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****网络I Pv6演进方案江苏****网络技术有限公司
2018年3月13日
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目录
1 概述..................................................................................................................................................................3
1.1 项目背景概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
2 需求分析.........................................................................................................................................................3
2.1 IPV6网络演进. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
2.1.1 IPv6发展初期阶段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
2.1.2 IPv6与IPv4共存阶段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
2.1.3 IPv6主导阶段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
2.2 需要考虑的问题. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
2.2.1 IPv6演进模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
2.2.2 IPv6业务支持. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
2.2.3 IPv6可管理性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
2.2.4 针对不同的网络环境进行建设. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
3 解决方案.........................................................................................................................................................6
3.1 网络建设总体要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
3.2 交通电子政务网络划分. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
3.3 方案说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
3.3.1 组网思路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
IPv6用户的接入方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
业务实现分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
3.3.2 广域网IPv6组网. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
企业分支节点接入. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
3.3.3 IPv6地址规划. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
3.3.4 IPv6路由规划. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
3.3.5 基于真实IPv6源地址的用户标识和认证服务. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
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1概述
1. 1项目背景概述
Internet的成功与发展促进了IP网络的发展不过IPv4地址已然耗尽下一代互联网使用IPv6技术已成为互联网发展的必然趋势。 2011年2月3日全球互联网数字分配机构(I ANA)正式宣布已无新的I Pv4地址分配。而随着物联网、移动互联网等新型应用的快速发展将会需求大量的地址资源这势必会对我国互联网持续稳定的发展产生影响因此解决IPv4地址短缺的问题迫在眉睫。
从技术本质上讲解决IPv4地址短缺可以采用两种不同的技术路线一种是多级NAT(如NAT444)技术另一种是IPv6技术这两种技术是完全对立的。从长远来看 NAT技术并不能从根本上解决地址短缺的问题而且会增加网络结构的复杂性。
2017年11月26日中办、国办联合印发了《推进互联网协议第六版IPv6规模部署的行动计划》 以下简称《计划》 。从该《计划》可以看到政府横向要求政府机构、中央媒体、中央企业网站完成IPv6的升级改造纵向从终端、网络到典型应用整个垂直行业要求支持IPv6的演进。这充分反映了国家战略和政府在此次IPv6规模部署行动的决心。
为了满足****区交通运输管理局未来的网络信息系统的建设需要减少新业务与应用的IT成本 以及物联网及大数据在交通业务方面的应用需求。 IPv6网络的部署及演进已是必然趋势需提前做好相应的技术规划未雨绸缪。2需求分析
目前在****区交通系统的网络信息系统中部分业务系统是通过IPV4 NAT技术实现交通局和下辖单位网络的互联互通与互联网业务的访问也是通过NAT技术实现。拓扑网络如下图
图2-1 ****系统网络拓扑图
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NAT技术的使用虽然能解决I Pv4地址的紧缺和网络自治区域间的互联互通但也为网络的使用带来消极影响 NAT是一种救急措施而非最终解决方案。
NA T网络的弊端如下
破坏的IP的端到端模型增加网络复杂性提高网络运维成本
地址和端口转换需要额外处理影响网络性能 降低流媒体业务质
量
保存连接状态存在单点失效问题降低了网络的可靠性
面临非NAT友好应用问题某些新业务需升级NAT设备
由于IPv4与IPv6协议的不兼容引入IPv6技术关键在于即要保证原有IPv4业务的应用同时又要考虑通过IPv6引入减轻IPv4地址不足所面临的压力。因此产生了大量的IPv6演进方案包括双栈技术、NAT444、 DS-Lite、NAT64、 IVI、6to4、 4over6、 6RD、 6PE等多种解决方案。具体采用哪种解决方案需要结合
****区交通局网络信息系统的现有情况及今后的业务场景需求选择对应的IPv6演进策略。没有任何一个技术可以解决所有问题需要具体问题具体分析。
未来网络的最终模型必然是单栈IPv6网络已成为业界共识 因此在选择IPv6演进方案时更多的需要考虑所选择的技术架构是需要符合未来的发展趋势同时也可以避免多次升级所带来的各种问题。受限于应用系统或终端局限等问题不能在短时间内大规模升级到IPv6且大量业务仍是基于IPv4的业务应用 因此在未来一段时间内 网络中主要的应用还是基于IPv4的。为加快IPv6的演进需要加快引进IPv6业务的进度。
目前 ****局网络在IPv6部署演进中主要会面临三大挑战业务、终端与网络边缘。
由于网络边缘设备涉及到相对复杂的网络路由管理、安全、业务感知等功能且会存在一定数量现网设备不具备软件升级支持IPv6的能力会面临替换的问题但相对来讲在三大挑战中这是最容易解决的。
对于终端和业务部分而言终端因涉及到规模庞大、应用软件种类多、总体成本高等原因是IPv6网络演进的主要困难。没有创新的应用也就难以为IPv6特色业务的开发和规模提供有效平台整个IPv6演进就难以进入良性循环。
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2. 1 IPv6网络演进
当前大量的网络是IPv4网络随着IPv6的部署很长一段时间是IPv4与IPv6共存的过渡阶段。通常将IPv6的部署划分为以下个阶段
图2-2 IPv6的部署方案
2. 1. 1 IPv6发展初期阶段
在IPv6网络部署初期 IPv6站点的规模不大 因此在IPv4网络中形成了一个个“IPv6孤岛” 。业务应用上以原有的IPv4应用为主需要保证IPv6站点与IPv4网络之间的通信 以及IPv6站点之间的互连。
2. 1.2 IPv6与IPv4共存阶段
随着IPv6网络规模的扩大纯IPv6网络与纯IPv4网络并存。基于IPv6的传统业务逐渐开始大量部署需要保证IPv6与IPv4之间的通信。
2. 1.3 IPv6主导阶段
纯IPv6网络最终形成原有的IPv4网络大部分升级为IPv6只剩下少数的IPv4站点成为“IPv4孤岛” 。此时适用于IPv6的各种新型业务开始成为主流业务。
2. 2需要考虑的问题
在****区交通系统部署IPv6之前我们首先要考虑部署的总体方针和策略
2.2. 1 IPv6演进模式
在交通网中部署IPv6可以有全双栈模式和隧道模式。全双栈模式组网是最理想的方案不必为不同类型的用户单独部署网络配置开销小管理简单、 IPv4和IPv6的逻辑界面清晰。隧道模式属于过渡技术不是最终的理想方案隧道两端点设备需要花费额外的系统开销。
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2.2.2 IPv6业务支持
如 IPv6的过渡技术有手工隧道方式 自动隧道方式有基于MPLS VPN技术的6PE方式有基于网络地址转换技术的NAT-PT等等 IPv6的单播路由协议有OSPFv3, ISISv6,BGP4+等等 IPv6的组播路由协议有PIM-SM,PIM-SSM等等。
2.2.3 IPv6可管理性
在本次网络建设后应充分考虑网络部署IPv6的可管理及可维护性要能够满足日常业务的需要和网络安全管理方面的需求。
2.2.4针对不同的网络环境进行建设
主干网络设备可以考虑直接扩容为全双栈模式适当兼顾只支持IPv4协议栈的终端并可根据交通局业务的的实际情况可以先建设部分双栈网络其他部分采用隧道模式允许用户IPv6业务逐步将不支持IPv6的设备进行换代升级。
综上所述本次部署IPv6网络的时候建议有条件的网络中采用全双栈部署完成本次驻地网的大部分改造其次根据现有交通网内的实际业务应用情况采用部分过渡技术在不影响现有IPv4网络主要业务的条件下使得交通专网中需要部署IPv6网络的地方能够通过隧道技术接入业务服务区域或CERNET2。3解决方案
3. 1网络建设总体要求
1、安全保密性
严格遵循国家安全保密法规从技术、管理角度加强网络和信息的安全防范确保涉密信息安全实现与非专网业务——如因特网业务的严格逻辑隔离保障三级纵向专网的安全。
2、业务承载灵活性
在保证网络及信息安全保密的同时还需兼顾业务承载、系统架构和数据交
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换实际需要按照“强化业务网”的思路开展网络及应用系统建设。
3、提高资源利用率
按照统筹规划、统一布署、分步实施的原则从全局出发打破部门界限实现三级交通运输系统各部门的互联互通和资源共享使交通系统已有的各类信息资源发挥出最大效益避免重复建设杜绝资源浪费。
3. 2交通电子政务网络划分
根据省政府关于电子政务建设的有关要求全省交通电子政务网络分为电子政务内网和电子政务外网。
****电子政务网络结构示意图
从上图可以看出交通电子政务网络逻辑上分为两套网络即电子政务内网和电子政务外网物理上分为三套网络 即涉密网、交通业务专网和外网。
电子政务内网与电子政务外网须物理隔离交通行业业务专网和交通行业外网之间应采用安全等级较高设备如防火墙、网闸进行隔离提高网络之间的安全性。
3. 3方案说明
由于现有网络为IPv4网络且具备相当的用户规模如果对全网设备进行升级将面临投资较大、 网络重新规划、业务整合等一系列的问题。
针对这种情况建议采用升级现有IPv4网络的方案。
3.3. 1组网思路
在现有IPv4网络下分散着若干IP v6/IP v4双栈主机为使这些主机接入到IPv6网络当中且对现网的原有应用的影响最小可首先将交通网络的核心设备核心交换机升级为双栈 网络的其他部分保持不变。核心设备完成升级后可分别提供至IPv4网络和IPv6网络的出口IP v6/IP v4双栈主机可以采用ISATAP隧道的方式直接接入核心交换机。对于原有的IPv4用户不造成任何影响 同时
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实现了IPv6用户的接入如下图。核心设备应考虑节点冗余 因此建议逐步完成对所有核心设备的升级。
IPv6用户的接入方式
在节点1下 由于网络中汇聚层依然是原有的IPv4交换机接入层是原有的IPv4交换机或L2交换机为完成IP v6用户到核心交换机的连接可采用ISATAP隧道的方式。
在节点2和节点3下用户通过双栈方式或IPv6 over IPv4隧道方式完成连接。
业务实现分析
通过升级原有的IP v4网络下的IP v4用户的业务不受影响。新增的IP v6/IP v4双栈用户可以正常访问IPv6网络和IP v6业务以及IP v4网络和IP v4业务。
在IPv6建设初期 IP v6业务资源相对较少因此需要考虑纯IP v6用户对于现有IPv4业务资源的访问。 同时 IP v4用户也会有访问IP v6业务资源的需求。为实现这两种可能的业务互访的需求需要考虑如何放置NAT-PT设备。
3.3.2广域网IPv6组网
广域网组网侧重于“IP v6孤岛”之间跨越广域网的连接如交通局总部与下辖单位、下辖段位之间通过IPv6连接等网络情况都可适用。
企业分支节点接入
若新建部分IPv6分支为了实现与分支节点的IP v6连接可将分支机构作为汇聚节点的路由器设备升级为双栈。这样原有的IPv4分支与交通局的连接保持不变新建的IPv6分支节点出口设备采用双栈路由器可接入到交通局的双栈设备上。
根据实际组网需要分支与交通局之间可运行OSPFv3路由协议。
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3.3.3 IPv6地址规划
IP地址规划主要涉及到网络资源的利用的方便有效的管理网络的问题 I Pv6地址有128位其中可供分配为网络前缀的空间有64bit。按照最新的IPv6RFC3513 IPv6地址分为全球可路由前缀和子网ID两部分协议并没有明确的规定全球可路由前缀和子网ID各自占的bit数 目前APNIC能够申请到的IPv6地址空间为/32的地址。
IPv6的地址使用方式有两类一类是普通网络申请使用的IP地址这类地址完全遵从前缀+接口标识符的IP地址表示方法另外一类就是取消接口标识符的方法只使用前缀来表示IP地址。
IP地址的分配和网络组织、路由策略以及网络管理等都有密切的关系 I Pv6地址规划目前尚没有主流的规则具体的IP地址分配通常在工程实施时统一规划实施可以遵循一些分配原则
地址资源应全网统一分配
地址划分应有层次性便于网络互联简化路由表
IP地址的规划与划分应该考虑到网络的发展要求
充分合理利用已申请的地址空间提高地址的利用效率。
IP地址规划应该是网络整体规划的一部分即IP地址规划要和网络层次规划、路由协议规划、流量规划等结合起来考虑。 IP地址的规划应尽可能和网络层次相对应应该是自顶向下的一种规划。
IPv6的地址规划时考虑三大类地址
1、公共服务器地址如DNS EMAIL FTP等。
2、 网络设备互联地址和网络设备的LOOPBACK地址。
