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基于IPv6的校园网技术升级及性能测量研究

邱全杰  
【摘要】:以IPv4协议为基础的互联网已经走过了四十余年的发展历程,逐步暴露出诸如地址短缺、网络安全性等突出问题。而IPv6与IPv4相比,以其更大、更快、更安全、更及时等诸多优势,成为世界各国构建下一代互联网的核心协议。中国则作为推进世界IPv6发展的“引擎”,已经建成目前世界上规模最大的纯IPv6实验骨干网即第二代中国教育和科研计算机网CERNET2,实现了全国100多所重点高校和科研机构的IPv6高速接入,IPv6用户数已超过100万。 高校校园网是高校不可缺少的重要信息化基础设施。可以比喻IPv4是“生产网”,承载着为广大师生提供教学、科研等信息服务;IPv6是“研究网”,担负着为网络新技术试用的科学研究任务。本论文从研究国内外IPv6发展现状出发,就IPv4向IPv6演进过程中所涉及的进程和策略等进行比较深入的分析,系统性地归纳总结并阐明校园网升级为全面支持IPv6所需要解决的核心关键问题、策略和可行的技术路线。并以重庆大学万兆IPv4/IPv6双栈网为例,其IPv6流量已经超过IPv4,核心骨干网采用双链路双归接入技术策略,以实现设备和链路级冗余,确保了网络的稳定性。双栈骨干网路由采用OSPF路由协议,核心层节点之间直接启用OSPF路由协议,分成多个区域以保证路由的收敛速度。IPv6地址规划依据地理位置进行大地址聚合,便于故障位置的追朔和快速定位。升级网络管理、安全监控和认证计费等运行支撑系统,保证升级后的校园网可管、可控和安全。建设一个高速的纯IPv6专网,用于高性能和云计算机、科学研究和IPv6实验研究等。通过设置IPv4/IPv6双栈DNS域名解析系统,利用域名配置的BIND机制,保证用户实现“IPv6访问优先”。 对于IPv4/IPv6双栈网络,如何科学评估2个同时运行的网络的稳定性和可靠性,需要正确测量反映网络运行和性能的延迟、丢包率和带宽等数据。作者收集了重庆大学校园网近2年来IPv4/IPv6双栈网接入、汇聚和骨干网的延迟、丢包率等实际运行数据。同时结合IPv6报文的新特点,利用扩展报头和未定义的扩展字段,提出并设计一个IPv6网络延迟和丢包率的混合测量模型,并研发出原型系统,在IPv4/IPv6网中进行了适当范围内的部署。通过数据对比分析,该模型利用IPv6报文的特点所设计的模型是科学合理的,对于提高IPv6网络延迟、丢包率测量的精确度有较好帮助。 网络带宽是衡量网络使用情况的一个重要指标。论文较为深入地理解和分析网络带宽测量基本原理,对比了带宽测量典型模型及算法和方法。系统分析和研究IPv6协议的新特点,结合带宽测量的基本原理,在包对带宽测量算法的基础上,提出基于IPv6网络的单程不等长包对减法带宽测量算法,并对IPv4网络向IPv6网络演进的过程中,普遍存在的隧道和互联互通机制,作了算法的处理。该算法减少了发送探测分组的数目;降低了数据包排队带来的影响;避免回程引起的路由对称性。在深入剖析IPv6协议的基础上,设计出基于IPv6的算法实现方案,创新性地提出利用IPv6报头的流标签来实现测量报文序列的严格路径控制方法;利用专门的网络模拟软件OPNET来实现算法的仿真和验证,以证明改进后算法的科学和合理性。


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