高校網(wǎng)站及業(yè)務(wù)系統(tǒng)支持IPv6訪問(wèn)改造的技術(shù)路線研究

涂金龍

摘要：在國(guó)家推進(jìn)IPv6應(yīng)用的背景下，對(duì)教育系統(tǒng)網(wǎng)站IPv6支持訪問(wèn)改造勢(shì)在必行。該文介紹了高校網(wǎng)站業(yè)務(wù)系統(tǒng)IPv6改造的難點(diǎn)，探討了IPv6改造的幾種技術(shù)路線方案，并結(jié)合江西中醫(yī)藥大學(xué)現(xiàn)狀，提出高校網(wǎng)站及業(yè)務(wù)系統(tǒng)支持IPv6訪問(wèn)改造方案和具體實(shí)施步驟，快速實(shí)現(xiàn)校內(nèi)網(wǎng)站及業(yè)務(wù)系統(tǒng)全部支持IPv6訪問(wèn)，滿足國(guó)家合規(guī)要求，以供國(guó)內(nèi)其他高校相關(guān)實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞：IPv6支持;IPv4;網(wǎng)站;IPv6改造方案

中圖分類號(hào)：TP393? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）15-0035-03

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展，各類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)IP地址資源分配的需求量越來(lái)越大，IPv4地址資源已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重短缺，影響了我國(guó)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)和數(shù)字強(qiáng)國(guó)發(fā)展的進(jìn)程。IPv6是第六代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，英文全稱為“Internet Protocol Version 6”，是替代第四代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IPv4）采用的一種核心地址協(xié)議，IPv6的地址長(zhǎng)度由IPv4的32位增加到128位，可以提供超大的地址空間，號(hào)稱可以為當(dāng)今全世界的每一粒沙子都可以分配一個(gè)名為IPv6的地址，有效地解決了我國(guó)IPv4地址資源短缺的問(wèn)題[1]。

2018年9月，教育部辦公廳發(fā)布關(guān)于貫徹落實(shí)《推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）規(guī)模部署行動(dòng)計(jì)劃》的通知，全面闡述今年我國(guó)IPV6部署的總體計(jì)劃，明確提出了“完成綜治、金融、醫(yī)療等領(lǐng)域公共管理、民生公益等服務(wù)平臺(tái)改造”，當(dāng)前最迫切的任務(wù)是完成門(mén)戶網(wǎng)站等對(duì)外服務(wù)平臺(tái)的IPv6改造[2]。2021年7月23日，中央網(wǎng)信辦、國(guó)家發(fā)改委、工業(yè)和信息化部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）規(guī)模部署和應(yīng)用工作的通知》，進(jìn)一步詳細(xì)明確了未來(lái)五年要重點(diǎn)推進(jìn)IPv6規(guī)模建設(shè)部署和實(shí)際應(yīng)用示范的工作方向[3]。

目前各單位的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和設(shè)施都大量依賴于IPv4，落實(shí)網(wǎng)站支持IPv6訪問(wèn)改造需要統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實(shí)施，必定會(huì)經(jīng)歷一段IPv6改造過(guò)渡的時(shí)期。本文主要在對(duì)現(xiàn)有的IPv6改造方案分析的基礎(chǔ)上，提出本校網(wǎng)站支持IPv6改造的方案，是對(duì)IPv6應(yīng)用的一個(gè)很好的探索工作。

1 IPv6改造的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

IPv4已經(jīng)在全球使用了數(shù)十年，目前高校的大部分網(wǎng)站及業(yè)務(wù)系統(tǒng)都還需要依賴IPv4才可以工作，短期內(nèi)IPv6不太可能全部替代IPv4，IPv6與IPv4會(huì)很長(zhǎng)一段時(shí)期共存，這就要求各網(wǎng)站及業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要同時(shí)支持IPv4和IPv6。目前高校的組織架構(gòu)比較復(fù)雜，人員眾多，涉及的網(wǎng)站和業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)量眾多，建設(shè)時(shí)間和廠家各不相同，網(wǎng)站及業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作都是在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基礎(chǔ)上進(jìn)行的，由于目前IPv6和IPv4協(xié)議并不兼容，如果直接遷移到IPv6的網(wǎng)絡(luò)鏈路中，直接啟動(dòng)IPv6網(wǎng)絡(luò)，替換Ipv4網(wǎng)絡(luò)的話，會(huì)帶來(lái)很大的風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷，影響高校正常的教學(xué)管理工作。

如果需要對(duì)網(wǎng)站及業(yè)務(wù)系統(tǒng)IPv6支持訪問(wèn)徹底改造的話，要對(duì)現(xiàn)有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。不僅僅是對(duì)網(wǎng)絡(luò)鏈路進(jìn)行改造工作，還涉及應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件等多方面的支持改造。因此，在時(shí)間緊迫、資金預(yù)算缺乏的情況下，需要快速地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站及業(yè)務(wù)系統(tǒng)支持IPv6訪問(wèn)改造，是擺在當(dāng)前各大高校面前的一大難題。

2 IPv6改造的相關(guān)技術(shù)

2.1 IPv4/IPv6雙棧技術(shù)

雙棧技術(shù)要求在網(wǎng)站業(yè)務(wù)交互過(guò)程中，所涉及的各類應(yīng)用系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)的軟硬件設(shè)備，都需要同時(shí)運(yùn)行IPv4和IPv6兩套協(xié)議棧，同時(shí)處理IPv4和IPv6數(shù)據(jù)包[4]。在雙棧協(xié)議技術(shù)中，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備同時(shí)配置IPv4地址和IPv6地址，網(wǎng)站系統(tǒng)運(yùn)行兩套協(xié)議棧，可基本實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站訪問(wèn)支持的IPv6升級(jí)[5]。雙棧的協(xié)議棧升級(jí)技術(shù)如圖1所示。

通過(guò)雙棧技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)站IPv6升級(jí)改造，優(yōu)點(diǎn)是可以做到徹底改造，在網(wǎng)站便于用戶深入理解，網(wǎng)絡(luò)互通性能都較好。同時(shí)，雙棧改造主要涉及對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系，包括網(wǎng)站所需運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、服務(wù)器等硬件升級(jí)，到、網(wǎng)站應(yīng)用軟件、網(wǎng)站代碼等多方面都要進(jìn)行全面的改造[6]。因此該方案的缺點(diǎn)是需要耗費(fèi)大量的人力物力，對(duì)于存在大量老舊系統(tǒng)的單位，進(jìn)行大量的系統(tǒng)代碼改造，可能會(huì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于單位新建的網(wǎng)站及業(yè)務(wù)系統(tǒng)，可以要求開(kāi)發(fā)廠商系統(tǒng)架構(gòu)采用雙棧部署，支持IPv6。

2.2 協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)

協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑是在 IPv4 網(wǎng)站外部掛接一臺(tái) IPv4/IPv6 翻譯轉(zhuǎn)換設(shè)備，原有IPv4源站無(wú)須修改。DNS 把 IPv6 用戶訪問(wèn)網(wǎng)站的請(qǐng)求解析到協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備的IPv6地址，轉(zhuǎn)換設(shè)備內(nèi)部轉(zhuǎn)換成設(shè)備的IPv4地址，轉(zhuǎn)換設(shè)備從 IPv4 源站讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換后發(fā)送數(shù)據(jù)給 IPv6 用戶，經(jīng)過(guò)這種模式建立起了IPv4資源和IPv6之間溝通的橋梁。

針對(duì)高校對(duì)外公開(kāi)發(fā)布的高校網(wǎng)站及業(yè)務(wù)系統(tǒng)，進(jìn)行IPv6協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)方案改造，網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中所涉及的網(wǎng)絡(luò)硬件、服務(wù)器和其他網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備等，基本無(wú)須做任何的改變，其中服務(wù)端網(wǎng)站也無(wú)須進(jìn)行修改。該方案在支持原有IPv4地址用戶訪問(wèn)的同時(shí)，也能支持IPv6地址的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備技術(shù)如圖2所示。

該方案實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單、快速實(shí)施。只需配置2臺(tái)轉(zhuǎn)換設(shè)備，雙機(jī)熱備。IPv4 源站無(wú)須修改，也無(wú)須對(duì)網(wǎng)站整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行大面積的改造，實(shí)施便捷，只要幾天時(shí)間就可完成。

這種技術(shù)方案適用于以下的使用場(chǎng)景，單位網(wǎng)站比較老舊、架構(gòu)比較復(fù)雜，不好改動(dòng)的情形下，需快速簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站IPv6支持訪問(wèn)。

2.3 隧道技術(shù)

隧道技術(shù)只要求數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬啥送瑫r(shí)支持IPv4/IPv6兩種協(xié)議，完成IPv6數(shù)據(jù)報(bào)文封裝成IPv4協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)，在IPv4網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中透明傳輸，如圖3所示。BF49E160-7A68-46CF-AAAF-2FABB8E47933

隧道技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)是在網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點(diǎn)中間只需要部署一臺(tái) IPv6 隧道服務(wù)器，基本不會(huì)影響應(yīng)用系統(tǒng)，部署非常方便和快捷。缺點(diǎn)是用戶使用時(shí)需要安裝隧道客戶端軟件，影響用戶使用體驗(yàn)感，不太適宜大場(chǎng)景推廣使用[7]。

3 高校IPv6改造技術(shù)方案設(shè)計(jì)

3.1 網(wǎng)站IPv6改造技術(shù)方案

江西中醫(yī)藥大學(xué)的官網(wǎng)及二級(jí)部門(mén)域名網(wǎng)站有120多個(gè)，其中95%以上的網(wǎng)站都統(tǒng)一納入學(xué)校的網(wǎng)站群平臺(tái)中進(jìn)行集中統(tǒng)一管理。網(wǎng)站群平臺(tái)由1臺(tái)管理服務(wù)器，2臺(tái)發(fā)布服務(wù)器、1臺(tái)備份服務(wù)器組成，在發(fā)布服務(wù)前端服務(wù)部署了一套負(fù)載均衡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站發(fā)布訪問(wèn)，平臺(tái)架構(gòu)如圖4。2019年，江西中醫(yī)藥大學(xué)對(duì)平臺(tái)進(jìn)行了版本升級(jí)，平臺(tái)完全滿足IPv6支持。2020年，江西中醫(yī)藥大學(xué)對(duì)網(wǎng)站群平臺(tái)進(jìn)行了上云遷移工作，順利地從本地遷移部署到華為云服務(wù)器環(huán)境中，由于采用云端部署模式，無(wú)須用戶申請(qǐng)IPv6地址，由云服務(wù)商負(fù)責(zé)提供，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境就可以快速實(shí)現(xiàn)IPv6改造，不需要另外購(gòu)置設(shè)備。

3.2 業(yè)務(wù)系統(tǒng)IPv6改造技術(shù)方案

江西中醫(yī)藥大學(xué)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署在本地?cái)?shù)據(jù)中心，要進(jìn)行IPv6支持訪問(wèn)改造，要考慮本地?cái)?shù)據(jù)中心的環(huán)境。從圖5可以看出，校園出口及核心設(shè)備，數(shù)據(jù)中心的物理硬件設(shè)備包括核心交換機(jī)、接入交換機(jī)和防火墻等設(shè)備，經(jīng)過(guò)檢測(cè)都支持IPv6協(xié)議。

全校各級(jí)業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)量眾多，總共有75個(gè)，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)廠家眾多，采用的技術(shù)架構(gòu)和編程語(yǔ)言各有不同，有些久遠(yuǎn)的系統(tǒng)都已過(guò)保。在很難對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)本身做改造的條件下，為了保障網(wǎng)站及業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行，不影響現(xiàn)有的IPv4網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，要在短期內(nèi)進(jìn)行IPv6改造實(shí)施，采用協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)方案是最佳選擇。

4 網(wǎng)站及業(yè)務(wù)系統(tǒng)IPv6改造方案的實(shí)施

4.1 制定改造實(shí)施方案

對(duì)于學(xué)校網(wǎng)站全部運(yùn)行在網(wǎng)站群平臺(tái)，平臺(tái)服務(wù)器采用的是華為云的ECS主機(jī)服務(wù)，由于華為云中整套網(wǎng)絡(luò)體系都支持IPv6，因此，實(shí)現(xiàn)IPv6改造非常簡(jiǎn)單。對(duì)于本地的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，要確認(rèn)設(shè)備對(duì)IPv6的支持情況，制定實(shí)施方案和改造的時(shí)間進(jìn)度表。

4.2 IPv6改造方案實(shí)施步驟

4.2.1 網(wǎng)站IPv6改造方案實(shí)施

網(wǎng)站IPv6改造工作量很少，只要做好服務(wù)器IPv6地址分配，網(wǎng)站群平臺(tái)IPv6相關(guān)配置即可。由于華為云本身環(huán)境支持IPv6協(xié)議，只需要對(duì)網(wǎng)站群的發(fā)布服務(wù)器綁定一個(gè)彈性公網(wǎng)IPv4地址和IPv6地址，實(shí)現(xiàn)IPv4、IPv6雙棧。然后在學(xué)校權(quán)威DNS設(shè)備中配置好網(wǎng)站域名的IPv6和IPv4解析記錄即可。

4.2.2 業(yè)務(wù)系統(tǒng)IPv6改造方案實(shí)施

根據(jù)江西中醫(yī)藥大學(xué)校園網(wǎng)設(shè)備及數(shù)據(jù)中心IPv6支持的現(xiàn)狀，根據(jù)改造方案，具體實(shí)施步驟如下：

1）對(duì)于尚缺乏的基礎(chǔ)環(huán)境，需對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)或新購(gòu)。梳理學(xué)校網(wǎng)絡(luò)IPv6現(xiàn)狀，學(xué)校只需要對(duì)接入DNS和反向代理等設(shè)備進(jìn)行升級(jí)和新購(gòu)即可實(shí)現(xiàn)。江西中醫(yī)藥大學(xué)對(duì)原有自建的DNS進(jìn)行了改造，采購(gòu)了兩臺(tái)DNS服務(wù)器設(shè)備，進(jìn)行雙機(jī)熱備。設(shè)備支持IPv4和IPv6雙棧協(xié)議，可以解決IPv6域名解析的問(wèn)題。同時(shí)采購(gòu)了一套Web資源發(fā)布系統(tǒng)（反向代理系統(tǒng)），對(duì)于數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，我校都采用Web資源發(fā)布系統(tǒng)統(tǒng)一發(fā)布。在保持現(xiàn)有IPv4網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和主要設(shè)備不變，Web應(yīng)用系統(tǒng)無(wú)須改動(dòng)的前提下，進(jìn)行設(shè)備部署，實(shí)現(xiàn)翻譯功能，一鍵實(shí)現(xiàn)全站IPv6解析及發(fā)布，覆蓋網(wǎng)站所有二級(jí)、三級(jí)鏈接，實(shí)現(xiàn)全校業(yè)務(wù)系統(tǒng)IPv6支持。

2）設(shè)備IPv6地址配置。DNS支持IPv4/IPv6協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，要滿足DNS對(duì)IPv6解析的需求，首先要對(duì)DNS設(shè)備配置好IPv6地址，保障DNS通信鏈路暢通。需要在設(shè)備上啟用IPv6，對(duì)設(shè)備eth0網(wǎng)卡配置IPv4地址，對(duì)設(shè)備eth1網(wǎng)卡配置IPv6地址。

3）業(yè)務(wù)系統(tǒng)域名記錄添加。在DNS中配置網(wǎng)站域名的資源記錄時(shí)，要添加A記錄和AAAA資源記錄，可以完成同時(shí)支持IPv6和IPv4的解析需求。當(dāng)IPv6客戶端訪問(wèn)業(yè)務(wù)資源時(shí)，通過(guò)DNS解析出AAAA記錄地址，服務(wù)請(qǐng)求到協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備的IPv6地址，設(shè)備做IPv4協(xié)議轉(zhuǎn)換;當(dāng)IPv4客戶端訪問(wèn)業(yè)務(wù)資源時(shí)，DNS服務(wù)器將網(wǎng)址解析為IPv4地址，服務(wù)請(qǐng)求到協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備的IPv4地址，完成DNS的雙協(xié)議解析功能，用戶訪問(wèn)網(wǎng)站解析過(guò)程如圖6所示。

4.3 IPv6改造方案效果分析

在IPv6網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，通過(guò)Ping官網(wǎng)域名和各業(yè)務(wù)系統(tǒng)測(cè)試，測(cè)試IPv6數(shù)據(jù)包的可達(dá)性。結(jié)果統(tǒng)計(jì)，學(xué)校網(wǎng)站IPv6支持率100%，網(wǎng)站內(nèi)部鏈接IPv6支持率40%，業(yè)務(wù)系統(tǒng)IPv6支持率75%。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)江西中醫(yī)藥大學(xué)的網(wǎng)站及業(yè)務(wù)系統(tǒng)支持IPv6改造的實(shí)踐，對(duì)于滿足上云條件的單位，可通過(guò)上云計(jì)劃，快速地實(shí)現(xiàn)IPv6支持改造。同時(shí)針對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)中心運(yùn)行的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，在不具備上云的條件下，采取了協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)IPv6升級(jí)改造。采用該技術(shù)極大簡(jiǎn)化了學(xué)校IPv6改造及配置工作量，以“零部署、零配置”方式無(wú)須客戶端及業(yè)務(wù)系統(tǒng)側(cè)做任何改造及配置，即可快速提供IPv6應(yīng)用服務(wù)，為其他高校IPv6改造提供了一種新的解決思路。根據(jù)IPv6規(guī)模部署的行動(dòng)方案，國(guó)家政策的落實(shí)要求，未來(lái)幾年全國(guó)高校網(wǎng)站及重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)都會(huì)逐步過(guò)渡到支持IPv6環(huán)境，建議在改造的過(guò)程中，充分考慮實(shí)際情況，統(tǒng)籌規(guī)劃，協(xié)同推進(jìn)。在設(shè)備選型、系統(tǒng)建設(shè)上多考慮IPv6支持因素，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)站向IPv6平滑、安全過(guò)渡。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張五紅，王宇.高校IPv6校園網(wǎng)的部署與配置[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2007，28（13）：3106-3110.

[2] 教育部辦公廳關(guān)于貫徹落實(shí)《推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）規(guī)模部署行動(dòng)計(jì)劃》的通知[EB/OL].http：//www.cac.gov.cn/2018-09/04/c_1123377484.htm.

[3] 關(guān)于加快推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（IPv6）規(guī)模部署和應(yīng)用工作的通知[EB/OL].http：//www.cac.gov.cn/2021-07/23/c_1628629122784001.htm.

[4] 葛敬國(guó)，弭偉，吳玉磊.IPv6過(guò)渡機(jī)制：研究綜述、評(píng)價(jià)指標(biāo)與部署考慮[J].軟件學(xué)報(bào)，2014，25（4）：896-912.

[5] 舒杰.IPv6的過(guò)渡技術(shù)在終端綜合管理系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用[D].南京：南京郵電大學(xué)，2014.

[6] 史濱媛，王嬌怡.IPv4與IPv6雙棧技術(shù)在海委政務(wù)網(wǎng)站改造中的應(yīng)用[J].海河水利，2020（S1）：68-70.

[7] 李偉波，楊國(guó)良，劉承.通過(guò)睿哲6aaS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用服務(wù)IPv6快速升級(jí)[J].科研信息化技術(shù)與應(yīng)用，2018，9（1）：92-96.

【通聯(lián)編輯：代影】BF49E160-7A68-46CF-AAAF-2FABB8E47933