網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提出新需求取代IPv4勢(shì)在必行

2019-11-04 20:44:35

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供稿：網(wǎng)友

　　作為目前全球最大的純ipv6網(wǎng)，CERNET2(第二代中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng))標(biāo)志著中國(guó)下一代互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)已經(jīng)走出北京并向全國(guó)范圍的高校輻射，而且早在2004年，CERNET2已經(jīng)開(kāi)通并提供服務(wù)。
　　
　　可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)5～10年間，中國(guó)高校校園網(wǎng)將全面向IPv6過(guò)渡已是大勢(shì)所趨，同時(shí)以基于IPv6的CERNET2為軸心，實(shí)現(xiàn)IPv4時(shí)代難以想象的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)用。CERNET2將重點(diǎn)研究和試驗(yàn)下一代互聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并支持開(kāi)發(fā)包括網(wǎng)格計(jì)算、高清楚度電視、點(diǎn)到點(diǎn)視頻語(yǔ)音綜合通信、組播視頻會(huì)議、大規(guī)模虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境、智能交通、環(huán)境地震監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育等重大應(yīng)用。無(wú)疑，IPv6網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用將加速信息技術(shù)在教育多學(xué)科領(lǐng)域中的滲透和影響力，最終成為決定未來(lái)5～10年高校核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素。
　　
　　傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不堪重負(fù)
　　
　　與CERNET2相連的高校大多是重點(diǎn)院校，這些高校的網(wǎng)絡(luò)是國(guó)內(nèi)高校網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)間較早，業(yè)務(wù)開(kāi)展非常完善的校園網(wǎng)絡(luò)，校園網(wǎng)絡(luò)的整體網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃水平很高。但是伴隨著這些高校數(shù)年來(lái)的高速發(fā)展，校園內(nèi)用戶數(shù)量的急劇增加，互聯(lián)網(wǎng)帶寬的不斷擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境日趨復(fù)雜，原有的校園網(wǎng)中的骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已不堪重負(fù);即便面對(duì)每日正常的網(wǎng)絡(luò)流量高峰，校園網(wǎng)骨干交換機(jī)的CPU占用率都不會(huì)低于30%，而在發(fā)生較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)病毒和網(wǎng)絡(luò)攻擊時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量就會(huì)出現(xiàn)很大的時(shí)延并且伴隨著嚴(yán)重的數(shù)據(jù)丟包，極大地影響了網(wǎng)絡(luò)通信、教學(xué)研發(fā)、對(duì)外交流等學(xué)校日常網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
　　
　　出現(xiàn)這樣的問(wèn)題，主要是原有的骨干交換機(jī)在現(xiàn)階段難以滿足業(yè)務(wù)流量快速增長(zhǎng)的需要，骨干層設(shè)備的處理能力問(wèn)題使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了僅靠升級(jí)現(xiàn)有設(shè)備難以克服的困難。由于學(xué)校整體信息化的需要而帶來(lái)的流量增長(zhǎng)、業(yè)務(wù)趨于復(fù)雜的壓力使這些高校的骨干網(wǎng)絡(luò)迫切需要調(diào)整、擴(kuò)容。而原有的骨干設(shè)備基于傳統(tǒng)的交換架構(gòu)，對(duì)于高數(shù)據(jù)流量下復(fù)雜業(yè)務(wù)處理的能力有先天的不足。由于其業(yè)務(wù)支持能力有限;即使對(duì)該設(shè)備進(jìn)行升級(jí)也難以保證能夠有效支持頻繁變化的路由表、可控組播、復(fù)雜的ACL控制策略/策略路由等復(fù)雜但是必要的業(yè)務(wù)功能。缺乏這些業(yè)務(wù)功能的后果之一就是:在面對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)攻擊或網(wǎng)絡(luò)病毒爆發(fā)時(shí)很難具備有效的處理手段和足夠的設(shè)備處理能力。
　　
　　網(wǎng)絡(luò)需求催生IPv6
　　
　　由于這些重點(diǎn)高校學(xué)院眾多、多數(shù)由幾所高校合并而成、部分還有新舊校區(qū)，學(xué)校各個(gè)部門(mén)、學(xué)院的網(wǎng)絡(luò)情況參差不齊，各個(gè)學(xué)校原有的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用也不盡相同。為了有效地將這些資源集中起來(lái)，整合到一個(gè)高性能的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)支撐平臺(tái)中去，這些高校的網(wǎng)絡(luò)中心經(jīng)過(guò)仔細(xì)測(cè)試、分析、研究后發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的骨干層是這個(gè)“木桶”最大的短板，因此，我們應(yīng)該對(duì)原有的骨干網(wǎng)絡(luò)動(dòng)一次外科手術(shù)。其目的如下:
　　
　　首先，需要從網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上統(tǒng)一合并后的新網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，即將所有的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)全部都部署在一個(gè)統(tǒng)一的骨干網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上。
　　
　　其次，解決原先存在的骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能方面的問(wèn)題，部署新的骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)替換原有的設(shè)備，解決困擾高校網(wǎng)絡(luò)中心的骨干網(wǎng)處理性能不足的問(wèn)題。
　　
　　再次，新的骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要能夠支持高校現(xiàn)有和未來(lái)規(guī)劃中新增的各種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，并能提供很好的質(zhì)量保證，有效避免各種業(yè)務(wù)在骨干網(wǎng)層面受病毒、網(wǎng)絡(luò)攻擊的影響。
　　
　　在網(wǎng)絡(luò)骨干層面，高校當(dāng)前考慮到的因素主要有:組播業(yè)務(wù):支持校園網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各種多媒體應(yīng)用;為支持各種業(yè)務(wù)應(yīng)用的質(zhì)量保證服務(wù);IPv4、IPv6的業(yè)務(wù)平滑升級(jí)保證;IPv4/IPv6的業(yè)務(wù)安全保障（核心設(shè)備的ACL安全控制能力）。
　　
　　IPv6成主角
　　
　　這些高校的網(wǎng)絡(luò)中心在仔細(xì)分析了未來(lái)的需求后認(rèn)為:隨著現(xiàn)有校園網(wǎng)規(guī)模不斷加速擴(kuò)大，用戶數(shù)量不斷提升，用戶使用要求不斷提高，各種高帶寬新業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)，隨之而來(lái)的各種應(yīng)用的快速涌現(xiàn);現(xiàn)有的GE/2.5G平臺(tái)很難滿足未來(lái)業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)處理能力的需求，必將逐步演變成為整網(wǎng)帶寬的瓶頸。
　　
　　從業(yè)務(wù)融合的角度來(lái)看，未來(lái)的IP網(wǎng)絡(luò)必須能夠提供對(duì)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻等多種業(yè)務(wù)的支持。在同一平臺(tái)上承載多種業(yè)務(wù)除了要求更高的帶寬外更重要的是業(yè)務(wù)的承載技術(shù)，下一代的IP網(wǎng)絡(luò)承載平臺(tái)必須提供全面的承載技術(shù)。
　　
　　對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)而言，骨干網(wǎng)在進(jìn)入高速發(fā)展階段后，開(kāi)始把校園網(wǎng)建設(shè)的關(guān)注焦點(diǎn)提升到了如何支持連接型增值業(yè)務(wù)、如何面對(duì)不同的業(yè)務(wù)&用戶提供有效的SLA保證、如何對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量和安全保證的升級(jí)改造等核心問(wèn)題上。歸根結(jié)底，就是如何在安全可靠的基礎(chǔ)上基于IP分組技術(shù)去實(shí)現(xiàn)視頻、話音等業(yè)務(wù)，以便更好地對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供支撐。
　　
　　在綜合考慮了各種因素后，這些網(wǎng)絡(luò)中心決定采用基于10G平臺(tái)的設(shè)備來(lái)搭建未來(lái)高校的核心網(wǎng)絡(luò)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上承載各項(xiàng)學(xué)校信息化應(yīng)用所產(chǎn)生的業(yè)務(wù)。
　　
　　鑒于以組播業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)的視頻、語(yǔ)音業(yè)務(wù)已經(jīng)在高校的校園網(wǎng)絡(luò)內(nèi)大規(guī)模展開(kāi)，在今后還會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。采用高端路由器和高端交換機(jī)綜合組網(wǎng)的方式來(lái)構(gòu)造一個(gè)性能足夠高、擴(kuò)展能力足夠好、可用性足夠強(qiáng)的先進(jìn)的下一代IP網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。
　　
　　改造后的高校網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用創(chuàng)新主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
　　
　　組播應(yīng)用
　　
　　高校網(wǎng)絡(luò)中的視頻點(diǎn)播服務(wù)器主要是為校內(nèi)學(xué)生和員工提供在線的視頻服務(wù)。目前共提供4個(gè)視頻流，承載的內(nèi)容、節(jié)目有中心電視臺(tái)5體育頻道等。在整個(gè)系統(tǒng)試運(yùn)行期間通過(guò)了高業(yè)務(wù)流量的考驗(yàn)。
　　
　　策略路由應(yīng)用
　　
　　由于對(duì)高校網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的時(shí)候，教育網(wǎng)和國(guó)內(nèi)的流量是免費(fèi)的，而國(guó)外流量是按照流量計(jì)費(fèi)的，所以需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)中不同用戶的不同應(yīng)用配置不同的策略，實(shí)施相應(yīng)的訪問(wèn)控制;這些操作都是在核心路由器上進(jìn)行的。
　　
　　安全過(guò)濾、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)
　　
　　由于高校原有的核心交換機(jī)性能有限，難以滿足網(wǎng)絡(luò)流量高速增長(zhǎng)的需求，在網(wǎng)絡(luò)病毒爆發(fā)的時(shí)候，設(shè)備的處理能力幾乎完全被占用，根本無(wú)力實(shí)施安全的ACL數(shù)據(jù)過(guò)濾，導(dǎo)致高校的骨干網(wǎng)幾近癱瘓。
　　
　　為了解決這個(gè)問(wèn)題，高端路由器代替了原有的網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備，并在設(shè)備上配置了相應(yīng)安全防護(hù)的策略和路由策略。該路由器采用了ASIC+FPGA+TCAM的綜合處理架構(gòu)，能夠保證10G速率的高速端口在配制了復(fù)雜而又?jǐn)?shù)量眾多的ACL訪問(wèn)控制策略的同時(shí)仍能做到線速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流量。在該設(shè)備投入使用后，網(wǎng)絡(luò)中心針對(duì)校園網(wǎng)絡(luò)中存在的安全問(wèn)題、數(shù)據(jù)流量不均衡等各種問(wèn)題重新規(guī)劃并實(shí)施了細(xì)致的ACL訪問(wèn)控制策略，過(guò)濾網(wǎng)絡(luò)中非凡的病毒流量、網(wǎng)絡(luò)攻擊、非法路由，并對(duì)數(shù)據(jù)流量進(jìn)行重新的導(dǎo)向，使其能夠快速高效地從校園網(wǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)出去，保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定安全的運(yùn)營(yíng)。在切換到新的設(shè)備后，原有的骨干網(wǎng)瓶頸問(wèn)題和網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題得到了解決。
　　
　　可持續(xù)升級(jí)能力
　　
　　網(wǎng)絡(luò)核心的設(shè)備既要保證性能、可靠性、可用性等要害要素。又要考慮到保證用戶的投資回報(bào)。一直以來(lái)，高校的教育信息化方面事情多、經(jīng)費(fèi)少，長(zhǎng)期以來(lái)都面臨著經(jīng)費(fèi)不足的問(wèn)題。因此，考慮投資回報(bào)是其中一個(gè)非常要害的方面，關(guān)系到用戶未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)是否能做到可持續(xù)發(fā)展。
　　
　　高校的網(wǎng)絡(luò)中心很好地考慮到了這個(gè)問(wèn)題。從設(shè)備選型的時(shí)候就要求設(shè)備廠商能夠提供對(duì)于今后更高速速率接口、更復(fù)雜業(yè)務(wù)和針對(duì)未來(lái)IPv6應(yīng)用的支持。選用的交換機(jī)和路由器都具備硬件支持IPv6技術(shù)的能力。在未來(lái)可以通過(guò)軟件升級(jí)來(lái)支持更多的IPv6業(yè)務(wù)特性。并且，該系列路由器在硬件架構(gòu)上具備支持40Gbps/板卡的數(shù)據(jù)流量轉(zhuǎn)發(fā)能力。在未來(lái)僅通過(guò)板卡的升級(jí)就可以支持到在40Gbps速率的高速接口上進(jìn)行數(shù)據(jù)流量的線速轉(zhuǎn)發(fā)。為高校未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
　　
　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，很多高校都在不斷地調(diào)整著自己的業(yè)務(wù)種類(lèi)和組織結(jié)構(gòu)來(lái)迎合技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。不久的未來(lái)，校園網(wǎng)將是這樣一幅場(chǎng)景:圖書(shū)館中的每一本書(shū)，食堂的每一張飯卡，甚至每個(gè)學(xué)生手中的PDA都已分配了唯一的IP地址，端到端信息處理和安全服務(wù)質(zhì)量治理的方式是目前的千兆IPv4校園網(wǎng)架構(gòu)所不能承受的。
　　
　　除校園網(wǎng)內(nèi)部資源外，校園網(wǎng)與校園網(wǎng)、校園網(wǎng)與外部互聯(lián)網(wǎng)之間的教育資源和應(yīng)用將加速融合與協(xié)同。基于校園網(wǎng)的整個(gè)數(shù)字校園體系將不僅改變現(xiàn)有校園教育的效率和質(zhì)量，而且還將延伸向整個(gè)社會(huì)。
　　
　　鏈接
　　
　　CERNET助力中國(guó)教育
　　
　　中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)—CERNET是由國(guó)家投資建設(shè)，教育部負(fù)責(zé)治理，清華大學(xué)等高校承擔(dān)規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行治理的全國(guó)最大的公益性計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。始建于1994年。
　　
　　十年來(lái)，在國(guó)家的大力支持下，在教育部各屆領(lǐng)導(dǎo)直接領(lǐng)導(dǎo)和關(guān)懷下，在一批專(zhuān)家和技術(shù)人員的共同努力下，CERNET從無(wú)到有，由小變大，從弱到強(qiáng)，取得了令人矚目的成績(jī)，成為我國(guó)重要的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，在我國(guó)教育和科研事業(yè)的發(fā)展，以及教育信息化建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。目前，CERNET主干網(wǎng)傳輸速率達(dá)到2.5～5Gbps，地區(qū)網(wǎng)傳輸速率達(dá)到155～2.5Mbps，覆蓋全國(guó)31個(gè)省、200多座城市，聯(lián)網(wǎng)的大學(xué)、教育機(jī)構(gòu)和科研單位超過(guò)1300個(gè)，用戶超過(guò)1800萬(wàn)人，成為世界上最大的國(guó)家級(jí)公益性計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)。
　　
　　CERNET也是我國(guó)下一代互聯(lián)網(wǎng)研究與建設(shè)的先行者，近幾年來(lái)承擔(dān)了中國(guó)高速互聯(lián)研究試驗(yàn)網(wǎng)NSFCNET，863-IPv6綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)境，CERNET-IPv6試驗(yàn)網(wǎng)，中日IPv6合作研究等一批我國(guó)下一代互聯(lián)網(wǎng)的試驗(yàn)和研究項(xiàng)目，推動(dòng)了我國(guó)下一代互聯(lián)網(wǎng)的研究和技術(shù)進(jìn)步。2004年1月，CERNET與美國(guó)Internet2、歐盟GEANT等全球最大學(xué)術(shù)網(wǎng)共同公布，開(kāi)通全球IPv6下一代互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。2004年3月19日，連接北京、上海和廣州的CNGI核心網(wǎng)CERNET2試驗(yàn)網(wǎng)開(kāi)通并開(kāi)始提供服務(wù)。

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