Nghiên cứu IPV6 và ứng dụng cho hệ thống mạng, dịch vụ tại VNPT phú thọ

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Hoàng Mạnh NGHIÊN CỨU IPV6 VÀ ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG MẠNG,DỊCH VỤ TẠI VNPT PHÚ THỌ Chuyên ngành: Truyền liệu mạng máy tính Mã số: 60.48.15 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2013 Luận văn hồn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS.Vũ Văn Thoả Phản biện 1: …………………………………………………………………………… Phản biện 2: ………………………………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng HÀ NỘI - 2013 MỞ ĐẦU Một vấn đề quan trọng mà công nghệ mạng giới phải nghiên cứu giải phát triển với tốc độ nhanh mạng lưới Internet toàn cầu Sự phát triển với tích hợp dịch vụ, triển khai dịch vụ mới, kết nối nhiều mạng với nhau, mạng di động với mạng Internet đặt vấn đề thiếu tài nguyên dùng chung Việc sử dụng hệ thống địa cho mạng Internet IPv4 đáp ứng phát triển mạng lưới Internet toàn cầu thời gian tới Do nghiên cứu, triển khai ứng dụng phương thức đánh địa nhằm khắc phục hạn chế yêu cầu cấp thiết Sự phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, đặc biệt lĩnh vực mạng máy tính khơng địi hỏi phải giải vấn đề lưu lượng cho mạng mà phải giải yêu cầu cung cấp địa cho thiết bị mạng kết nối internet Với yêu cầu khổng lồ địa máy tính, máy in, mail server, web server, dịch vụ xDSL, dịch vụ truyền hình dựa Internet (IPTV), phát triển mạng giáo dục, game trực tuyến, thiết bị di động tham gia vào mạng Internet, truyền tải thoại, audio, video mạng, đặt vấn đề nan giải cần phải quan tâm thực Hiện nay, địa máy tính Internet đánh số theo hệ địa phiên (IPv4) gồm 32 bits Trên lý thuyết, không gian IPv4 bao gồm tỉ địa (thực tế hơn) Tuy nhiên đứng trước phát triển mạnh mẽ số lượng thiết bị mạng việc xảy nguy thiếu hụt không gian địa IPv4 điều không tránh khỏi Những hạn chế công nghệ nhược điểm khắc phục IPv4 thúc đẩy đời hệ địa Internet IPv6 IPv6 thiết kế với hy vọng khắc phục hạn chế vốn có địa IPv4 Hiện IPv6 chuẩn hóa bước đưa vào sử dụng thực tế Tuy nhiên trình chuyển đổi hệ thống mạng từ IPv4 sang IPv6 gặp nhiều vấn đề thiết bị không đồng bộ, nhà cung cấp dịch vụ Internet với hạ tầng mạng khác nhau, kiến thức người sử dụng quản lý mạng hạn chế Do đó, tơi chọn đề tài “Nghiên cứu IPv6 ứng dụng cho hệ thống mạng, dịch vụ VNPT Phú Thọ” nhằm tiếp cận công nghệ mới, phát triển mơ hình ứng dụng mẫu làm bước đệm để thâm nhập sâu vào công nghệ Trên sở đó, tạo hệ thống mạng mẫu để phát triển thành hệ thống mạng hồn thiện góp phần nâng cấp hệ thống mạng đảm bảo chất lượng dịch vụ băng rộng VNPT Phú Thọ Nội dung luận văn bao gồm: Chương 1: Tổng quan IPv6 Chương 2: Giải pháp chuyển đổi IPv6 cho mạng lõi mạng truy nhập Chương 3: Đảm bảo chất lượng dịch vụ an tồn bảo mật thơng tin IPv6 Chương 4: Chuyển đổi hệ thống mạng điều hành sản xuất kinh doanh sang IPv6 VNPT Phú Thọ CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ IPv6 1.1 Sự đời IPv6 khác biệt so với IPv4 1.1.1 Sự đời IPv6 Giao thức tầng mạng giao thức TCP/IP IPv4 (Internetworking protocol verision 4).IPv4 thiết kế tốt tiến triển từ lúc khởi đầu vào năm 1970 Tuy nhiên, IPv4 có nhược điểm khiến cho không đồng với phát triển nhanh Internet, gồm vấn đề sau:IPv4 có level cấu trúc địa (netid hostid) phân nhóm vào lớp (A, B, C, D E) Sự sử dụng ô địa không hiệu Internet phải đảm bảo truyền tải dịch vụ audio video thời gian thực Các dịch vụ này yêu cầu cao tham số trễ, gói băng thơng Tuy nhiên, vấn đề khó đáp ứng IPv4.Internet phải thích nghi với mã hoá chứng nhận liệu cho số ứng dụng Khơng mã hố chứng nhận cung cấp IPv4.Để khắc phục thiếu sót IPv6 biết đến IPng (Internet working Protocol, next generation), đề xướng chuẩn 1.1.2 So sánh IPv6 IPv4 Bảng 1.1:So sánh IPv6 IPv4 Ipv4 Địa dài 32 bit IPSec tùy chọn Không định dạng luồng liệu Sự phần mảnh thực host gửi router, nên khả thực thi router chậm Khơng địi hỏi kích thước gói lớp liên kết phải tái hợp gói 576 byte Checksum header Header có phần tùy chọn Ipv6 Địa dài 128 bit IPSec yêu cầu Định dạng luồng liệu nên hỗ trỗ QoS tốt Sự phân mảnh xảy host gửi Lớp liên kết hỗ trợ gói 1.280 byte tái hợp gói 1.500 byte Khơng checksum header Tất liệu tùy chọn chuyển vào phần header mở rộng ARP sử dụng frame ARP Request để Frame ARP Request thay phân giải địa IPv4 thành địa lớp message Neighbor Solicitation liên kết Ipv4 IGMP (Internet Group Management Protocol) dùng để quản lý thành viên mạng cục ICMP Router Discovery dùng để xác định địa gateway mặc định tốt tùy chọn Địa broadcast để gửi lưu lượng đến tất node Phải cấu hình tay thơng qua giao thức DHCP cho Ipv4 Sử dụng mẫu tin chứa tài nguyên địa host DNS để ánh xạ tên host thành địa Ipv4 Ipv6 IGMP thay message MLD (Multicast Listener Discovery) ICMPv4 Router Discovery thay message ICMPv6 Router Discovery Router Advertisement IPv6 khơng có địa broadcast, mà địa multicast đến tất node (phạm Link-Local) Cấu hình tự động, khơng địi hỏi DHCP cho IPv6 Sử dụng mẫu tin AAAA DNS để ánh xạ tên host thành địa IPv6 1.2 Các đặc điểm, thuộc tính IPv6 1.2.1 Một số đặc điểm IPv6 Thế hệ IP hay IPv6 có ưu điểm sau:  Không gian địa lớn  Địa hóa phân cấp, hạ tầng định tuyến hiệu  Khn dạng header đơn giản hóa  Tự cấu hình địa  Khả xác thực, bảo mật an ninh  Hỗ trợ tốt chất lượng dịch vụ QoS  Hỗ trợ tốt tính di động  Khả mở rộng 1.2.2 Cấu trúc địa IPv6 a) Không gian địa Địa IPv6 với 128 bit chia thành miền phân cấp theo trật tự Internet Nó tạo nhiều mức phân cấp linh hoạt địa hóa định tuyến khơng có IPv4 b) Cú pháp địa Địa IPv6 dài 128 bit chia thành 16 octet Khi viết, nhóm octet (16 bit) biểu diễn thành số nguyên không dấu, số viết dạng hệ 16 phân tách dấu hai chấm (::) c) Các loại địa IPv6 Các địa IPv6 gán cho giao diện tập giao diện mạng Có loại địa chỉ:Unicast,Anycast Multicast d) Mơ hình địa Các địa gán cho giao diện nút mạng Một nút mạng định danh địa unicast giao diện thuộc e) Cấp phát địa IPv6 Tổ chức quản lý trung tâm Cơ quan cấp địa Internet (IANA) f) Địa unicast Hình 1.1:Địa Unicast g) Địa anycast Hình 1.3:Địa Anycast h) Địa multicast Hình 1.4:Địa multicast 1.2.3 Khn dạng header Hình 1.6:Khn dạng phần đầu gói tin IPv6 1.3 Định cỡ thiết bị mạng IPv6 1.3.1 Bộ định tuyến 1.3.2 Bộ chuyển mạch 1.3.3 Máy chủ máy trạm 1.4 Mobile IPv6 1.4.1 Các thành phần MIPv6 Home Address Mobile Node Care – of Address Home Agent IPv6 Network Home Link Foreign Link Correspondent Node Hình 1.7: Các thành phần MIPv6 1.4.2 Nguyên lý làm việc Mobile IPv6 1.4.2.1 Nguyên lý hoạt động IP di động phiên (MIPv4) Hình 1.8: Nguyên lý hoạt động MIPv4 1.4.2.2 MIPv6 Hình 1.9: Nguyên lý hoạt động MIPv6 Trong chương giới thiệu dạng địa chỉ, cấu trúc đánh địa IPv6, qua thấy khác biệt thay đổi địa IPv6 Đây phiên thiết kế nhằm khắc phục hạn chế IPv4 bổ sung tính cần thiết hoạt động dịch vụ mạng hệ sau Chương đề cập đến phương pháp chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 giải pháp triển khai IPv6 cho mạng lõi mạng truy nhập CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP CHUYỂN ĐỔI IPv6 CHO MẠNG LÕI VÀ MẠNG TRUY NHẬP 2.1 Đặt vấn đề Hầu hết thiết bị mạng thiết kế sử dụng cho Ipv4,do việc chuyển đổi sang Ipv6 phải đảm bảo tính linh động, đảm bảo chuyển đổi trọn vẹn gói tin Ipv6 sang Ipv4 để vận chuyển hạ tầng mạng Ipv4 2.2 Các phương pháp chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 2.2.1 Dual stack Dual-stack hình thức thực thi TCP/IP bao gồm tầng IP IPv4 IP IPv6 Thiết bị hỗ trợ giao thức IPv4 IPv6, cho phép hệ điều hành hay ứng dụng lựa chọn hai giao thức cho phiên liên lạc Sự lựa chọn giao thức để sử dụng tầng internet dụa vào thông tin cung cấp dịch vụ named qua DNS server Hình 2.1:Cơ chế Dual Stack 2.2.2 Tunneling Cơ chế tunelling mô tả sau: Các node có hỗ trợ giao thức IPv4 IPv6 (dual stack) thực việc đóng gói datagram IPv6 vào phần payload IPv4 gói tin truyền IPv4 10 Hình 2.5 Định dạng prefix tunnel 6to4 2.2.2.3 ISATAP (Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol) Là công nghệ chuyển đổi qua lại IPv4 Node sang IPv6 Node mạng Internet, địa chuyển đổi địa dành riêng (private) IPv4 IPv6 linklocal 2.2.3 Dịch địa chỉ-Dịch giao thức (SIIT NAT-PT) Thiết bị NAT- PT cài đặt biên giới mạng IPv4 với Ipv6 Cơ chế khơng địi hỏi cấu hình dặc biệt tai máy trạm chuyển đổi gói tin thiết bị NAT- PT hoàn toàn suốt với người dùng IPv4 Internet IPv4 Hình 2.7: NAT- PT SIIT (Stateless IP/ICMP Translation Algorithm) chuẩn IETF (RFC2765) mô tả dịch IPv6/IPv4 không lưu trạng thái (Stateless).Tương tự chế NAT- PT ngoại trừ khơng cấp phát động địa IPv4 cho trạm IPv6 Chức chuyển đổi thực header IPv6 IPv4 SIIT không bao gồm tùy chọn IPv4 header mở rộng IPv6 2.2.4 Một số chế khác 2.2.4.1 BIS (Bump Into the Stack ) BIS kết hợp hai chế NAT- PT DNS- ALG cài đặt nút mạng IPv6 Qua đó, ứng dụng trạm IPv4 kết nối với trạm IPv6 2.2.4.2 BIA (Bump Into the API) 11 Mục đích phương pháp giống chế Bump-in-the-stack (BIS) đưa chế dịch API IPv4 IPv6 Do vậy, trình đơn giản khơng cần dịch header gói tin IP không phụ thuộc vào giao thức tầng trình điều khiển giao diện mạng.Phương pháp BIA khơng sủ dụng host hỗ trợ IPv4 phương pháp BIS Nó sử dụng host IPv6/Ipv4 có số trình ứng dụng IPv4 khơng thể khó chuyển đổi sang hỗ trợ IPv6.Do BIA hoạt động mức API socket nên ta sử dụng giao thức an ninh tầng mạng (IPsec) 2.3 Giải pháp triển khai IPv6 với mạng trung tâm core ISP cần phải xác định có nên cài đặt riêng biệt router/host theo chế dualstack node IPv6 Quyết định dựa kết nối tới mạng trung tâm.Các phương thức định tuyến cần cài đặt để cho gói tin IPv4 định tuyến hạ tầng mạng IPv4,cịn gói tin IPv6 định tuyến hạ tầng mạng IPv6 Hiện mạng IPv6 phát triển rộng phạm vi thử nghiệm nên thực tế nhu cầu kết nối IPv6 chưa cao Do tiết kiệm hiệu sử dụng tối đa khả cung cấp song song dịch vụ IPv4 IPv6, có nghĩa dịch vụ cung cấp mạng trục việc sử dụng chế song song IPv4/IPv6 cho hiệu tối đa Tuy thực tế có mạng có khả cung cấp dịch vụ IPv6, ví dụ mạng lưới phục vụ dịch vụ di động hệ mới, mạng cung cấp dịch vụ mạng IPv6 mạng DNS IPv6, mạng thử nghiệm IPv6 thiết lập dạng tuý IPv6 Lúc mạng xây dựng giao tiếp với mạng lưới khác thông qua kết nối IPv6 mà Với thiết bị chuyển mạch nằm miền giới hạn IPv4/IPv6: Sau giai đoạn router chạy chế độ dual-stack ổn định Các ISP cấu hình router mạng core router chạy dual-stack để định tuyến IPv6 IPv4 Giai đoạn thực kết nối tới mạng IPv6 tồn cầu Có thể làm kết nối thông qua phương thức kết nối trực tiếp vào mạng IPv6 toàn cầu (như 12 mạng thử nghiệm 6Bone) thông qua chế tunneling Nếu mạng core hỗ trợ IPv6 ISP khác hỗ trợ IPv6 cấu hình kết nối trực tiếp IPv6 mà khơng cần thông qua tunnel dual-stack.Đồng thời ISP phải định sử dụng một vài router nằm “đường biên” trình chuyển đổi từ mạng IPv4 sang mạng IPv6 Khái niệm “đường biên” hiểu router gateway đóng vai trò điểm chuyển tiếp mạng IPv4 mạng IPv6 2.4 Giải pháp triển khai IPv6 với mạng truy nhập Các khách hàng ISP truy nhập vào mạng qua đường dial-up (các khách hàng gián tiếp) qua đường leased-line (các khách hàng trực tiếp) ADSL Do có vấn đề cần giải để triển khai mạng IPv6 sau:  Cần phải nâng cấp router để router hỗ trợ dual stack Do đảm bảo các khách hàng IPv4 khách hàng IPv6 trả truy nhập vào mạng  Hoặc cài đặt router IPv4 IPv6 riêng rẽ Sau thực phân tách khách hàng thuộc mạng IPv4 truy nhập qua router IPv4 cũ,còn khách hàng truy nhập qua router IPv6 Những access router phải hỗ trợ kết nối tới mạng IPv6 toàn cầu Nếu mạng core không hỗ trợ IPv6 cần phải cài đặt chế chuyển đổi (dual stack hay tunneling) router IPv6  Đối với khách hàng site IPv6, ISP cần phải cài đặt chế chuyển đổi để hỗ trợ khách hàng truy nhập vào node IPv4,có thể thông qua chế NAT Như mạng khách hàng ứng dụng biến thể tunnelling, NAT để cung cấp IPv6 trình chuyển tiếp Như nghiên cứu, việc chuyển đổi dần sang chế độ native IPv6 thực tương đối đơn giản thiết bị phần mềm có khả hỗ trợ hồn hảo Trong chương đề cập đến công nghệ chuyển đổi IPv6-IPv4,các giải pháp triển khai IPv6 với mạng lõi mạng truy nhập Trong thời gian đầu phát triển, kết nối IPv6 cần thực sở hạ tầng mạng lưới IPv4 Mạng IPv6 IPv4 song song tồn thời gian dài, sau chuyển đổi hoàn toàn sang 13 CHƯƠNG 3: ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ VÀ AN TOÀN BẢO MẬT THÔNG TIN TRONG IPv6 3.1 Các tham số đánh giá chất lượng mạng 3.1.1 Băng thông Thuật ngữ băng thông sử dụng để khả truyền lượng liệu giao thức, phương tiện kết nối 3.1.2 Trễ Tất gói tin mạng trải qua vài khoảng trễ định trước tới đích, hay nói cách khác trễ có nhiều loại, nêu số loại sau: Trễ lan truyền (Propagation Delay) trễ mạng (Network Delay) 3.1.3 Biến động trễ (Jitter) Jitter định nghĩa biến đổi trễ xuyên qua mạng trình truyền tin 3.1.4 Mất gói (Loss Packet) Tỉ lệ gói số lượng gói bị mạng suốt trình truyền dẫn 3.2 Các phương pháp đo tham số chất lượng mạng 3.2.1 Phương pháp đo tích cực Các phép đo tích cực tiến hành cách chèn lưu lượng vào hệ thống cần đo, trường hợp mạng phần mạng Đáp ứng đánh giá thiết bị phát lưu lượng hay nhiều thiết bị riêng biệt khác 3.2.1.1 Đo lớp ứng dụng Hầu hết công cụ giám sát ứng dụng phần mềm Cách đơn giản giám sát dịch vụ thực cách ghi nguyên công việc chạy ứng dụng, đo thời gian đáp ứng nó, ghi lại kết Các máy phát cung cấp lưu lượng thực tế đánh giá công cụ khác để thu nhận thông số chất lượng mạng 3.2.1.2 Đo lớp truyền tải Đo lớp truyền tải cho đánh giá xác hiệu 14 ứng dụng so với đo lớp mạng có tính đến ảnh hưởng lớp truyền tải Chỉ thị hiệu lớp mạng đảm bảo để suy xác đặc điểm lớp mạng phải hiểu rõ tính đến ảnh hưởng lớp truyền tải 3.2.1.3 Đo lớp mạng Đo lớp cho nhà khai thác mạng thông tin giá trị trạng thái mạng Mặc dù khó xác định xác hiệu ứng dụng phương pháp đo này, chúng đưa biểu thị hữu ích ứng dụng khác sử dụng, không nghẽn “cổ chai” lớp cao 3.2.2 Phương pháp đo thụ động 3.2.2.1 Đo lớp ứng dụng Đo lớp ứng dụng thực người sử dụng đầu cuối nhà cung cấp dịch vụ khác Tuy nhiên hệ thống đầu cuối thường nằm ngồi kiểm sốt nhà khai thác mạng Một điều lưu ý đo lớp mạng gây ảnh hưởng tới hiệu hệ thống đầu cuối, ví dụ sinh tải lớn server 3.2.2.2 Đo lớp truyền tải Đo thụ động lớp truyền tải tích hợp ngăn xếp giao thức TCP/IP chạy hệ thống đầu cuối Bởi vậy, phương pháp đo thực người sử dụng nhà cung cấp dịch vụ 3.2.2.3 Đo lớp mạng (lớp IP) Tại lớp mạng gói IP truyền qua điểm đo quan trắc Một phận giám sát thụ động ghi thông tin gói quan trắc vào ổ đĩa hay thực xử lý cho mục đích cụ thể theo thời gian thực hay off-line (ngoại tuyến) Các loại liệu đo khác thu lớp mạng bảng định tuyến từ node mạng 3.3 Đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng IPv6 3.3.1 Các dịch vụ 3.3.1.1 Dịch vụ thư điện tử (E-Mail) 3.3.1.2 Dịch vụ duyệt Web(Web-browsing) 3.3.1.3 Dịch vụ truyền tệp (FTP) 15 3.3.1.4 Dịch vụ truy nhập từ xa (Telnet) 3.3.1.5 Dịch vụ nhóm tin (User Network) 3.3.1.6 Một số dịch vụ khác Các dịch vụ khác bao gồm:Trò chơi trực tuyến (Game Online),thương mại điện tử,E-learing 3.3.2 Các yêu cầu tham số mạng để đảm bảo chất lượng dịch vụ Trong ITU-T G.1010 [11] đưa tiêu tham số chất lượng cho loại dịch vụ audio, video data Bảng 3.1 đưa tham số chất lượng giá trị mục tiêu ứng dụng liệu (data) Bảng 3.1: Các mục tiêu chất lượng ứng dụng data Môi trường Ứng dụng Mức độ đối xứng Lượng data điển hình Các tham số chất lượng giá trị mục tiêu Trễ chiều Data Duyệt Web – HTML Data Data Chủ yếu chiều Phương Tổn thất sai trễ thông tin ~10 KB Mong muốn < s /trang Chấp nhận < s /trang N.A Truyền Chủ yếu tải/thu hồi chiều liệu kích thước lớn 10 KB-10 MB N.A Các dịch vụ giao dịch – ưu tiên cao, ví dụ thương mại điện tử ATM < 10 KB Mong muốn < 15 s Chấp nhận < 60 s Mong muốn < s Chấp nhận