出现。下面主要介绍IPv6在未来生活中的应用。

(1) 3G通讯业务

由于IP的诸多优点和受到全球IP浪潮的冲击，3G 演变为全IP网络的趋势变得越来越明显。为了满足永远在线的需要，每一个要接入因特网的移动设备都需要两个唯一的IP地址来实现与移动因特网的连接：本地网络分配一个静态IP地址，连接点分配第二个IP地址用于漫游。GPRS和3G作为未来移动通信蓝图中的核心组成部分，对IP地址的需求量极大，只有IPv6才能满足这种需要。

(2) 多种个人智能终端

由于经济的发展带动了个人电子设备的发展，从呼机、手机、PDA到智能手机的发展趋势看，有联网能力的集成数据、语音和视频的个人智能终端将会很快出现，经过2～4年的发展，它的规模就会相当大，由此将会产生巨大的对IP地址的需求，这将会是过渡到IPv6的一个最大动因。

(3) 超高速家庭网络

根据Allied Business Intelligence的预测，家用网关的数量将从2000年的618000个增加到2005年的16.8M个，家用宽带和ADSL设备的增长也是驱动家庭网络市场的因素，因此，很多信息技术厂商都在进行家庭网络方面的项目开发。像IEEE 1394和蓝牙这样的新技术已经被开发并用于移动和家庭用途，众多拥有处理器的设备，越来越具备和网络设备相连的条件。

(4) IPv6的应用前景

据预测，到2006年中国的互联网用户已经达到2亿多人，在数量上将达到世界第一位，就算全部互联网用户不都是永远在线，IP地址的不足将在三四年后也将被耗尽。IPv4地址枯竭后，才开始进行IPv6地址的分配和IPv6的网络构建是来不及的，因此，应该在IPv4地址枯竭前逐步引进IPv6，经过IPv6与IPv4的共存时代，最终全面过渡到IPv6网络。所以，IPv6终将代替IPv4，IPv6的应用前景是非常光明的。

3 IPv4到IPv6过渡技术

3.1 过渡策略

IPv6向IPv4过渡是渐进的，在过渡的时期，Internet将会由运行IPv4的“海洋”和运行IPv6的孤岛组成。随着时间的向前推移，IPv4海洋将会逐渐变小，而IPv6孤岛将会变得越来越多，最终完全取代IPv4。在过渡的时期，主要解决的问题是IPv6孤岛之间的通信问题，随后则是IPv6孤岛与IPv4海洋之间通信的问题，最终是解决IPv4孤岛和IPv6海洋之间通信的问题。在IPv4网络海洋中的IPv6孤岛之间如何通信，主要利用双栈协议和在IPv4网络中建立IPv6隧道来实现。在现有IPv4网络中与IPv6网络的通信问题，主要是利用双栈协议、协议转换、应用层网关和在IPv6网络中建立IPv4隧道来实现。

3.2 双协议栈

双栈方式是过渡阶段的一种主要的方式。双栈方式是指主机同时运行IPv4和IPv6两套协议栈，同时支持两个版本的网络层IP协议标准。主机和路由器都可以通过双栈方式来获得和IPv4及IPv6结点的通信能力。

双栈工作方式可以描述如下：

(1) 如果应用程序使用的目的地址是IPv4地址，则使用IPv4协议栈。

(2) 如果应用程序使用的目的地址是嵌入IPv4地址的IPv6地址，则IPv6就

封装到IPv4 中。

(3) 如果目的地址是IPv6地址，则使用IPv6地址，或者封装在默认配置的隧道中。

双栈工作方式可以描述如下图3-1所示。

图3-1 双栈工作原理模型图 在双栈模型中，任意节点都是完全双栈(IPv6/IPv4节点)的。这时不存在IPv4

与IPv6之间的相互通信问题，但是这种机制要给每一个IPv6的站点分配一个IPv4地址。这种方法不能解决IPv4地址资源不足的问题，而且随着IPv6站点的不断增加很难得到满足，因此这种方法只能用在早期的变迁过程。

3.3 隧道技术

随着IPv6网络的发展，出现了许多局部的IPv6网络，但是这些IPv6网络需要通过IPv4骨干网络相连。为了使这些鼓励的“IPv6岛”可以相通，必须使用隧道技术。利用隧道技术可以通过现有的运行IPV4协议的Internet骨干网络构造隧道，将局部的IPv6网络连接起来，因而是IPv4向IPv6过渡的初期最容易采用的技术。图3-2是采用隧道进行通信的原理模型图。

图3-2 隧道通信原理模型图

这种机制用来在IPv4网络之上连接IPv6站点，站点可以是一台主机，也可以是多台主机。隧道技术将IPv6的分组封装在IPv4的分组中，封装后的IPv4分组将通过IPv4的路由体系进行传输，分组报头的“协议”域设置为41，它指示这个分组的负载是一个IPv6分组，以便在适当的地方恢复被封装的IPv6分组，并传送给目的站点。隧道技术只要求在隧道的入口和出口处进行修改，对其他部分并没有要求，因而非常容易实现。但是，隧道技术不能实现IPv4主机到IPv6主机的的直接通信。

根据封装、解封装操作发生位置的不同，隧道可以分为四种：

(1) 路由器到路由器（router-to-router）

(2) 主机到路由器（host-to-router）

(3) 主机到主机（host-to-host）

(4) 路由器到主机（router-to-host）

根据建立方式的不同，隧道又可以分成两类：

(1) 手工配置隧道（configured tunnel）

(2) 自动配置隧道（auto- configured tunnel）

自动隧道包括隧道代理（Tunnel Broker）、6to4隧道、6over4隧道、ISATAP（Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol）隧道、TEREDO隧道、MPLS隧道、兼容地址自动隧道等。其中兼容自动隧道方式，由于其扩展性较差，已不推荐使用。

3.4 地址翻译与报头转换技术

隧道技术一般用于IPv6节点间的通信，而对于IPv4和IPv6节点间的通信，采用直接对IPv4和IPv6报文进行语法和语义翻译的NAT/PT技术。NAT/PT技术的基本工作原理：当IPv6子网中有IPv6分组发给网关时，网关将其转化成IPv4分组发向IPv4子网；反过来，当IPv4子网中有数据分组要进行发送时，网关就将其转化成IPv6分组发向IPv6子网。转化网关要维护一个IPv4和IPv6地址的地址映像表。在NAT/PT基础上利用端口信息，就可以实现NAT/PT的转换，这个技术同目前IPv4下的NAT/PT没有本质区别。图3-3是协议翻译的工作模型图。

图3-3 地址翻译工作模型图

根据NAT-PT工作模式的不同，可以分为以下三种：

(1) 静态NAT-PT

它使用了一种静态IPv6和IPv4地址一一对应的处理方式，类似于IPv4中静态 NAT

(2) 动态NAT-PT。

它使用了一个IPv4地址池，然后在IPv6网络中动态的将预定义的NAT-PT前缀加到目前的IPv4地址中。这种模式需要一个IPv4地址池来执行，类似于IPv4的动态NAT。

(3) 复用地址NAT-PT

它使用多个有NAT-PT前缀的IPv6地址和一个源IPv4地址之间形成多对一的动态映射，转换同时在三层和UDP/TCP层上进行。

3.5 三种过渡技术的对比

双协议栈是指在网络节点中同时具有IPv4和IPv6两个协议栈，这样，它可以同时接收、处理和收发来自IPv4和IPv6的分组。对于主机来讲，“双栈”是指可以根据需要来对业务产生的数据进行IPv4或者IPv6封装；对于路由器来讲，“双栈”是指在一个路由器设备中维护IPv6和IPv4两套路由协议栈，使得路由器既能与IPv4主机通信也能与IPv6主机通信，它分别支持独立的IPv6和IPv4路由协议，IPv4和IPv6路由信息按照各自的路由协议进行计算和维护不同的路由表。双协议栈的优点是概念清晰，易于理解，网络规划相对于简单，同时在IPv6逻辑网络中可以充分发挥IPv6协议的所有优点（如安全性、路由约束、流的支持等方面）。但是双协议栈也存在以下缺点：对网元设备的要求较高，要求其不但要支持IPv4路由协议，而且要支持IPv6路由协议，这就要求其维护大量的协议和数据。另外，网络升级改造将会牵涉到网络中的所有网络设备，投资大、建设周期将会相对较长。

隧道过渡技术是IPv4/IPv6过渡中经常使用到的一种机制。目前的隧道技术主要实现在IPv4数据包中封装IPv6数据包，随着IPv6技术的发展和广泛的应用，未来也将会出现在IPv4数据包中封装IPv6数据包的隧道过渡技术。隧道技术能够充分利用现有的网络资源，因此在过渡初期是一种方便的选择。但是，在隧道的入口处会出现负载协议数据包的拆分，同时在隧道出口处会出现负载协议数据包的重组。这就增加了隧道出入口的复杂度，不利于大规模的网络应用。

双协议栈解决了IPv6与IPv4的共存问题，但是在网络的过渡时期不可能要求所有的主机或终端都升级到支持双栈，在网络中必然会存在纯IPv4主机和纯IPv6主机之间进行通信的需求。由于协议栈的不同，因此很自然地需要对这些协议进行地址翻译转换。对应协议的翻译转换可以分为两个层面来进行：一方面是IPv4与IPv6协议层的翻译，另一方面是IPv4应用与IPv6应用之间的翻译。前者主要是通过NAT－PT技术进行实现，后者则主要通过应用代理网关ALG来进行实现。NAT－PT实现了网络层的协议翻译，应用代理网关则实现应用层的协议翻译，对于不同的应用，需要配置不同的应用代理网关。地址翻译技术的优点是不需要进行IPv4、IPv6节点的升级改造，缺点是IPv4节点访问IPv6节点的实现方法相对比较复杂，网络设备进行协议转换、地址转换的处理开销比较大。因此，该策略一般是在其他互通方式无法使用的情况下才进行使用。

4 校园网建设原则及网络应用分析

4.1 校园网概述

校园网是计算机网络的一个重要应用领域。随着计算机网络的日益普及，校园网已成为一个学校必备的信息基础设施，它的规模和拥有水平已成为衡量学校综合实力的重要标志。我国从1994年开始启动中国教育科研计算机网(CERNET)，现已基本完成了国内大部分重点高校的连接。目前，在国家教委211工程的支持下，全国各大院校基本拥有了自己的校园网。同时，地方所属的专业/职业院校和中小学的校园网建设也如火如荼地进行着，校园网在教育领域的应用越来越广泛。

校园网络系统应用要求：

对于我校组建的网络系统来说要求是比较高的，针对我校的实际情况，对服 务器硬件系统和应用软件系统的要求如下：

1. 服务器硬件系统要求

整个校园网络建成以后，需要运行哪些应用系统，选配哪些应用服务器设备是我们应该为客户设想的关键问题，针对该校的具体需求，

我们选配三台服务器：

WEB服务器、

E-mail服务器

FTP服务器

2. 应用软件系统要求

1）操作系统WINDOWS Server 2003在稳定性和安全性方面可靠性较高，完全适合该校的网络操作系统需求。

2）应用软件

校园应用软件要求包括如下几个部分：

大学校园网办公软件、视频点播VOD软件、SQL Server数据库软件、电子阅览室资源库等。

4.2 校园网建设原则

随着计算机网络的不断发展，许多技术已经相当成熟，进行校园网建设不仅要考虑成型的技术，还要看到未来的网络发展趋势。根据校园计算机网络的现状和未来发展的趋势，在进行校园网建设时，应该遵循以下几个原则：

(1) 实用性原则

计算机技术发展迅速，新技术、新设备层出不穷。在网络建设过程中没有必要盲目追求新技术、新设备，而应坚持实用、够用的原则，尽量选择成熟可靠的技术和设备，以取得最佳性价比。作为中国教育科研网的一部分，下一代高校校园网网络系统处理的信息量将会十分庞大，要求计算机网络有很高的工作效率。而且随着教学科研任务工作的迅速系统面临的任务也愈来愈艰巨，所以，我们设计的网络在技术上必须体现高度的实用性。技术上的先进性将保证处理数据的高

效率，保证系统工作的灵活性，保证网络的可靠性，也使系统的扩展和维护变得简单。我们将在网络构架、硬件设备、传输速率、协议选择、安全控制和虚拟网划分等各个方面充分体现高校校园网网络系统的实用性。

(2) 开放性原则

在网络建设过程中，应尽量选择开放的标准和技术，以便和其他网络系统兼容，也有利于未来的网络扩充。下一代校园网络系统应具有良好的开放性。这种开放性靠标准化实现，使用符合这些标准的计算机系统很容易进行网络互联。为此，必须制定全网统一的网络体系结构，并遵循统一的通信协议标准。网络体系结构和通信协议应选择广泛使用的国际工业标准，使得校园网络成为一个完全开放式的网络计算环境。开放性原则包括采用开放标准、开放技术、开放结构、开放系统组件、开放用户接口。

(3) 高可靠性和高可用性原则

较高的可靠性和可用性可以保证网络建成后顺利运行，不会因网络故障而影响用户使用网络。在下一代高校校园网网络系统设计中，很重要的一点就是网络的可靠性和稳定性。在外界环境或内部条件发生突变时，怎样使系统保持正常工作，或者在尽量短的时间内恢复正常工作，是下一代高校校园网网络系统所必须考虑的。在设计时对可靠性的考虑，可以充分减少或消除因意外或事故造成的损失。我们将从网络线路的冗余备份及信息数据的多种备份等方面保证下一代高校校园网网络系统的可靠性

(4) 先进性原则

在资金许可的情况下，尽量采用当前国际上最先进最成熟的技术，以符合网络技术发展潮流和在一定时期内的先进性。

(5) 易用性原则

整个网络必须易于管理和使用，网络必须具有良好的可管性。下一代高校校园网网络系统的节点数目大，分布范围广，通信介质多种多样，采用的网络技术也较先进，尤其引入交换式网络和虚拟网之后，网络的管理任务加重了，如何有效地管理好网络关系,是否充分有效地利用网络的系统资源等问题就摆在我们面前。用图形化的管理界面和简洁的操作方式，可以提供强大的网络管理功能，使网络日常的维护和操作变得直观、简便和高效。

(6) 安全性原则

随着计算机技术的发展，尤其是网络和网络间互联的规模的扩大，信息和网络的安全性日益受到重视，同时也面临十分严肃的安全性挑战。在网络规划设计时，将从内部访问控制和外部防火墙两方面保证下一代高校校园网网络系统的安全。系统还将按照国家相关的规定进行相应的系统保密性建设。整个网络应具备有一定的安全保障，以防止黑客入侵和破坏。

(7) 可扩展性

网络总体设计不仅要考虑近期目标，也要为校园网络进一步发展提供更好的扩展空间。随着教学科研的迅速发展，下一代高校校园网网络系统面临的任务变

得越来越艰巨和复杂。为了适应这个变化和日新月异的计算机技术的快速发展，因此我们网络十分注重扩充性。无论是网络硬件还是系统软件，都可以方便的扩充和升级。

5 下一代校园网解决方案

5.1 下一代校园网需求分析

首先，进行对象研究和需求调查，弄清学校的性质、任务和改革发展的特点，对学校的信息化环境进行准确的描述，明确系统建设的需求和条件；其次，在应用需求分析的基础上，确定学校Intranet服务类型，进而确定系统建设的具体目标，包括网络设施、站点设置、开发应用和管理等方面的目标；第三，确定网络拓扑结构和功能，根据应用需求、建设目标和学校主要建筑分布特点，进行系统分析和设计；第四，确定技术设计的原则要求，如在技术选型、布线设计、设备选择、软件配置等方面的标准和要求；第五，规划安排校园网建设的实施步骤。

建立校园网的主要目的是为学校的教育教学提供服务。例如，校园网要为学校的教学，科研提供服务，为学生学习提供服务，为学校的日常管理提供服务，为校内外沟通交流提供服务。

在校园网中，除了要实现普通计算机网络的功能外，还要实现一些特殊的功能。例如，在校园中要建立教学管理系统、教务管理系统、多媒体教学管理系统、视频点播系统、图书馆里系统、网上考试系统和教学资源库等。另外，校园网的信息类型也是多种多样的，既包括进行常规教学而产生的普通信息，也包括进行多媒体教学而产生的多媒体信息。用户多样化、数据构成复杂、网络利用率高是校园网的典型特点。

概括起来，校园网主要有以下4方面的典型应用。

(1) 教学科研活动：校园网主要为教师的教学和学生的实验课提供服务，例如通过校园网为教师提供教学资源、辅助教师备课等。

(2) 教务管理：校园网要为学校的教学管理提供服务，例如通过校园网进行学籍管理、人事管理、财务管理等。

(3) 为学生学习提供帮助：校园网必须为学生学习提供服务，它是一种学习工具。它一方面是学生与他人的交流工具另一方面也是学习资源的提供者，有利于学生进行探索学习和写作学习。

(4) 信息交流：校园网是校内外沟通的桥梁，利用它既可以从外面获取各种信息，也可以向外部发布各种信息。

校园网应用体系模型如图5-1所示。

图5-1 校园网应用体系模型

根据上图校园网应用模型分析，下一代校园网具体需求分析如下：

(1) 盲足未来应用需求，要求网络设备支持IPv6协议，制定IPv4/IPv6的过渡策略，随着改造校园网的进程逐步部署IPv6，申请IPV6地址并合理分配。

(2) 校园网的多出口，一为IPv4网络主干，二为CERNET2 IPv6主干网。

(3) 提高网络带宽，提升设备性能，支持多业务，网络核心设备、汇聚成设备必须满足这一需求。要求强大和完整的第三次交换能力，支持今后的视频点播、电视电话会议等多宽带多媒体应用。主干核心层与汇聚层实现万兆速率连接，实现百兆到桌面。网络技术可同时支持数据、语音、图像等各种类型信息的传输。

(4) 建立基于网络的教育管理及办公自动化系统，实现行政、教学、教务、科研、后勤、财务等日常事务的网络化管理。

(5) 建立网络教学系统，提供教师电子备课、课件制作、多媒体演示、学生多媒体交互学习、网络考试、自动化教学评估等功能。

(6) 对于网络可靠性，要求骨干设备应具备哟很高的容错能力，不仅要具备有设备级的冗余，还应配备冗余引擎和冗余电源，所有的设备结构模块可以进行热插拔更换。

(7) 建设新的网络结构，改造原有VLAN间路由方式，采用流行的三层交换机承担VLAN间路由及转发。

(8) 为流量集中的学生公寓区的流量进行流量工程设计，充分利用冗余链路

(9) 对于网络管理，要求采用智能化网络管理软件，实现对网络的自动检测和控制，用户界面应该友好并能进行常见的网络配置，支持虚拟网络功能。

(10) 为校园提供一定的安全保障，防止黑客入侵和破坏，保证校园网安全。

(11) 为配备IPv6的部署，要求基础网络设备支持组播技术。

(12) 要求在学校规模不断扩大中，用户在持续增加，要求网络具有很好的扩展性，能够根据需要逐步平滑升级到万兆的骨干连接。

5.2 下一代校园网过渡原则

考虑到网络结束的飞速发展和现实世界的商业需求等问题，在进行IPv4网络向IPv6网络过渡策略的规划与设计中，以下方向性问题必须遵循，在“下一代协议建议规范”中，明确定义了以下过渡性原则：

(1) 过渡方式应该是逐步的和渐进的，方案应该能够保护IPv4网络设备的投资，确保在一个相当长的历史阶段，IPv4网络设备均可以在过渡时期中正常地独立使用。

(2) IPv4网络世界和IPv6网络世界将互相渗透，长期并存，这就要求IPv4和IPv6网路设备彼此可以互连相同，实现互操作性。

(3) 在IPv4网络世界过渡过程中，IPv4向IPv6升级的费用应尽可能的降低，过渡技术应尽可能的简单，这一可以尽快的吸引广大用户主动的向IPV6过渡。

(4) 由于IPv4协议和IPv6协议之间不具备有相关性，因此IPv4和IPv6体系结构之间还需要构建相关的过渡机制来支持二者无缝地并存。

6 下一代校园设备选择

6.1 主要设备的选择原则

根据已制定的下一代校园网络方案，为了满足校园网中网络的需求，我们所选择的网络设备必须具有以下一些特点：

(1) 安全、稳定、可靠

作为整个校园网络系统的硬件基础，网络设备必须具备安全性、稳定性和可靠性的特点，这是网络系统稳定运行的最基本条件。最好是经过相当长时间，在世界范围内被广泛应用的网络产品。为此，我们建议选择国际知名厂商的产品。

(2) 技术先进

网络设备仅仅具有安全、稳定和可靠的特点是不够的。作为高科技的产品，还应该具有的特点就是技术的先进性。我们所选择的网络设备应该采用当今较先进的技术，能够保持该设备在相当长的一段时间内不会因为技术落后而被淘汰。同时，在网络规模进一步扩大，该设备不能承担繁重的负荷时，能够降级使用。

(3) 便于扩展

由于信息技术和人们对于新技术的需求发展都非常迅速，为了避免不必要的重复投资，我们必须选择具有一定扩展能力的设备，能够保证在网络规模逐渐扩大的时候，不需要增加新的设备，而只需要增加一定数量的模块就行。最好能够做到在网络技术进一步发展，现有模块不支持新技术的情况下，只需要更换相应模块，而不需要更换整个设备。

(4) 管理和维护方便

先进的设备必须配合先进的管理和维护方法，才能够发挥最大的作用。所以，我们选择的设备必须能够支持现有的、常用的网络管理协议和多种网络管理软件，便于管理人员的维护。

6.2 网卡的选择

网卡的标准由IEEE（电气和电子工程师协会）定义，是工作在物理层的网络组件，是局域网中连接计算机和传输介质的接口，不仅能实现与局域网传输介质之间的物理连接和电信号匹配，还涉及帧的发送与接收、帧的封装与拆封、介质访问控制、数据的编码与解码以及数据缓存的功能等，它是局域网最基本的设备之一。目前的网卡支持的带宽一般可以分为10 Mbps、100 Mbps、 10/100 Mbps自适应、1000Mbps，应该根据具体网络应用进行选择。另外网卡的工作模式分为全双工和半双工，全双工是半双工模式速度的两倍。下一代校园网中，由于各种多媒体业务的发展，计算机应该使用千兆带宽的全双工模式网卡。

7 结论

概括起来校园网四个方面的典型应用：

第一，校园网是为学生学习活动服务的，是一种学习工具。她不但是学生与他人之间的交流工具，同时也是学习资源的提供者，有利于学生进行探索学习和协作学习。

第二，校园网是为教师的教学和科研活动服务的，如提供教学资源、辅助教师备课，参与课堂教学活动和支持教师再学习活动等。

第三，校园网是为学校教育教学管理服务的，如辅助学校的学生学籍管理、人事管理、财务管理等。

第四，校园网是沟通学校与外面的窗口，利用她既可以从校外获取各种信息，也可以向外发布各种信息。

本论文中，研究的的是下一代IPv6网络协议的相关技术，以及校园网过渡方案的规划与设计。由于自己也是刚开始接触IPv6协议和相关过渡技术，同时还要调研现有IPv4校园网的部署情况，受到自己能力和精力限制，可能在网络方案设计的时候难免会存在一些缺陷，比如前期校园网需求分析的具体调研和网络部署情况，对IPv6过渡技术可能存在了解不是很深刻，相关设备的选取也只是通过上网查阅相关设备的技术参数，以上具体情况可能会体现在下一代校园网的升级上，所以此次论文关于下一代校园网的规划与设计的方案中，还存在许多需要今后进一步改进的地方。

随着互联网的快速发展，现有IPv4网络的不足已经开始显现出来。IPv6协议的设计目的在于解决现有IPv4版本所具有的各种问题，包括地址数量限制、安全性、自动配置、移动性、可扩展性等方面，因此IPv6为各种价值应用构想提供了强大的技术支持，尤其对视频、语音、移动、安全等业务的发展有极大的促进作用。随着IPv6产业化进程的加速，IPv6必将成为互联网产业下一个增长点，并会在教育、政府、保险、金融、证券、航空、医疗、军队等各个行业和部门中具有非常广阔的市场和应用前景。

致 谢

在呼伦贝尔学院的四年里，我接触到了这些知识、学问。他们使我坚定了人生的方向，获得了追求的动力，给我留下了美好的大学回忆。在此，我真诚地向

我尊敬的老师们和母校表达我深深的谢意。

感谢我的导师陶锐老师，给予我的指导。从论文的选题到结构安排，从内容到文字的充实，都凝聚了很多汗水。

最后，衷心感谢学院所有老师对我的栽培、支持和鼓励，感谢所有朋友的关心和帮助。向在百忙中抽出时间对此论文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢！

参 考 文 献

1 谢希仁.计算机网络（第4版）.大连：大连理工出版社，2004

2 唐宝民.局域网与城域网技术.北京：清华大学出版社，2006

3 张伊，李明敏.局域网组建于维护实例教程（第3版）.北京：清华大学出版社，2007

4 郭绍青,田富鹏.局域网构建技术.北京：高等教育出版社，2006

5 陈伟.数据通信与计算机网络.武汉:武汉理工大学出版社,2004

6 田园，司伟生，韩瑜.计算机网络基础/因特网协议原理与实现.北京:机械工业出版社,2006

7 林生.计算机通信网原理.西安：西安电子科技大学出版社，1991