Luận văn: Chức năng của IPv4 IPv6 và các công nghệ chuyển đổi

Chia sẻ: Trương Văn Quân | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:44

Thêm vào BST

Báo xấu

220
lượt xem 40
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo luận văn Chức năng của IPv4 IPv6 và các công nghệ chuyển đổi, giúp các bạn sinh viên khoa công nghệ thông tin hoàn thành tốt bài luận văn tốt nghiệp cuả mình. Hy vọng các bạn có thể khắc phục những hạn chế trong bài viết của mình.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: Chức năng của IPv4 IPv6 và các công nghệ chuyển đổi

Danh mục hình vẽ
Danh mục từ viết tắt NIC Network Information Center DHCP Dynamic Host Configuration Protocol ID Identifycation TCP Transmission Control Protocol IPv6 Internet Protocol Version 6 ARPANET Advanced Research Projects Agency Network IPSec Internet Protocol Security NAT Network Address Translation UDP User Datagram Protocol HTTP HyperText Transfer Protocol ICMP Internetwork Control Message Protocol DNS Domain Name System QoS Quality of Service ARP Address Resolution Protocol IGMP Internet Group Management Protocol RARP Reverse Address Resolution Protocol RIP Routing Information Protocol MAC Media Access Control IETF Internet Engineering Task Force ISP Internet service provider OECD Organization for Economic Co-operation and Development ISATAP Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol NBMA non-broadcast multiple access ALG Application Level Gateway
Lời mở đầu Đứng trước sự phát triển mạnh mẽ của các nền công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin đặc biết trong lĩnh vực mạng máy tính thì ngoài việc giải quy ết vấn đ ề lưu lượng cho mạng thì địa chỉ của các thiết bị mạng như địa chỉ các mạng máy tính thì ngoài việc giải quyết vấn đề về lưu lượng cho mạng thì địa chỉ của các thiết bị mạng như địa chỉ của các máy tính, máy in, mail server, web server, các dịch vụ Internet, phát triển các mạng giáo dục, các thiết bị di động cho đến các thiết bị điều khiển từ xa qua Internet… đang là một vấn đề nóng hổi của cả thế giới. Hiện nay, chúng ta đang sử dụng địa chỉ Internet thế hệ địa chỉ IPv4. Trên lý thuyết, không gian IPv4 bao gồm hơn 4 tỷ địa chỉ. Tuy nhiên đứng trước sự phát triển mạnh mẽ về số lượng thiết bị mạng như hiện nay thì việc xảy ra thiếu hụt không gian địa chỉ IP là không thể tránh khỏi, cùng với hạn chế trong công nghệ. Cuối năm 2012 NIC đã công bố việc nguôn câp phat đia chỉ IPv4 sau 30 năm hoạt động đã chính thức ̀ ́ ́ ̣ cạn kiệt, nhưng không vì thế mà kết thúc từ đấy. IPv4 vẫn hoạt động thêm nhiều năm nữa nhưng không còn cung cấp địa chỉ mới. Thay vào đó, mạng Internet sẽ chào đón một phiên bản mới đó là IPv6. Phiên bản IPv6 là một phiên bản địa chỉ mới, được thiết kế với hy vọng khắc phục những hạn chế vốn có của địa chỉ IPv4 như không gian địa chỉ, cấu trúc đ ịnh tuyến, bảo mật đường truyền đồng thời đem lại những đặc tính mới thả mãn nhu c ầu dịch vụ của các hệ thống mạng Internet như khả năng tự động cấu hình mà không cần máy chủ DHCP, cấu trúc định tuyến tốt hơn, bảo mật và dị động tốt hơn. Hiện tại IPv6 đã và đang được chuẩn hóa từng bước, để việc đưa vào sử dụng thực tế. Bên c ạnh đó cần có những yếu tố về công nghệ chuyển đổi giữa các gói tín IPv4/IPv6.z Trong nội dung này em xin được trình bày 3 chương: Chương 1: Tổng quan IPv4 và những hạn chế. Chương 2: Thế hệ địa chỉ mới IPv6. Chương 3: Các công nghệ chuyển đổi IPv4/IPv6.
Em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn đến cô giáo Đoan Ngoc Phương – Bộ môn ̀ ̣ Tin Học Viễn Thông – Khoa Công Nghệ Điện Tử & Truyền Thông – Đại Học Công Nghệ Thông Tin & Truyền Thông đã tạo điều kiện giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn em hoàn thành đề tài thực tập chuyên ngành này. Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện đ ề tài không tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các thầy, cô đ ể em hoàn thiện hơn đề tài này. Thái Nguyên, tháng 4 năm 2013 Sinh viên thực hiện Trương Văn Quân
Chương 1 Tổng quan IPv4 và những hạn chế 1.1.Tổng quan thế hệ IPv4 1.1.1. Khái niệm chung Như chúng ta đã biết Internet là một mạng máy tính toàn cầu, do hàng nghìn mạng máy tính từ khắp mọi nơi kết nối lại tạo nên. Khác với cách tổ chức theo các c ấp: nội hạt, liên tỉnh, quốc tế của một mạng viễn thông như mạng thoại chẳng hạn, mạng Internet tổ chức chỉ có một cấp, các mạng máy tính dù nhỏ, dù to khi nối vào Internet đều bình đẳng với nhau. Hàng chục triệu máy chủ trên hàng trăm nghìn mạng. Để địa chỉ không được trùng nhau cần phải có cấu trúc địa chỉ đặc biệt quản lý thống nhất và một Tổ chức của Internet gọi là Trung tâm thông tin mạng Internet - Network Information Center (NIC) chủ trì phân phối, NIC chỉ phân địa chỉ mạng (Net ID) còn đ ịa chỉ máy chủ trên mạng đó (Host ID) do các Tổ chức quản lý Internet của từng quốc gia một tự phân phối. Địa chỉ IP (viết tắt của từ Internet protocon) là một loại địa chỉ logic thuộc lớp Network của mô hình OSI hay là một loại địa chỉ thông dụng được sử dụng bởi giao thước IP trong chồng giao thức TCP/IP thuộc lớp Internet. Địa chỉ IP cung cấp cho chúng ta cách đánh địa chỉ linh hoạt, tiện dụng, gọn nhẹ và sẽ được sử dụng cho các định tuyến do đó chúng ta buộc phải thông thuộc các thao tác chia địa chỉ IP, các thao tác chia địa chỉ subnet mask, các thao tác như xem xét địa chỉ IP có hợp lệ hay không… Hệ nhị phân (Binary): là hệ đếm chỉ sử dụng 2 bit [0, 1] để biểu thị mọi giá trị trong cuộc sống. Hệ đếm nhị phân thường được sử dụng tính toán trong các máy vi tính, bởi vì nó thích hợp các trạng thái đóng mở của các linh kiện điện tử. Nhưng con người chúng ta chỉ sử dụng hệ đếm thập phân (Decimal) để biểu thị mọi giá trị trong cuộc sống, phép tính thực hiện với các con số thập phân được gọi là cơ số 10. Mọi chữ số chỉ có thể được biểu diễn dưới dạng mười giá trị từ 0 đến 9. Nên trong các tính toán địa chỉ IP chúng ta sẽ phải thông thạo cách biến đổi từ hệ thập phân sang hệ nhị phân và ngược lại (Binary – Decimal).
1.1.2. Chức năng của địa chỉ IPv4 a) Định danh các giao diện mạng Địa chỉ IPv4 cung cấp số định danh duy nhất cho những giao diện (card mạng) tham gia vào mạng Internet. Từ đó xác định một node (máy tính, hoặc thiết bị mạng) duy nhất trên mạng Internet. b) Hỗ trợ cho định tuyến Để truyền tải thông tin từ một mạng sang một mạng khác trên Internet, có những thiết bị thực hiện chức năng làm cầu nối, chuyển tải thông tin giữa các mạng gọi là các bộ định tuyến (router). Định tuyến là quy trình trên các thiết bị này đ ể dịch chuy ển gói tin từ một mạng sang mạng khác trên liên mạng. 1.1.3. Cấu trúc địa chỉ IPv4 a) Thành phần và hình dạng địa chỉ IPv4 Địa chỉ IPv4 (Internet protocon version 4) là một dãy nhị phân dài tổng cộng 32 bits nhị phân để đánh giá địa chỉ nên địa chỉ IPv4 chỉ có khoảng tức là hơn 4 tỉ đ ịa chỉ mà thôi. Được chia thành tổng cộng 3 phần chính: Hình 1.1. cấu trúc thành phần địa chỉ IPv4 • Bit nhận dạng lớp (Class bit). • Địa chỉ của mạng (Net ID). • Địa chỉ của máy chủ và các cổng truy nhập của các máy con (Host ID). Bit nhận dạng lớp (Class bit) còn gọi là các bit tiền tố, dùng để phân biệt địa chỉ ở lớp A hoặc B hoặc C. Một số nhất định các bit, tính từ trái qua trong địa chỉ IPv4 dùng để xác định mạng (Network ID). Phần này còn được gọi là tiền tố mạng (network prefix) hay gọi tắt là tiền tố (prefix). Địa chỉ Internet biểu diễn dưới dạng nhị phân:
Hình 1.2. Biểu diễn địa chỉ IPv4 dưới dạng nhị phân Địa chỉ Internet biểu diễn dưới dạng dãy số thập phân như sau: XXX . XXX . XXX . XXX Với X là số thập phân từ 0 đến 9. Ví dụ: 192.168.1.1 dạng viết đầy đủ của địa chỉ IPv4 là 3 con số trong từng Octet. Ví dụ: Địa chỉ IPv4 chúng ta thường thấy trên thực tế là 192.168.1.1 nhưng dạng đầy đủ là 192.168.001.001. b) Các lớp địa chỉ IPv4 Địa chỉ IPv4 chia ra 5 lớp A, B, C, D, E. Hiện tại chúng ta đã sử dụng hết lớp C, còn lớp D và E tổ chức internet đang để dành cho mục đích khác không phân chia. Hình 1.3. Cấu trúc địa chỉ các lớp (Class) của IPv4 Qua cấu trúc địa chỉ lớp IPv4 ta có nhận xét như sau: Bit nhân dạng là những bit đầu tiên của lớp A là 0, của lớp B là [10], của lớp C là [110], còn lớp D có 4 bit đầu tiên để nhân dạng là [1110] và lớp E có 5 bit đầu tiên để nhân dạng là [11110]. Địa chỉ lớp A: Trong địa chỉ lớp A bit đầu tiên trong địa chỉ này luôn là [0] và 7 bit còn lại của lớp A được phân để định danh cho lớp mạng, còn 24 bit sau được dùng định danh cho phần host. Tổng cộng ta xây dựng được . Nhưng theo luật thì các bit phần mạng không được phép bằng [0] hết nên chúng ta chỉ có thể sử dụng bắt đầu từ giá trị 1 đến giá trị 127. 24 bit sau dùng để định danh cho phần host. Quy ước, nếu các địa chỉ host bằng 0 hết thì ta có một địa chỉ mạng, hoặc là các b it host bằng 1 hết thì đó là một địa chỉ Broadcast. Do đó ta phải bỏ qua 2 địa chỉ này. Vậy một mạng lớp A có host tương đương 16777214 đia chỉ host. ̣ Địa chỉ lớp B: Có 2 Octet đầu là định danh phần mạng và 2 Octet sau là đ ịnh danh cho host. Trong lớp B này luôn có 2 bit đầu tiên luôn giữ cứng là [10]. Địa chỉ mạng trong lớp B này được phân 14 bit để định danh phần mạng tức địa chỉ mạng. Địa chỉ sẽ chạy từ 128.0.0.0 đên 191.255.0.0, còn phần host của lớp B bằng -2 địa chỉ Host tương ́ đương 65534 host.
Địa chỉ lớp C: Là địa chỉ có giá trị đinh danh phần mạng nhiều và host thì chỉ có ̣ 254 địa chỉ Host mà thôi. Lớp C có 3 bit đầu luôn giữ cố định là [110], có 3 Octet đầu là định danh cho phần mạng còn môt Octet sau là định danh cho Host. Lớp này có địa chỉ ̣ mạng nhiều nhất với 21 bit để dịnh dạnh cho mạng, chạy từ địa chỉ 192.0.0.0 đến 223.255.255.0 . Địa chỉ lớp D có 4 bit đầu nhận dạng là [1110]. Địa chỉ chạy từ 224.0.0.0 đên ́ 240.0.0.0 (không phân chia). Địa chỉ lớp E có 5 bit đầu nhận dạng là [11110]. Địa chỉ chạy từ 241.0.0.0 đ ến 255.0.0.0 (không phân chia). Bảng 1.1. Thông số các lớp địa chỉ IPv4 Địa Vùng địa chỉ trên lý Số mạng tối Số Host trên từng chỉ thuyết đa sử dụng mạng lớp A Từ 0.0.0.0 đến 127.0.0.0 126 16 777 214 B Từ 128.0.0.0 đến 191.255.0.0 16382 65534 C Từ 192.0.0.0 đến 223.255.255.0 2097150 254 D Từ 224.0.0.0 đến 240.0.0.0 Không phân --- E Từ 241.0.0.0 đến 255.0.0.0 Không phân --- Địa Vùng địa chỉ trên lý Bit nhận Số bit của Host chỉ thuyết dạng lớp A Từ 1.0.0.0 đến 127.0.0.0 0 7 B Từ 128.1.0.0 đến 191.254.0.0 10 14 C Từ 192.0.1.0 đến 223.255.254 110 21 D Từ 1110 --- E Từ 11110 --- Như vậy nếu chúng ta thấy một địa chỉ IP có 4 nhóm số cách nhau bằng dấu chấm, nếu thấy nhóm số thứ nhất nhỏ hơn 126 biết địa chỉ này ở lớp A, nằm trong khoảng 128 đến 191 biết địa chỉ này ở lớp B và từ 192 đến 223 biết địa chỉ này ở lớp C.
1.2. Hạn chế của thế hệ IPv4 Năm 1973, TCP/IP được giới thiệu và ứng dụng vào mạng ARPANET. Vào thời điểm đó, mạng ARPANET chỉ có khoảng 250 Site kết nối với nhau, với khoảng 750 máy tính. Internet đã và đang phát triển với tốc độ khủng khiếp, theo thông kê đ ến năm ́ 2012 đã có trên 60 triệu người dùng trên toàn thế giới. Theo tính toán của giới chuyên môn, mạng Internet hiện nay đang kết nối hàng trăm ngàn Site với nhau, với hàng trăm triệu máy tính. Trong tương lai không xa, những con số này không chỉ dừng lại ở đó. Chúng ta đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ và trở nên vô cùng thông dụng của Internet toàn cầu với giao thức IPv4. Cùng với sự phát triển vũ bão của máy tính và công nghệ thông tin, kết nối mạng đã trở nên nhanh hơn, mạnh hơn hàng ngàn lần th ời kỳ ban đầu, cùng với sự đa dạng của công nghệ truyền dẫn, kết nối và dịch vụ cung cấp trên mạng. Internet ngày càng trở nên phát triển mạnh mẽ hơn, nhằm cung cấp một nền tảng cơ sở hạ tầng duy nhất với dịch vụ đa dạng. Từ đ ây xuất hiện nhiều vấn đề như việc bảo mật, không gian địa chỉ thiếu hụt do việc gia tăng các nhu cầu thiết y ếu nh ư hiện nay. 1.2.1. Cấu trúc định tuyến không hiệu quả của IPv4 Địa chỉ IPv4 có cấu trúc định tuyến vừa phân cấp, vừa không phân cấp. Mỗi bộ định tuyến (router) phải duy trì bảng thông tin định tuyến lớn, đòi hỏi router phải có dung lượng bộ nhớ lớn. IPv4 cũng yêu cầu router phải can thiệp xử lý nhiều đối với gói tin IPv4, ví dụ thực hiện phân mảnh, điều này tiêu tốn CPU của router và ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý (gây trễ, hỏng gói tin). 1.2.2. Tính bảo mật và kết nối đầu cuối bị hạn chế Trong cấu trúc thiết kế của IPv4 không có cách thức bảo mật nào đi kèm. IPv4 không cung cấp phương tiện hỗ trợ mã hóa dữ liệu. Kết quả là hiện nay, bảo mật ở mức ứng dụng được sử dụng phổ biến, không bảo mật lưu lượng truyền tải gi ữa các máy. Nếu áp dụng IPSec (Internet Protocol Security) là một phương thức bảo mật phổ biến tại tầng IP, mô hình bảo mật chủ yếu là bảo mật lưu l ượng gi ữa các mạng, vi ệc bảo mật lưu lượng đầu cuối được sử dụng rất hạn chế. Để giảm nhu cầu tiêu dùng địa chỉ, hoạt động mạng IPv4 sử dụng phổ biến công nghệ biên dịch NAT. Trong đó, máy chủ biên dịch địa chỉ can thiệp vào gói tin truyền tải
và thay thế trường địa chỉ để các máy tính gắn địa chỉ riêng (private) có thể kết nối vào mạng Internet. Mô hình sử dụng NAT của địa chỉ IPv4 có nhiều nhược điểm: • Việc gói tin không được giữ nguyên tình trạng từ nguồn tới đích, có những điểm trên đường truyền tải tại đó gói tin bị can thiệp, như vậy tồn tại những lỗ hổng về bảo mật. • NAT làm tăng trễ: trễ trong quá trình switching. CPU sẽ phải kiềm tra mọi gói tin để xác định nó có phải translate gói tin đó hay k hông và sau đó thay đổi IP header thậm chí cả TCP header. • Môt nhược điểm lớn nữa là khi ta sử dụng NAT, ta không có khả năng ̣ kiểm tra nguồn gốc của địa chỉ TP trong các kết nối end-to-end. Rất khó để tìm ra dấu vết của gói tin đã trải qua nhiều lần thay đổi địa chỉ qua nhiều lần NAT. • NAT khiến cho 1 số ứng dụng sử dụng địa chỉ IP ko làm việc do nó giấu địa chỉ IP. Các ứng dụng sử dụng địa chỉ vật lý mà không sử dụng tên miền sẽ không thế tới được địa chỉ đích mà địa chỉ này đã bị translate qua NAT. • NAT hỗ trợ TCP/UDP tuy nhiên nó ko cho phép các địa chỉ đích hay nguồn của các ứng dụng truyền dữ liệu như HTTP, TFTP, Telnet. Các ứng dụng mà NAT hỗ trợ: ICMP, FTP, NetBIOS over TCP/IP, DNS, … 1.2.3. Quản lý địa chỉ IPv4 Bên cạnh những giới hạn đã nêu ở trên, mô hình này còn có một hạn chế nữa chính là sự thất thoát địa chỉ nếu sử dụng các lớp địa chỉ không hiệu quả. Mặc dù lượng địa chỉ IPv4 hiện nay có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng trên thế giới, nhưng cách thức phân bổ địa chỉ IPv4 không thực hiện được chuyện đó. Mặc dù có thêm nhiều công cụ khác ra đời như kỹ thuật Subnetting (1985), kỹ thuật VLSM (1987) và CIDR (1993), các kỹ thuật trên đã không cứu vớt IPv4 ra khỏi một vấn đề đơn giản: không có đủ địa chỉ cho các nhu cầu tương lai. Có khoảng 4 tỉ địa chỉ IPv4 nhưng khoảng địa chỉ này là sẽ không đủ trong tương lai với những thiết bị kết nối vào Internet và các thiết bị ứng dụng trong gia đình yêu cầu địa chỉ IP.
Một vài giải pháp ngắn hạn, chẳng hạn như sử dụng chuẩn RFC 1918 (Address Allocation for Private Internets) trong đó dùng một phần không gian địa chỉ làm các địa chỉ dành riêng và NAT là một công cụ cho phép hàng ngàn Host truy cập vào Internet chỉ với một vài IP hợp lệ. Tuy nhiên, giải pháp mang tính dài hạn là việc đưa vào IPv6 với cấu trúc địa chỉ 128 bit. Không gian địa chỉ rộng lớn của IPv6 không chỉ cung cấp nhiều không gian địa chỉ hơn IPv4 mà còn có những cải tiến về cấu trúc. Chương 2 Thế hệ địa chỉ IPv6 2.1. Tổng quan về thế hệ địa chỉ mới IPv6 2.1.1. Ra đời và phát triển phiên bản IPv6 Như chúng đa đã tìm hiểu ở chương 1, IPv4 có khá nhiều nhược điểm, trong đó quan trọng nhất là việc không gian địa chỉ IPv4 đã chính thức cạn kiệt. Điều này dẫn đến tất yếu phải ra đời một thế hệ địa chỉ mới giải quyết đ ược những nhược điểm của IPv4, đó là IPv6. Thế hệ địa chỉ IPv6 không những giải quyết được những vấn đ ề của IPv4 mà còn cung cấp thêm một số ưu điểm như: • Không gian địa chỉ khổng lồ. • Khả năng mở rộng về định tuyến dễ dàng. • Hổ trợ tốt hơn truyền thông nhóm (truyền thông nhóm là một tùy chọn của địa chỉ IPv4, tuy nhiên khả năng hổ trợ và tính khả dụng chưa cao). • Hỗ trợ kết nối đầu cuối dễ dàng hơn và loại bỏ hoàn toàn công nghệ NAT. • Không cần phải phân mảnh, không cần trường kiểm tra header. • Bảo mật: do IPv6 hỗ trợ IPsec, nó làm cho các nút mạng IPv6 trở nên an toàn hơn (thực ra IPsec có thể hoạt động được với cả IPv4 và IPv6).
• Tự động cấu hình: Đơn giản hơn trong việc cấu hình địa chỉ IP cho các thiết bị bằng việc sử dụng địa chỉ IPv6. IPv6 có khả năng tự động cấu hình mà không cần máy chủ DHCP như trong mạng sử dụng địa chỉ IPv4. • Tính di động: Cho phép hỗ trợ các nút mạng sử dụng địa chỉ IP di động (thời điểm IPv4 được thiết kế, chưa tồn tại khái niệm về IP di động. Nhưng thế hệ mạng mới thì dạng thiết bị này ngày càng phát triển, đòi hỏi cấu trúc giao thức Internet phải hổ trợ tốt hơn). • Hoạt động: Trường Header IPv4 làm thay đổi kích thước của gói tin IP và thường bị bỏ đi không tính đến. Do các bộ định tuyến thường chuyển hướng hoặc từ chối các gói khi nó bận. Đây chính là lý do ta không triển khai IPsec trên nền IPv4. Các bộ định tuyến IPv6 khác nhau hoạt động dựa trên cách xử lý địa chỉ IP và các tuyến khác nhau. Gói tin IPv6 có hai dạng header: Header cơ bản (basic header) và header mở rộng (extension header). header cơ bản có chiều dài cố định 40 bytes, chứa những thông tin cơ bản trong xử lý gói tin IPv6, thuận tiện hơn cho việc tăng tốc xử lý gói tin. Những thông tin liên quan đến dịch vụ mở rộng kèm theo được chuyển hẳn tới một phân đoạn khác gọi là header mở rộng. • Chi phí: Giảm giá thành về công tác quản lý, tăng độ an ninh, hoạt đ ộng tốt hơn, cần ít tiền hơn để đăng ký địa chỉ IP. Các chi phí này sẽ cân bằng chi phí cho việc chuyển từ địa chỉ IPv4 sang địa chỉ IPv6. 2.1.2. Sự khác biệt giữa IPv4 và IPv6 Địa chỉ IPv6 có chiều dài gấp bốn lần chiều dài địa chỉ IPv4, gồm 128 bit. IPv6 là phiên bản kế thừa của IPv4, thường được biểu diễn ở hệ cơ số 16. Nghĩa là trong khi IPv4 chỉ có ~ 4,3 tỷ địa chỉ, thì IPv6 có tới ~ 3,4 * đ ịa chỉ IP. Gấp l ần so với đ ịa ch ỉ IPv4. Với số địa chỉ của IPv6 nếu rải đều trên bề mặt trái đất (diện tích bề mặt trái đất là 511263 tỷ mét vuông) thì mỗi mét vuông có khoảng 665.570 tỷ tỷ địa chỉ. Hình 2.1. Số bit trong IPv4 so với IPv6
Địa chỉ IPv6 và địa chỉ IPv4 có nhiều điểm khác biệt với nhau được thể hiện trong bảng 2.1. Bảng 2.1. So sánh địa chỉ IPv4 và Ipv6 Địa chỉ IPv4 Địa chỉ IPv6 Độ dài địa chỉ là 32 bits (4 byte). Độ dài địa chỉ là 64 bits (8 byte). IPsec chỉ là tùy chọn. IPsec được gắn liền với IPv6. Header của địa chỉ IPv4 không có Trường nhãn dòng cho phép xác định trường xác định luồng dữ liệu của gói luồng gói tin để các bộ định tuyến có tincho các bộ định tuyến để xử lý thể đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS. QoS(chất lượng dịch vụ). Việc phân đoạn được thực hiện bởi cả Việc phân đoạn chỉ được thực hiện bởi bộ định tuyến và máy chủ gửi gói tin. máy chủ phía gửi mà không có sự tham gia của bộ định tuyến. Phần tiêu đề (Header) có chứa trường Không có trường kiểm tra trong tiêu đề kiểm tra (checksum). IPv6. header có chứa nhiều tùy chọn. Tất cả các tùy chọn có đều nằm trong header mở rộng. Giao thức ARP sử dụng việc quảng bá Bản tin ARP Request được thay thế bởi bản tin ARP Request để xác định địa các thông báo dò tìm các nút mạng truyền chỉ vật lý. thông lân cận. Sử dụng giaothức IGMP để quản lý Giao thức IGMP được thay thế bởi các thành viên các nhóm mạng con cục bộ. thông báo. Sử dụng ICMP tìm kiếm định tuyến Sử dụng thông báo quảng bá bộ định để xác định địa chỉ cổng Gateway mặc tuyến (Router Advertisement) và ICMP dò định phù hợp nhất, là tùy chọn. tìm bộ định tuyến thay cho ICMP tìm kiếm định tuyến, là bắt buộc. Địa chỉ Broadcast được sử dụng để Không có địa chỉ Broadcast, thay vào đó là truyền bản tin tới tất cả các nút mạng. địa chỉ Multicast. Thiết lập cấu hình bằng thủ công hoặc Cho phép cấu hình tự động hay cấu hình sử dụng DHCP. qua DHCP. Địa chỉ máy chủ được lưu trong DNS Địa chỉ máy chủ được lưu trong DNS với mục đích ánh xạ sang địa chỉ IPv4. với mục đích ánh xạ sang địa chỉ IPv6. Hỗ trợ gói tin kích thước 576 bytes Hỗ trợ gói tin kích thước1280 bytes.
2.1.3. Đặc điểm và cấu trúc địa chỉ IPv6 a) Đặc điểm của IPv6 Trong IPv6 giao thức mạng IP được cải tiến rất nhiều để thích nghi đ ược với s ự phát triển không ngừng của Internet. Những giao thức liên quan, như ICMP cũng đựơc cải tiến. Những giao thức khác trong tầng mạng như ARP, RARP, IGMP đã hoặc bị xoá bỏ hoặc có trong giao thức ICMPv6. Những giao thức định tuyến như RIP, OSPF cũng được cải tiến khả năng thích nghi với những thay đổi này. Những chuyên gia truyền thông dự đoán IPv6 và những giao thức liên quan với nó sẽ nhanh chóng thay thế phiên bản IPv4 hiện thời. IPv6 có những ưu điểm như: + Không gian địa chỉ lớn IPv6 có địa chỉ nguồn và đích dài 128 bit. Mặc dù 128 bit có th ể t ạo hơn 3,4*t ổ hợp, không gian địa chỉ của IPv6 được thiết kế dự phòng đủ lớn cho phép phân bổ đ ịa chỉ và mạng con từ trục xương sống internet đến từng mạng con trong một tổ chức. Các địa chỉ hiện đang phân bổ để sử dụng chỉ chiếm một lượng nhỏ và vẫn còn thừa rất nhiều địa chỉ sẵn sàng cho sử dụng trong tương lai. Với không gian địa chỉ lớn này, các kỹ thuật bảo tồn địa chỉ như NAT sẽ không còn cần thiết nữa. + Tăng sự phân cấp địa chỉ Các địa chỉ toàn cục của IPv6 được thiết kế để tạo ra một hạ tầng định tuyến hiệu quả, phân cấp và có thể tổng quát hóa dựa trên sự phân cấp thường th ấy c ủa các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) trên thực tế. Trên mạng internet dựa trên IPv6, các router mạng xương sống (backbone) có số mục trong bảng định tuyến nhỏ hơn rất nhiều. + Đơn giản hóa việc đặt địa chỉ máy trạm (host) IPv6 sử dụng 64 bit sau để phân biệt máy trạm, trong 64 bit đó bao gồm 48 bit là địa chỉ MAC của máy. Do đó, phải thêm vào đó một số bit đã được định nghĩa trước mà các thiết bị định tuyến sẽ biết được những bit này trên mạng. Bằng cách này, môi máy ̃ trạm sẽ có một mã số duy nhất trong mạng. + Khuôn dạng header xử lý hiệu quả Header của IPv6 được thiết kế để giảm chi phí đến mức tối thiểu. Điều này đ ạt được bằng cách chuyển các trường không quan trọng và các trường tùy chọn sang các
header mở rộng được đặt phía sau của header IPv6. Khuôn dạng header mới của IPv6 giúp cho việc xử lý tại các bộ định tuyến được hiệu quả hơn. + Tự cấu hình địa chỉ dễ dàng Để đơn giản cho việc cấu hình các trạm, IPv6 hỗ trợ cả việc tự cấu hình đ ịa chỉ stateful như khả năng cấu hình máy chủ DHCP và tự cấu hình địa chỉ không trạng thái (stateless). Với tự cấu hình địa chỉ dạng không trạng thái, các máy trạm trong liên kết tự động cấu hình chúng với địa chỉ IPv6 của liên kết và với địa chỉ rút ra từ tiền t ổ đ ược quảng bá bởi bộ định tuyến cục bộ. Thậm chí nếu không có bộ định tuy ến, các tr ạm trên cùng một liên kết có thể tự cấu hình chúng với các địa chỉ cục bộ liên kết và giao tiếp với nhau mà không phải thiết lập cấu hình thủ công. + Khả năng xác thực bảo mật an ninh tốt IPSec (IP Security) là một tiêu chuẩn do IETF đưa ra cho lĩnh vực an ninh mạng IP, được sử dụng cho cả IPv4 và IPv6. Mặc dù các chức năng cơ bản là giống hệt nhau trong cả hai môi trường, nhưng với IPv6 thì IPSec là tính năng bắt buộc. IPsec đ ược kích hoạt trên tất cả các node IPv6 và sẵn sàng để sử dụng. Hình 2.2. Bảo mật trên các node trong IPv6 + Hỗ trợ tốt hơn tính năng di động Tính di động (Mobility) là một tính năng rất quan trọng trong hệ thống mạng ngày nay. Mobile IP là một tiêu chuẩn của IETF cho cả IPv4 và IPv6. Mobile IP cho phép thiết bị di chuyển mà không bị đứt kết nối, vẫn duy trì được kết nối hiện tại. Trong IPv4, mobile IP là một tính năng mới cần phải được thêm vào nếu cần sử dụng. Ngược lại với IPv6, tính di động được tích hợp sẵn, có nghĩa là bất kỳ node IPv6 nào cũng có th ể sử dụng được khi cần thiết. Hình 2.3. IPv6 Mobility Thêm vào đó phần header của định tuyến trong IPv6 làm cho Mobile IPv6 hoạt động hiệu quả hơn Mobile IPv4. Chính vì vậy, trong tương lai các thiết bị di động nh ư
laptop, máy tính bảng, smartphone... sẽ dùng địa chỉ IPv6 tích hợp sử dụng trên cơ sở hạ tầng của mạng viễn thông. + Khả năng mở rộng trong tương lai Thiết kế của IPv6 có sự dự phòng cho sự phát triển trong tương lai đồng thời dễ dàng mở rộng khi có nhu cầu. + Header đơn giản Header của IPv6 đơn giản và hợp lý hơn IPv4. IPv6 chỉ có 6 trường và 2 địa chỉ, trong khi IPv4 chứa 10 trường và 2 địa chỉ. Do vậy các gói tin IPv6 di chuyển nhanh hơn trong mạng. Dẫn đến tốc độ mạng sẽ được cải thiện hơn. b) Biểu diễn địa chỉ IPv6 Địa chỉ IPv6 không biểu diễn dưới dạng số thập phân. Địa chỉ IPv6 được viết theo 128 bit nhị phân hoặc thành một dãy số Hexa. Tuy nhiên, nếu viết một dãy số 128 bit nhị phân thì không thuận tiện, và để nhớ chúng là một điều khó khăn. Do vậy, đ ịa chỉ IPv6 được biểu diễn dưới dạng một dãy số Hexa. Để biểu diễn 128 bit nhị phân IPv6 thành dãy chữ số Hexa, người ta chia 128 bit này thành các nhóm 4 bit, chuyển đổi từng nhóm 4 bit thành số Hexa tương ứng và nhóm 4 số Hexa thành một nhóm phân cách bởi dấu “:”. Kết quả, một địa chỉ IPv6 được biểu diễn thành một dãy số gồm 8 nhóm số Hexa cách nhau bằng dấu “:”, mỗi nhóm gồm 4 chữ số Hexa. Ví dụ: Địa chỉ IPv6 128 bit Hình 2.4. Ví dụ về biểu fieenx IPv6 Trong một số trường hợp, dãy 32 số hexa của 1 địa chỉ IPv6 có thể có nhiều chữ số 0 đi liền nhau, để rút gọn địa chỉ IPv6 ta có thể được viết vắn tắt bằng việc giảm thiểu các số 0 ở các bit đầu. Ví dụ: [1080:0000:0000:0000:0008:0800:200C:417A ].
Do đó cơ chế rút gọn địa chỉ được dùng để biểu diễn dễ dàng hơn các loại địa chỉ dạng này. Ta không cần viết các số [0] ở đầu các nhóm, nhưng những số [0] bên trong thì không thể xoá. Ta sẽ có địa chỉ sau khi rút gọn: [1088:0:0:0:8:800:200C:463A]. Địa chỉ IPv6 còn có một nguyên tắc nữa là nếu có các nhóm số [0] liên tiếp chúng ta có thể nhóm các số [0] lại thành 2 dấu hai chấm “::”, như vậy địa chỉ ở trên ta có thể viết lại như sau: [1088::8:800:200C:463A]. Chú ý: chúng ta chỉ có thể sử dụng dấu “::” một lần duy nhất trên môt địa chỉ biểu ̣ diễn của IPv6. Có một trường hợp đặc biệt cần lưu ý. Đối với loại địa chỉ IPv4 - embedded IPv6 được hình thành bằng cách gán 96 bit [0] vào trước một địa chỉ IPv4. Đ ể hạn chế khả năng nhầm lẫn trong việc chuyển đổi giữa ký hiệu chấm thập phân trong IPv4 với chấm thập lục phân trong IPv6. Các nhà thiết kế IPv6 cũng thiết lập một cơ chế đ ể giải quyết vấn đề này. Ví dụ: Với một địa chỉ IPv4 [10.0.0.1]. Địa chỉ IPv4 - embedded IPv6 có dạng là [0:0:0:0:0:0:A0:01], ta vẫn có thể giữ nguyên chấm thập phân của phần cuối. Trong trường hợp này, viết địa chỉ lại dưới dạng [::10.0.0.1]. c) Cấu trúc địa chỉ IPv6 Cấu trúc chung của một địa chỉ IPv6 thường thấy như sau (một số dạng đ ịa chỉ IPv6 có thể không chia tuân theo cấu trúc này): Hình 2.5. Cấu trúc địa chỉ IPv6 Trong 128 bit địa chỉ IPv6, có một số bit thực hiện chức năng xác định: Bit xác định loại địa chỉ IPv6 (bits tiền tố - prefix): Địa chỉ IPv6 có nhiều loại khác nhau, mỗi loại địa chỉ có chức năng nhất định trong phục vụ giao tiếp. Để phân loại địa chỉ, một số bit đầu trong địa chỉ IPv6 được dành riêng để xác định dạng địa chỉ đ ược gọi là bit tiền tố (prefix). Các bit tiền tố này sẽ quyết đinh địa chỉ thuộc loại nào và s ố ̣ lượng địa chỉ đó trong không gian chung IPv6. Ví dụ: 8 bits tiền tố [11111111] = [FF], xác định dạng địa chỉ multicast sử dụng khi một node muốn giao tiếp đồng thời với nhiều node khác. Địa chỉ multicast chiếm 1/256 không gian địa chỉ IPv6. Ba bit tiền tố [001] xác định dạng địa chỉ unicast (dạng đ ịa ch ỉ
cho giao tiếp một - một) định danh toàn cầu, tương đương như đ ịa chỉ IPv4 công c ộng chúng ta vẫn thường sử dụng hiện nay. Các bit định danh giao diện (Interface ID): Ngoại trừ dạng địa chỉ multicast và một số dạng địa chỉ dành cho mục đích đặc biệt, địa chỉ IPv6 sử dụng trong giao tiếp toàn cầu, cũng như địa chỉ IP dùng trong giao tiếp giữa các node IPv6 trên cùng một đường kết nối (link-local), và địa chỉ được thiết kế cho giao tiếp trong phạm vi một mạng (site-local) đều có 64 bit cuối cùng được sử dụng để xác định một giao diện duy nhất. Trong địa chỉ IPv6, có 64 bit định danh giao diện có thể tự động tạo nên từ địa chỉ card mạng. Nếu 64 bit định danh giao diện luôn luôn được tạo nên từ địa chỉ card mạng, hoàn toàn có thể truy cứu được lưu lượng của một node nhất định, từ đó xác định được người sử dụng và việc sử dụng Internet. Để đảm bảo vấn đề về quyền riêng tư, IETF đưa ra một cách thức khác để tạo 64 bit định danh giao diện, trên nguyên tắc sử dụng thuật toán gắn một số ngẫu nhiên làm 64 bit định danh giao diện. Đ ịnh danh đó là tạm thời và sẽ thay đổi theo thời gian. 2.1.4. Phân loại địa chỉ trong IPv6 a) Multicast Trong IPv6, multicast hoạt động giống như trong IPv4. Tự đặt các node IPv6 có thể lắng nghe lưu lượng multicast trên một địa chỉ multicast IPv6 tùy ý. Các node IPv6 có thể nghe nhiều địa chỉ multicast cùng một lúc. Các node có thể tham gia hoặc để lại một nhóm multicast ở bất kỳ thời điểm nào. Địa chỉ truyền thông nhóm được thiết kế để thực hiện cả chức năng quảng bá và truyền thông nhóm. Mỗi dạng địa chỉ truyền thông nhóm có phạm vi hoạt động nhất định. Lưu lượng của địa chỉ truyền thông nhóm sẽ được chuyển tới toàn bộ các nút mạng trong một phạm vi nào đó hay chỉ được chuyển tới nhóm các nút mạng trong phạm vi là tùy thuộc vào dạng địa chỉ truyền thông nhóm. Hình 2.6. Kết nối Multicast Địa chỉ multicast có 8 bit đầu tiên thiết lập [1111 1111]. Một địa chỉ IPv6 dễ dàng để phân biệt loại multicast bởi vì nó luôn bắt đầu với [FF].Địa chỉ multicast không thể
được sử dụng như địa chỉ nguồn hoặc là các điểm đến trung gian trong một tiêu đề mở rộng tuyến. Hình 2.7. Cấu trúc địa chỉ dạng Multicat Các trường trong địa chỉ multicast là: + Flags (cờ): Chỉ ra những cờ trên địa chỉ multicast kích thước của trường dài 4 bit. • Thứ tự bit thấp đầu tiên là cờ Transient (T): Khi thiết lập là [0], cờ T chỉ ra rằng địa chỉ multicast là một địa chỉ multicast vĩnh viễn, được phân bổ bởi IANA. Khi thiết lập là [1], cờ T chỉ ra rằng địa chỉ multicast là một đ ịa chỉ được gắn bởi người sử dụng trong một phạm vi nhất định. • Bit thấp thứ hai là cho cờ tiền tố Prefix (P): Cho biết địa chỉ multicast được dựa trên một địa chỉ tiền tố địa chỉ unicast. • Bit thấp thứ ba là địa chỉ cờ Rendezvous (R): Cho biết các địa chỉ multicast có chứa một địa chỉ điểm nhúng. + Scope (phạm vi): Chỉ ra phạm vi liên mạng IPv6, cho lưu lượng truy cập multicast là dự định. Kích thước của trường này là 4 bit, ngoài thông tin đ ược cung c ấp bởi các giao thức định tuyến multicast, router sử dụng phạm vi multicast để xác định xem lưu lượng multicast có thể được chuyển tiếp hay không. [0000] là dành trước, [0001] là Node cục bộ, [0010] là Link cục bộ, [0101] Site cục bộ, [1000] là tổ chức cục bộ, [1110] dùng chung còn [1111] là dành riêng. + Group ID (nhóm ID): Xác định các nhóm multicast là duy nhất trong một phạm vi. Giá trị các bit định danh nhóm sẽ xác định các nhóm multicast. Lưu lượng có địa chỉ đích multicast sẽ được chuyển tới các máy thuộc nhóm multicast xác định bởi định danh nhóm Group ID, trong phạm vi xác định bởi giá trị trường Scope. Trong địa chỉ IPv6 multicast, 32 bit cuối được sử dụng để xác định nhóm multicast. Theo thiết kế ban đầu, định danh nhóm gồm 112 bit. Với 112 bit có thể xác định nhóm. Tuy nhiên, để có thể truyền trên mạng tới đích, dữ liệu phải chứa đồng thời thông tin địa chỉ IP (lớp mạng) và địa chỉ lớp 2 (địa chỉ MAC trong trường hợp kết nối Ethernet) tương ứng. Để có thể ánh xạ 1-1 từ một địa chỉ IPv6 multicast tới một địa chỉ Ethernet