IPv6技术的实验教学设计与创新

徐曾春++景朋森

摘要：IPv6是网络层协议的第二代标准协议，也称为下一代互联网，其目的是继承、拓展和取代IPv4。IPv6技术作为“计算机网络工程”课程的一个重要内容，其实验教学既要体现理论性又贴近现实。根据其技术特点，提出了由学生自主设计IPv6网络，在实验室中模拟企业IPv6的实现过程，给出了每个实验设计的组网需求及参考拓扑，并以“IPv6之OSPFv3路由协议设计实验”为例详细介绍了实验教学配置全过程。实践表明，该实验设计不仅能够使学生更好地理解和掌握IPv6技术的理论，而且能够很好提高学生的创新设计和工程应用能力。

关键词：IPv6；实验教学；设计；路由协议

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）29-0031-04

Design and Innovation of Experiment Teaching for IPv6 Technology

XU Zeng-chun， JING Peng-sen

（Computer Science and Technology， Nanjing Tech University， Nanjing 211816， China）

Abstract： IPv6 is the second generation standard protocol of network layer protocol， also known as the next generation of the Internet， its purpose is to inherit， develop and replace the IPv4. IPv6 technology as a "computer network engineering，" an important element of the course， it is necessary to reflect the experimental teaching theory and close to reality. According to the characteristics of the technology， this essay proposes IPv6 network of designing by the students， which can stimulate the IPv6 process of company in the labs， gives Network requirements and reference topology of each experimental design， and the design experiment of IPv6 Routing as an example， introduces the whole configuration process of experimental teaching. The practice indicates that， the development and design of virtual experimental operation platform can not only make students understand and master the basic theory of IPv6 better， also can improve the Innovative design and engineering application ability of students.

Key words： IPv6； experimental teaching； design； routing protocol

1 引言

IPv6是网络层协议的第二代标准协议，也称为下一代互联网，其目的是继承、拓展和取代IPv4。很多高校在“计算机网络工程”课程中都加入了IPv6技术内容，但很少开设关于IPv6技术的实验教学或能开设也只仅限于一些基础的验证性实验，其教学效果都不太理想。鉴于此，有必要设计一些带有设计性效果的创新型实验，由学生自主设计IPv6网络，在实验室中模拟各类企业IPv6的实现过程，从而提高学生的创新设计和工程应用能力。

2 IPv6技术介绍

IPv6（Internet Protocol Version 6）是IETF（互联网工程任务组）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议，它由128位二进制数码表示。其特点如下：

（1）IPv6地址长度为128位，地址空间增大了2的96次方倍；

（2）灵活的IP报文头部格式。使用一系列固定格式的扩展头部取代了IPv4中可变长度的选项字段。IPv6中选项部分的出现方式也有所变化，使路由器可以简单路过选项而不做任何处理，加快了报文处理速度；

（3）IPv6简化了报文头部格式，字段只有8个，加快报文转发，提高了吞吐量；

（4）提高安全性。身份认证和隐私权是IPv6的关键特性；

（5）支持更多的服务类型；

（6）允许协议继续演变，增加新的功能，使之适应未来技术的发展。

IPv6的关键技术有：

（1）IPv6DNS技术。DNS，是IPv6网络与IPv4DNS的体系结构，是统一树状型结构的域名空间的共同拥有者。在从IPv4到IPv6的演进阶段，正在访问的域名可以对应于多个IPv4和IPv6地址，未来的IPv6网络的普及，IPv6地址将逐渐取代IPv4地址。

（2）IPv6路由技术。IPv6路由查找与IPv4的原理一样，是最长的地址匹配原则，选择最优路由还允许地址过滤，聚合，注射操作。原来的IPv4IGP和BGP的路由技术，如RIP，ISIS，OSPFv2和BGP-4动态路由协议一直延续IPv6网络中，使用新的IPv6协议，新的版本分别是RIPng、ISISv6、OSPFv3，BGP4+。

（3）IPv6安全技术。相比IPv4，IPv6没新的安全技术，但更多的IPv6协议通过128字节的，IPsec报文头包的，ICMP地址解析，和其他安全机制来提高安全性的网络。IPv6的关键技术的角度来看，IPv6和IPv4的互联网体系改革，重点是修正IPv4的缺点。过去，在处理的过程中，在不同的数据流的IPv4大规模的更新浪潮的咨询服务。IPv6将进一步改善互联网的结构和性能，因此它能够满足现代社会的需要。

3 实验教学设计原则

由于IPv6技术实践性较强，设计实验时既要有能够体现课堂教学中的理论知识所反映的基础性实验，又要有能够体现学生综合运用所学知识，解决实际问题的工程应用能力。同时，为了提高整体教学质量和学生的学习兴趣，设计实验时还应注意：（1）能体现所学设备的性能、特点以及工作流程；（2）组合运用多个设备，提高学习者整体思路；（3）鼓励学生运用创造性思维，提高学生的协作意识；（4）贴近现实，解决实际问题。

4 实验教学设计

4.1 设备的选择

目前，支持IPv6网络的设备品牌有Cisco、H3C、锐捷等。实验中所选用的IPv6网络设备有：支持IPv6的交换机（S3610）2台、路由器（MSR2020）1台，以及PC2台。

4.2 实验设计

实验教学设计实际上就是实验教学实施流程的设计，不同类型的实验项目其实验教学的组织过程也不同。根据“计算机网络工程”课程大纲中IPv6教学内容和实验教学设计原则，共设计了4个实验：（1）IPv6之VLAN间通信实验；（2）IPv6之静态路由配置实验；（3）IPv6之RIPng路由协议设计实验；（4）IPv6之OSPFv3路由协议设计实验。其中，每个实验都由学生根据组网需求，自主设计IPv6网络拓扑，完成实验配置过程，进而提高学生的IPv6网络设计与组建能力。

4.2.1 实验组网需求及参考拓扑

（1）IPv6之VLAN间通信实验

实验组网需求：某公司需组建一简单的IPv6局域网，要求利用三层交换机实现IPv6的三层转发，从而实现两个不同VLAN间的IPv6通信。

实验参考拓扑：如图1所示，使用1台交换机（S3610）和2台PC组建网络，并将PC和S3610设置相应的IPv6地址。PC1连接S3610的E1/0/5口，PC2连接S3610的E1/0/6口。在S3610上将E1/0/5口加入VLAN 10，E1/0/6口加入VLAN 20，VLAN 10和VLAN 20都设置了IPv6地址。

（2）IPv6之静态路由配置实验

实验组网需求：利用两台S3610和两台PC完成IPv6的静态路由实验。PC1和PC2通过S3610上配置静态路由实现互通。

实验参考拓扑：如图2所示，组建网络，并对PC和交换机设置相应的IP地址。S3610-A上面设置两个VLAN，VLAN 10和VLAN 30。S3610-A把E1/0/24口加入VLAN 10，把E1/0/6口加入VLAN30。 30S3610-B上面也设置两个VLAN ，VLAN 10和VLAN 20，S3610-B把E1/0/24口加入VLAN 10，E1/0/6加入VLAN 20。

（3）IPv6之RIPng路由协议实验

实验组网需求：利用两台S3610交换机、一台MSR20路由器和两台PC来实现IPv6的动态路由协议RIPng的实验。最终结果为PC1可以ping通PC2。

实验参考拓扑：如图3所示，按照图（1）所示的网络结构组建网络，并对路由器交换机和PC设置相应的地址。S3610-A上创建2个VLAN，VLAN 30和VLAN 40，E1/0/24加入VLAN 40，E1/0/6加入VLAN 30。S3610-B上也创建两个VLAN，VLAN 10 和VLAN 20，E1/0/24口加入VLAN 10，E1/0/6加入VLAN 20。MSR路由器E0/1口和S3610-A的E1/0/24口相连，E0/0口和S3610-B的E1/0/24口相连。

（4）IPv6之OSPFv3路由协议设计实验

实验组网需求：在一个IPv6网络中利用OSPFv3协议实现PC1和PC2间的互相通信。

实验参考拓扑：如图4所示，组建网络。两台MSR20路由器的接口按照图中所示配置相应的IPv6地址。其中要注意的是S3610-A中创建了3个VLAN，VLAN 10、VLAN 30、VLAN 50。E1/0/6加入VLAN30，E1/0/23加入VLAN 50，E1/0/24加入VLAN 10。S3610-B中也创建了3个VLAN，VLAN 60、VLAN 40、VLAN 20。E1/0/6加入VLAN20，E1/0/23加入VLAN 60，E1/0/24加入VLAN 40。两台S3610交换机各个VLAN的IPv6地址也如图4中所示。

图4 IPv6之OSPFv3路由协议设计实验

4.2.2 实验教学配置全过程

下面以“IPv6之OSPFv3路由协议设计实验”为例，介绍其实验教学配置全过程。

（1）建立物理连接。按照图4所示，搭建网络拓扑，准备配置设备。

（2）设备配置。

S3610-A的配置过程如下：

//开启IPv6路由功能

[S3610-A]ipv6

//创建3个VLAN

[S3610-A]vlan 10

[S3610-A]vlan 30

[S3610-A]vlan 50

//在VLAN接口模式下配置VLAN 10、20、30的IPv6地址

//将VLAN 10、20、30加入OSPFv3协议区域0

[S3610-A]interface Vlan-interface10

[S3610-A-Vlan-interface10]ipv6 address 2001：1：：1/64

[S3610-A-Vlan-interface10]ospfv3 100 area 0.0.0.0

[S3610-A]interface Vlan-interface30

[S3610-A-Vlan-interface30]ipv6 address 2001：3：：1/64

[S3610-A-Vlan-interface30]ospfv3 100 area 0.0.0.0

[S3610-A]interface Vlan-interface50

[S3610-A-Vlan-interface50]ipv6 address 2001：5：：1/64

[S3610-A-Vlan-interface50]ospfv3 100 area 0.0.0.0

//E1/0/6的接口模式为桥接模式，并加入VLAN 30

[S3610-A]interface Ethernet1/0/6

[S3610-A-Ethernet1/0/6]port link-mode bridge

[S3610-A-Ethernet1/0/6]port access vlan 30

//E1/0/23的接口模式为桥接模式，并加入VLAN 50

[S3610-A]interface Ethernet1/0/23

[S3610-A-Ethernet1/0/23]port link-mode bridge

[S3610-A-Ethernet1/0/23]port access vlan 50

//E1/0/24的接口模式为桥接模式，并加入VLAN 10

[S3610-A]interface Ethernet1/0/24

[S3610-A-Ethernet1/0/24]port link-mode bridge

[S3610-A-Ethernet1/0/24]port access vlan 10

//配置OSPFv3，并设置进程号为100

[S3610-A]ospfv3 100

//设置router-id为1.1.1.1，这个必须要设置，否则OSPFv3无法工作

[S3610-A-ospfv3-100]router-id 1.1.1.1

//发布直连路由

[S3610-A-ospfv3-100]import-route direct

//设置区域0

[S3610-A-ospfv3-100]area 0.0.0.0

S3610-B的配置过程如下：

[S3610-B]ipv6

[S3610-B]vlan 20

[S3610-B]vlan 40

[S3610-B]vlan 60

[S3610-B]interface Vlan-interface20

[S3610-B-Vlan-interface20]ipv6 address 2001：2：：1/64

[S3610-B-Vlan-interface20]ospfv3 100 area 0.0.0.0

[S3610-B]interface Vlan-interface40

[S3610-B-Vlan-interface40]ipv6 address 2001：4：：1/64

[S3610-B-Vlan-interface40]ospfv3 100 area 0.0.0.0

[S3610-B]interface Vlan-interface60

[S3610-B-Vlan-interface60]ipv6 address 2001：6：：1/64

[S3610-B-Vlan-interface60]ospfv3 100 area 0.0.0.0

[S3610-B]interface Ethernet1/0/6

[S3610-B-Ethernet1/0/6]port link-mode bridge

[S3610-B-Ethernet1/0/6]port access vlan 20

[S3610-B]interface Ethernet1/0/23

[S3610-B-Ethernet1/0/23]port link-mode bridge

[S3610-B-Ethernet1/0/23]port access vlan 60

[S3610-B]interface Ethernet1/0/24

[S3610-B-Ethernet1/0/24]port link-mode bridge

[S3610-B-Ethernet1/0/24]port access vlan 40

[S3610-B]ospfv3 100

[S3610-B-ospfv3-100]router-id 2.2.2.2

[S3610-B-ospfv3-100]import-route direct

[S3610-B-ospfv3-100]area 0.0.0.0

MSR20-A的配置过程如下：

[MSR20-A]ipv6

[MSR20-A]interface Ethernet0/0

[MSR20-A-Ethernet0/0]port link-mode route

[MSR20-A-Ethernet0/0]ipv6 address 2001：5：：2/64

[MSR20-A-Ethernet0/0]ospfv3 100 area 0.0.0.0

[MSR20-A]interface Ethernet0/1

[MSR20-A-Ethernet0/1]port link-mode route

[MSR20-A-Ethernet0/1]ipv6 address 2001：6：：2/64

[MSR20-A-Ethernet0/1]ospfv3 100 area 0.0.0.0

[MSR20-A]ospfv3 100

[MSR20-A-ospfv3-100]router-id 3.3.3.3

[MSR20-A-ospfv3-100]area 0.0.0.0

MSR20-B的配置过程如下：

[MSR20-B]ipv6

[MSR20-B]interface Ethernet0/0

[MSR20-B-Ethernet0/0]port link-mode route

[MSR20-B-Ethernet0/0]ipv6 address 2001：1：：2/64

[MSR20-B-Ethernet0/0]ospfv3 100 area 0.0.0.0

[MSR20-B]interface Ethernet0/1

[MSR20-B-Ethernet0/1]port link-mode route

[MSR20-B-Ethernet0/1]ipv6 address 2001：4：：2/64

[MSR20-B-Ethernet0/1]ospfv3 100 area 0.0.0.0

[MSR20-B]ospfv3 100

[MSR20-B-ospfv3-100]router-id 4.4.4.4

[MSR20-B-ospfv3-100]area 0.0.0.0

（3）PC配置。

首先，进行IPv6协议的安装。以XP为例，其安装IPv6协议的过程如图5所示。

图5 XP中IPv6协议的配置过程

其次，进行PC1、PC2的IPv6地址和IPv6网关的设置。以PC1为例，配置过程如下：

C：＼Documents and Settings＼Administrator>netsh

netsh>interface ipv6

netsh interface ipv6>set address "本地连接" 2001：3：：2

netsh interface ipv6>set route ：：/0 "本地连接" 2001：3：：1

需要注意的是，在做IPv6实验之前，先检查下以前是否在PC上配置过IPv6地址和IPv6网关。如果已经配置过IPv6地址及网关，则需要先删除以前配的IPv6地址及网关。以删除“本地连接”中IPv6地址及网关为2001：1：：2、2001：1：：1为例，其删除方法如下：

C：＼Documents and Settings＼Administrator>netsh

netsh>interface ipv6

netsh interface ipv6>delete address "本地连接" 2001：1：：2

netsh interface ipv6>delete route ：：/0 "本地连接" 2001：1：：1

4.2.3 实验测试

全部配置完成后，首先使用命令dis ipv6 routing-table 在S3610-A上查看路由表信息。看是否有通过OSPFv3学到的路由条目，如图6所示。

图6 IPv6路由表信息

其次，使用ping 命令在PC1上ping PC2的IPv6地址。如图7所示，可见实验已经成功。

图7 PC1 ping PC2的IPv6地址

5 结束语

通过以上4个实验设计，可以帮助教师较好地完成IPv6技术的实验教学过程，尤其是最后一个IPv6之OSPFv3路由协议设计实验，真正模拟了企业组建并实现IPv6网络的过程。通过这个实验，不仅可以使学生能够充分理解和掌握IPv6的概念与操作，而且能够真正做到了理论联系实际，具备了较强的实际动手能力，在实际教学中，取得了较好的教学效果。

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