基于GNS3 的IPv6 校園網的設計與實現

【文章摘要】
設計和構建了基于IPV6 的校園網絡，混合采用隧道技術、雙協議棧技術和地址轉換技術，在GNS3 模擬器上搭建了網絡環境加以實現，實現了IPv6 網絡、IPv4 網絡與Internet 之間互聯， 為建設一個安全、高效、穩定的新一代基于IPV6 的校園網提供借鑒。
【關鍵詞】
IPv6 ；GNS3 ；校園網
近年來，數字化校園的建設步伐逐年加快，許多地方高校逐步建立了完備的IPv4 校園網絡，但隨著高校教學和科研的需求增加，基于IPv4 的校園網絡已經很難滿足需求，因此，設計和構建IPV6 校園網對改善校園資源的有效利用具有重要意義。但是，從IPv4 到IPv6 的過渡是一個循序漸進的過程，IPV4 與IPV6 網絡共存將是一個長期的過程。考慮到這種情況，在設計和構建校園網絡時，本文采用了隧道技術、雙協議棧技術和地址轉換技術來實現IPV4 和IPV6 網絡的互通，并在GNS3 中加以模擬實現。
1 校園網絡概況
學校擁有現代化的教學樓4 幢和圖書館1 幢（教學區）、實訓大樓1 幢（實驗區）、學生公寓10 幢（學生宿舍區）、行政辦公樓1 幢（辦公區）等。校園網建設的目的是有效利用校園網現有資源，將學校的辦公、教學、學習及生活場所等均接入Internet，滿足學校現代化教學和管理的需要。為了提高網絡的可靠性，校園網采用雙核心千兆以太網，核心交換機設在計算機中心，采用萬兆主干網，千兆光纖到建筑物，樓內百兆交換到桌面。
根據校園網絡接入數量的密集程度， 為了合理利用現有網絡資源，實現校園網絡升級的平滑過渡，校園網絡實驗區混和使用IPV4、IPV6 接入校園網，學生宿舍區采用純IPv6 接入校園網，行政區采用IPv4 接入校園網絡，各個區域均能夠正常訪問IPv6 及IPv4 網絡。中心機房服務器采用純IPV6，采用1000M 光纖接入核心層交換機；原校園網服務器繼續使用，通過1000M 光纖連接在匯聚層交換機。網絡拓撲如圖1 所示：
2 主要網絡設備配置
2.1 GNS3 簡介
GNS3 是一種具有圖形化界面的Cisco 模擬器，能夠運行在多操作系統平臺下， 它采用Dynamips 作為核心程序。與很多模擬軟件相比，GNS3 強大的優勢在于，在虛擬機上運行真實的Cisco IOS，可以模擬各種Cisco 設備，支持真實設備的所有命令。
GNS3 軟件能夠從網絡上免費下載， 安裝比較容易，軟件安裝成功后，啟動GNS3 程序登錄到主界面，根據需要加載真實的Cisco IOS，對軟件進行簡單的設置就可以使用。根據校園網絡建設目標，為了模擬校園網絡，我們在GNS3 中搭建如圖2 的網絡拓撲，并對IP 地址進行了規劃， 見表1。
2.2 主要網絡設備配置
在GNS3 中搭建好網絡拓撲，需要對各個網絡設備進行基本配置，包括依據IP 地址規劃表為設備端口和PC 分配相應的地址、配置生成樹、路由協議等。本文主要介紹各路由器關于IPV6 和IPV4 網絡互訪的相關配置。
（1）網絡出口路由器配置
校園網絡內部采用私有地址，而公網采用公有地址，為了實現內網對外網的訪問，將R1 路由器配置成NAT 設備，用于公有地址和私有地址的轉換，從而實現內網和外網之間的正常通信。由于路由器上默認支持的是IPV4，因此，在路由器上首先要啟用IPV6 的路由功能。R1 上有關NAT 的主要配置命令如下：
R1(config)#ipv6 unicast-routing
R1(config)#ip nat pool innet 10.10.10.10 10.10.10.15 netmask 255.255.255.0
R1(config)#access-list 1 permit 10.0.0.0 0.255.255.255
R1(config)#ip nat inside source list 1 pool innet overload
為了能夠訪問IPV6 網絡資源，在R1 上建立兩條隧道，一條連接內網，一條連接外網，通過這條隧道我們可以將IPv4 數據包經過隧道進行傳輸。有關隧道的主要配置如下：
R1(config)#interface tunnel 0
R1(config-if)#tunnel source 10.10.10.2
圖1 學校網絡拓撲
電子制作
 
R 1 ( c o n f i g - i f ) # t u n n e l d e s t i n a t i o n 202.1.1.2
R1(config-if)#tunnel mode ipv6ip
R1(config)#ipv route ::/0 tunnel 0
R1(config-if)#ipv6 rip bridge enable
R1(config)#interface tunnel 1
R 1 ( c o n f i g - i f ) # i p v 6 a d d r e s s 2011:1111::2/64
R1(config-if)#tunnel source 10.0.2.1
R 1 ( c o n f i g - i f ) # t u n n e l d e s t i n a t i o n 192.168.1.2
R1(config-if)#tunnel mode ipv6ip
R1(config-if)#ipv6 rip bridge enable
由于信息傳輸的雙向性，在公網R9、內網R6 與R1 相對應的端口也要做隧道配置。相關配置與R1 類似，不再贅述。
（2）ISATAP 的配置
ISATAP 不但是一種自動隧道技術, 同時它可以進行地址的自動配置，從這一點來看這樣可以使我們的工作量大大減少。配置ISATAP，不僅可以解決IPv4 網絡中雙棧主機之間的通信問題，而且也可以解決雙棧主機通過IPv4 網絡訪問IPv6 的網絡或者主機。在配置ISATAP 的地址時必須要加上eui-64 這個參數，通過這個參數PC 機才能自動獲得正確的IPv6 地址。在R2 上配置ISTAP 實現通信，主要配置如下：
R2(config)#ipv6 unicast-routing
R2(config)#interface tunnel 3
R2(config-if)#ipv6 add 2013::/64 eui- 64
R2(config-if)#no ipv6 nd suppress-ra
R2(config-if)#tunnel source 10.0.5.1
R2(config-if)#tunnel mode ipv6ip isatap
R2(config)#interface tunnel 3
R2(config-if)#ipv6 rip bridge enable
（3）配置動態地址轉換NAT-PT
配置動態NAT-PT 使得純IPv4 網絡與純IPV6 網絡之間能夠正常通信，主要配置如下所示：
R1(config)#interface f0/0
R1(config-if)#ipv6 nat
R1(config)#interface f0/1
R1(config-if)#ipv6 nat
R 1 ( c o n f i g ) # i p v 6 n a t v 4 v 6 s o u r c e 10.0.7.2 2020::1
R1(config)#ipv6 nat v6v4 source list ipv6net pool ipv4
當有多個純IPv6 子網對IPv4 網絡進行訪問時設置地址池可以有效的解決地址映射不夠的問題，當IPv6 的報文向IPv4 網絡發送時自動的在地址池中隨機選出某一IPv4 地址進行映射。主要配置如下：
 
R1(config)#ipv6 nat v6v4 pool ipv4 10.0.2.3 10.0.2.5 prefix-length 24
R1(config)#ipv6 nat prefix 2020::/96
R1(config)#ipv6 access-list ipv6net
R1(config-ipv6-acl)#permit ipv6 2015:2222::/64 any
R1(config-ipv6-acl)#permit ipv6 2015:3333::/64 any
3 結束語
本文在GNS3 模擬器上搭建了一個模擬網絡環境，校園網中部署了幾個IPv6 網絡、IPV4 網絡，通過混合使用隧道技術、ISATAP 技術、地址轉換技術，實現了校園網絡與IPv4 網絡、IPV6 網絡的互聯互通， 為IPV4 向IPV6 過渡期間的校園網建設提供借鑒和參考。
【參考文獻】
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