các kỹ thuật cài đặt giao tiếp mạng ipv6-ipv4 và mô hình cài đặt mạng ipv6 trong hạ tầng mạng ipv4 của trường đại học tây nguyên

các kỹ thuật cài đặt giao tiếp mạng ipv6-ipv4 và mô hình cài đặt mạng ipv6 trong hạ tầng mạng ipv4 của trường đại học tây nguyên

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành ñược ñề tài này tôi ñã ñược nhiều sự giúp ñỡ và ñộng viên tận tình của quý thầy cô giáo, bạn bề, ñồng nghiệp và gia ñình. Qua ñây tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo - TS. Nguyễn Mạnh Hùng, người ñã tận tình hướng dẫn tôi từ việc ñịnh hướng chọn ñề tài nghiên cứu ñến việc lập kết hoạch thực hiện luận văn. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo trường Đại học sư phạm Hà nội ñã giúp ñỡ, tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Xin cảm ơn tất cả các anh chị em học viên lớp cao học Khoa học máy tính K18. Xin chân thành cảm ơn gia ñình, bạn bè ñã luôn ở bên cạnh tôi trong trong suốt thời gian học tập. Hà nội ngày 20 tháng 10 năm 2010 Tác giả Y Khoa Niê Kdăm MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn ñề tài 1 2. Mục tiêu của ñề tài 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu 2 4. Phương pháp nghiên cứu 2 5. Bố cục luận văn 3 Chương 1 4 TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC TCP/IP 4 1.1. Lịch sử phát triển của giao thức TCP/IP 4 1.2. Kiến trúc phân tầng của bộ chồng giao thức TCP/IP 6 1.3. Thế hệ ñịa chỉ Internet IPv4 9 1.4. Các ñặc ñiểm công nghệ ưu việt của thế ñịa chỉ IPv6 15 1.5. Kết luận 16 Chương 2 17 CẤU TRÚC GÓI TIN IPv6 17 2.1. Khuôn dạng tổng quát của gói tin IPv6 18 2.2. Những thay ñổi trong tiêu ñề của gói tin IPv6 18 2.3. T iêu ñề chính của gói tin IPv6 21 2.4. Tiêu ñề mở rộng của gói tin IPv6 24 2.4.1. Hop-by-Hop Options Header 26 2.4.2. Routing Header 28 2.4.3. Fragment Header 31 2.4.4. Destination Option Header 33 2.5. Địa chỉ IPv6 34 2.5.1. Kiến trúc của ñịa chỉ IPv6 35 2.5.2. Biểu diễn ñịa chỉ IPv6 36 2.5.3. Bit tiền tố của ñịa chỉ IPv6 37 2.5.4. Phân vùng ñịa chỉ IPv6 39 2.5.4.1. Địa chỉ Link-local 40 2.5.4.2. Địa chỉ site-local 41 2.5.4.3. Địa chỉ Aggregatable global unicast 42 2.5.4.4. Địa chỉ IPv6 chứa ñịa chỉ IPv4 44 2.5.4.5. Địa chỉ 6to4 45 2.5.4.6. Địa chỉ ISATAP 46 2.6. Kết luận 47 Chương 3 48 CÁC KỸ THUẬT CÀI ĐẶT GIAO TIẾP MẠNG IPv6-IPv4 VÀ MÔ HÌNH CÀI ĐẶT MẠNG IPv6 TRONG HẠ TẦNG MẠNG IPv4 CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN 3.1. Các kỹ thuật giao tiếp mạng IPv6-IPv4 49 3.1.1. Kỹ thuật Dual-stack 49 3.1.2. Kỹ thuật tunneling 50 3.1.2.1. Đường hầm cấu hình thủ công 51 3.1.2.2. Đường hầm tự ñộng 52 3.1.3. Kỹ thuật NAT-PT 52 3.2. Cấu hình kỹ thuật NAT-PT cho bộ ñịnh tuyến cisco 54 3.2.1. Cấu hình cơ bản của bộ ñịnh tuyến cisco 54 3.2.2. Cấu hình NAT-PT tĩnh 57 3.2.3. Cấu hình NAT-PT tự ñộng 61 3.3. Xây dựng mô hình cài ñặt mạng IPv6 trong hạ tầng mạng IPv4 65 3.3.1. Kiến trúc hệ thống mạng của trường Đại học Tây nguyên 65 3.3.1.1. Các yêu cầu của hệ thống mạng 65 3.3.1.2. Sơ ñồ tổng quát của hệ thống mạng 66 3.3.1.3. Phân bố sử dụng ñịa chỉ IPv4 trong hệ thống mạng 67 3.3.2. Mô hình cài ñặt mạng IPv6 trong hạ tầng mạng IPv4 68 3.3.3. Cài ñặt hệ thống mạng bằng phần mềm Cisco Packet Tracer 70 3.3.3.1. Mô hình cài ñặt hệ thống mạng 71 3.3.3.2. Các cấu hình tham chiếu trong mô hình mạng 72 3.4. Kết luận 74 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 75 1. Kết quả nghiên cứu 75 2. Hướng phát triển 75 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1a: Bảng ñịnh tuyến của R1 trong sơ ñồ mạng Hình 1.2a 11 Bảng 1.1b: Bảng ñịnh tuyến mở rộng mạng của R1 12 Bảng 2.1: Các giá trị của trường Next Header 23 Bảng 2.2: Các giá trị của 2 bit ñầu tiên của trường Option Type 28 Bảng 2.3: Bảng thông tin ñịnh tuyến 30 Bảng 2.4: Biểu diễn bit tiền tố của một ñịa chỉ IPv6 38 Bảng 2.5: Các vùng ñịa chỉ IPv6 40 Bảng 2.6: Phân phối TLAID cho các tổ chức quản lý Internet 43 Bảng 3.1: Cấu hình cơ bản cho router NAT-PT 57 Bảng 3.2: Cấu hính NAT-PT tĩnh 60 Bảng 3.2: Cấu hính NAT-PT tự ñộng 64 Bảng 3.3: Phân bố ñịa chỉ IPv4 trong ñoạn mạng Public-subnet 67 Bảng 3.3 Ánh xạ từ IPv4 thành IPv6 70 Bảng 3.4: Ánh xạ từ IPv6 thành IPv4 70 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Mô hình tham chiếu OSI và mô hình TCP/IP 8 Hình 1.2 a: Sơ ñồ phân ñoạn mạng máy tính 11 Hình 1.2b: Sơ ñồ mở rộng phân ñoạn mạng 12 Hình 1.3:Tấn công mạng riêng thông qua ñịa chỉ IP 13 Hình 1.4: Mô hình kết nối Internet ña phương tiện 14 Hình 2.1: Khuôn dạng của gói tin IPv6 18 Hình 2.2: Cấu trúc tiêu ñề của gói tin IPv4 và IPv6 19 Hình 2.3: Cấu trúc một gói tin IPv6 có tiêu ñề mở rộng 25 Hình 2.4: Cấu trúc tiêu ñề ñóng gói một gói tin IPv6 trong IPv4 26 Hình 2.5: Định dạng của tiêu ñề mở rộng Hop – by - Hop 27 Hình 2.6: Định dạng của tiêu ñề Routing Header 29 Hình 2.7: Định dạng của tiêu ñề phân mảnh 32 Hình 2.8: Cấu trúc của các gói tin phân mảnh 33 Hình 2.9: Định dạng của tiêu ñề Destination Option Header 34 Hình 2.10: Định dạng của một ñịa chỉ IPv6 36 Hình 2.11: Địa chỉ link-local và ñịa chỉ Site-local 41 Hình 2.12: Định dạng của một ñịa chỉ Global unicast 43 Hình 2.13: Định dạng ñịa chỉ IPv6 - tương thích - IPv4 44 Hình 2.14: Định dạng ñịa chỉ IPv6 - ánh xạ - IPv4 45 Hình 2.15: Định dạng của ñịa chỉ 6to4 45 Hình 2.16: Định dạng của ñịa chỉ ISATAP 46 Hình 3.1: Bộ ñịnh tuyến Cisco cài ñặt kỹ thuật Dual-stack 50 Hình 3.2: Mô hình giao tiếp mạng bằng kỹ thuật ñường hầm 51 Hình 3.3: Chuyển tiếp gói tin IPv6 qua ñường hầm IPv4 51 Hình 3.4: Địa chỉ IPv6-tương thích - IPv4 ñược thiết lập ñường hầm 52 Hình 3.5: Giao tiếp giữa node IPv6 và IPv4 bằng router NAT-PT 53 Hình 3.6: Chuyển tiếp gói tin giữa node IPv4 và IPv6 54 Hình 3.7: Sơ ñồ hệ thống mạng của trường ñại học tây nguyên 67 Hình 3.8: Sơ ñồ cài ñặt mạng IPv6 69 Hình 3.9: Mô hình cài ñặt mạng IPv6 trong Cisco Packet Tracer 71 DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT TCP/IP Bộ chồng giao thức TCP/IP, tên tiếng anh Internet protocol suite hoặc IP suite hoặc TCP/IP protocol suite. Đây là bộ giao thức truyền thông cốt lõi ñược sử dụng trong hệ thống mạng Internet. Bộ giao thức này ñược ñặt tên theo hai giao thức chính của nó là TCP – Transmision Control Protocol (Giao thức Điều khiển Giao vận) và IP – Internet Protocol (Giao thức liên mạng). DARPA Viết tắt từ cụm từ Defense Advanced Research Projects Agency - cơ quan nghiên cứu phát triển công nghệ thuộc bộ quốc phòng Hoa kỳ. Bộ chồng giao thức TCP/IP là một trong những dự án nghiên cứu của tổ chức này ñược bắt ñầu vào những năm 1970. ARPANET Viết tắt từ cụm từ Advanced Research Projects Agency Network – tên của một hệ thống mạng truyền dữ liệu của tổ chức DARPA. Đây là hệ thống mạng máy tính ñược sử dụng công nghệ chuyển mạch gói ( Packet switching) ñầu tiên trên thế giới. ARPANET ñược coi là tiền thân của mạng Internet sau nay. NCP Network Control Protocol – NCP: là một giao thức ñược dùng ñể kết nối các máy chủ trong hệ thống mạng ARPANET trước khi giao thức TCP/IP ñược sử dụng. DNS Domain Name System – DNS : dịch vụ quản lý và phân giải tên miền, có chứng năng phân giải ñịa chỉ IP thành các tên miền rõ hơn sử dụng trong các ứng dụng mạng. Chẳng hạn sử dụng tên miền www.example.com sẽ thay cho ñịa chỉ IP 192.168.5.18 FTP File Trasfer Protocol – FTP: là giao thức truyền file, cung cấp các dịch vụ quản lý và chia sẽ file trong môi trường mạng. HTTP HyperText Transfer Protocol – HTTP: là giao thức truyền file văn bản siêu liên kết - một trong những nền tảng công nghệ ñể phát triển Word Wide Web. ISPs Internet service providers – ISPs: các tổ chức cung cấp dịch vụ Internet. Những tổ chức này cung cấp cho khách hàng nhiều dịch vụ ñược xây dựng trên nền tảng hệ thống mạng Internet chẳng hạn như dịch vụ thư ñiện tử (e-mail), kho lưu trữ dữ liệu (data store), dịch vụ ñường truyền Internet … 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn ñề tài Giao thức IPv4 ñang ñược sử dụng trong hệ thống mạng Internet hiện nay có nhiều hạn chế cần khắp phục, chẳng hạn như: thiếu không gian ñịa chỉ cho các nhu cầu kết nối Internet, cơ chế ñịnh tuyến không hiệu quả, cấu trúc gói tin chưa tối ưu, bảo mật và chất lượng dịch vụ mạng còn yếu … Giao thức Internet IPv6 ñã ñược phát triển nhằm khắp phục những hạn chế này. Tuy nhiên, do hệ thống mạng Inernet và hầu hết các hệ thống mạng máy tính quan trọng của các tổ chức, các doanh nghiệp và cá nhân ñều ñã ñược xây dựng ổn ñịnh bằng hạ tầng mạng IPv4. Nhiều hệ thống mạng có quy mô phức tạp, các hệ thống phần mềm và các dịch vụ mạng ñã ñược xây dựng hoàn thiện nên việc chuyển ñổi từ giao thức mạng IPv4 sang sử dụng giao thức mạng IPv6 không thể thực hiện ñược ngay. Giải pháp ñược các nhà phát triển mạng ñề xuất là xây dựng các hệ thống mạng IPv6 trong hạ tầng mạng IPv4, sử dụng các kỹ thuật “hòa hợp” giữa hai giao thức ñể tạo khả năng truyền thông giữa hai mô trường mạng. Giải pháp trên nhằm ñạt ñược những mục tiêu sau ñây: - Triển khai ứng dụng công nghệ giao thức mạng IPv6, có ñặc ñiểm công nghệ ưu việt hơn so với giao thức IPv4 - Hạn chế những thay ñổi lớn trong hệ thống mạng IPv4 khi triển khai mạng IPv6, ñảm bảo sự hoạt ñộng liên tục của hệ thống mạng trong suốt quá trình chuyển ñổi giao thức. - Tận dụng những hạ tầng mạng ñã có ñể hạn chế những gánh nặng về tài chính trong việc triển khai ứng dụng giao thức Internet IPv6 Đối với các tổ chức, các doanh nghiệp và cá nhân người dùng, việc nghiên cứu, triển khai và cài ñặt thử nghiệm mạng IPv6 là hết sức cần thiết 2 nhằm ñám ứng những yêu cầu phát triển công nghệ cho các hệ thống mạng máy tính của ñơn vị mình. Với mục tiêu nghiên cứu xây dựng mô hình cài ñặt thử nghiệm mạng IPv6 trong hạ tầng mạng IPv4 của trường Đại học Tây nguyên, ñề tài này sẽ ñưa ra giải pháp triển khai mạng IPv6 phù hợp với quy mô và các ñặc trưng công nghệ của một hệ thống mạng cục bộ, làm cơ sở khoa học ñể triển khai ứng dụng giao thức mạng IPv6 trong các hệ thống này. 2. Mục tiêu của ñề tài Đây là một ñề tài mang tính ứng dụng rõ rệt với những mục tiêu cụ thể sau ñây: - Mục ñích nghiên cứu của ñề tài: nghiên cứu công nghệ giao thức mạng mới ñể triển khai ứng dụng vào hệ thống mạng máy tính của trường Đại học Tây nguyên. - Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài: nghiên cứu các ñặc ñiểm công nghệ ưu việt của thế hệ ñịa chỉ IPv6, các cơ chế giao tiếp giữa mạng IPv6 và mạng IPv4 ñể triển khai cài ñặt mạng IPv6 trong hạ tầng mạng IPv4. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài này có những nhiệm vụ nghiên cứu chính sau ñây: - Nghiên cứu các ñặc ñiểm công nghệ vượt trội của giao thức IPv6. - Phân tích kiến trúc phân cấp của ñịa chỉ Internet IPv6 ñể triển khai cài ñặt một hệ thống mạng sử dụng ñịa chỉ này. - Đưa ra mô hình triển khai thử nghiệm mạng IPv6 phù hợp với hệ thống mạng máy tính của trường Đại học Tây nguyên. 4. Phương pháp nghiên cứu Để việc nghiên cứu ñề tài ñược thực hiện thuận lợi, hiệu quả và khoa học tôi ñã chọn một số phương pháp nghiên cứu sau ñây: 3 - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: ñọc và nghiên cứu các tài liệu về kiến trúc mạng máy tính , các tài liệu về giao thức TCP/IP và một số tài liệu về các kỹ thuật triển khai cài ñặt mạng IPv6 - Phương pháp thử nghiệm: Cài ñặt thử nghiệm một hệ thống mạng sử dụng giao thức IPv6 bằng phần mềm mô phỏng hệ thống mạng máy tính Cisco Packet Tracer, làm cơ sở thực nghiệm ñể triển khai cài ñặt IPv6 trong hệ thống mạng tính thực của trường Đại học Tây nguyên. 5. Bố cục luận văn Chương 1. Tổng quan về giao thức TCP/IP Nội dung chương 1 giới thiệu tổng quan về lịch sử ra ñời và phát triển của giao thức TCP/IP, phân tích kiến trúc phân tầng của mô hình giao thức này và những yêu cầu phát triển công nghệ giao thức mạng thế hệ mới, ñáp ứng sự phát triển của hệ thống mạng Internet. Chương 2. Cấu trúc gói tin IPv6 Chương này tập trung phân tích rõ những ñặc ñiểm công nghệ vượt trội của IPv6 so với IPv4 về cấu trúc tổ chức mới của tiêu ñề gói tin và kiến trúc phân cấp rõ rệt của ñịa chỉ IPv6. Chương 3. Các kỹ thuật cài ñặt giao tiếp mạng IPv6-IPv4 và mô hình cài ñặt mạng IPv6 trong hạ tầng mạng IPv4 của trường Đại học Tây nguyên Chương 3 của luận văn phân tích giải pháp trển khai mạng IPv6 trong trong hạ tầng mạng IPv4, ñặc tả các kỹ thuật cài ñặt các cơ chế giao tiếp giữa mạng IPv4 và mạng IPv6 và xây dựng mô hình triển khai mạng IPv6 trong hạ tầng mạng của trường Đại học Tây nguyên. [...]... T ng giao di n m ng (Network Interface Layer ) Các ch c năng truy n thông c a m i t ng trong mô hình TCP/IP tương ng v i m t vài ch c năng trong các t ng c a mô hình tham chi u OSI 6 • T ng giao di n m ng (Network Interface Layer) T ng giao di n m ng th c hi n ch c năng i u khi n vi c g i và nh n các gói tin tr c ti p các bit d li u trên các giao di n m ng Các giao th c c a t ng này nh nghĩa các phương... truy n và nh n các bit d li u, các phương pháp mã hóa d li u trên ư ng truy n v t lý và các cơ ch ki m tra và x lý l i trên ư ng truy n Các giao th c này ư c thi t k sao cho vi c nh n và g i các gói tin không ph thu c vào các nh d ng c a gói tin, các phương th c truy c p ư ng truy n m ng và các chu n công ngh m ng khác nhau Do ó có th s d ng giao th c TCP/IP k t n i các h th ng m ng máy tính s d ng các. .. ng h p m t gói tin IPv6 ư c óng gói trong m t gói tin IPv4 trong các cơ ch giao ti p m ng k p h p IPv6 và IPv4, giao th c t ng trên c a gói tin IPv4 có th là m t tiêu gói tin IPv6 và có kh năng s ch a các tiêu 25 m r ng khác c a IPv6 Khi ó các tiêu m r ng này cũng ư c x p theo th t trên Hình 2.4: C u trúc tiêu óng gói m t gói tin IPv6 trong gói tin IPv4 2.4.1 Hop-by-Hop Options Header Hop – by – Hop... qua Cách x lý này kém hi u qu do m t th i gian các thông tin trong tiêu c a gói tin t i t t c các b ki m tra và x lý t t c nh tuy n mà gói tin i qua IPv6 ã thay trong các tiêu tiêu i cách x lý này b ng cách t ch c các thông tin tùy ch n m r ng Khi gói tin ư c chuy n ti p trong liên m ng, các m r ng ch ư c ki m tra và x lý t i node ích cu i cùng Cách t ch c này gi m th i gian tr c a các gói tin và tăng... gói tin IPv6 Trư ng Check Sum ch a các thông tin ki m tra gói tin IPv4 cũng ã ư c lo i b trong tiêu c a gói tin IPv6 vì s ki m tra các gói tin có th làm ch m lưu lư ng chuy n ti p c a giao thông m ng Trong IPv6 vi c ki m tra này ư c giao cho các d ch v truy c p m ng b ng cách s d ng các giao th c t ng cao hơn như UDP, TCP Ch c năng c a giao th c IP ư c thu g n l i ch v i nhi m v g i và nh n các gói... m r ng c a IPv6 n các trư ng m r ng, B ng 2.1 mô t các giá tr c a trư ng Next Header ã ư c nh nghĩa trong phiên b n IPv6 hi n hành Giá tr Ý nghĩa 0 Tùy ch n m r ng Hop – by – Hop 1 Giao th c ICMPv4 c a IPv4 2 Giao th c IGMPv4 c a IPv4 4 Giao th c IP in IP 6 Giao th c TCP 8 Giao th c EGP – Exterior Gateway Protocol 9 Giao th c IGP – Interior gateway protocol 14 Giao th c UNP 41 Giao th c IPv6 43 Tiêu... OSI và mô hình TCP/IP • T ng v n chuy n (Transport Layer) T ng v n chuy n trong mô hình ch ng giao th c TCP/IP th c hi n ch c năng cung c p d ch v m ng cho t ng ng d ng Hai giao th c chính ư c s d ng trong t ng này là TCP và UDP Giao th c TCP cung c p các d ch v k t n i các ch c năng c th là: nh hư ng và tin c y v i m b o trình t truy n các gói tin, ki m soát các gói 8 tin trên ư ng truy n, ph c h i các. .. n hình Internet… Nh ng nhu c u trên ã làm cho a ch IPv4 hi n nay ngày càng c n ki t Theo th ng kê c a các t ch c qu n lý Internet qu c t , s lư ng Internet IPv4 còn l i ch còn dùng trong vài năm t i Hình 1.4: Mô hình k t n i Internet a phương ti n 14 a ch 1.4 Các c i m công ngh ưu vi t c a th a ch IPv6 IPv6 là công ngh giao th c Internet ư c phát tri n k th a các n n t ng công ngh c a giao th c IPv4. .. qu trong IPv4 ã ư c lo i b ho c thay th , b sung b ng các ch c năng m i hi u qu hơn trong IPv6 c i m công ngh vư t tr i c a giao th c Internet IPv6 so v i giao th c IPv4 có th khái quát g m nh ng y u t sau ây: • Không gian a ch l n và kh năng t ng c u hình a ch a ch IPv6 có chi u dài 128 bit Do ó không gian a ch IPv6 ư c m r ng g p nhi u l n so v i IPv4 Ki n trúc t ch c c a IPv4, kh năng phân c p t trong. .. lý m ng và các thi t b m ng như router, bridge… 1.3 Th h a ch internet IPv4 Như ã gi i thi u, giao th c IPv4 hay còn g i là th h a ch Internet là phiên b n giao th c Internet ư c s d ng ph bi n trong h u h t các h th ng m ng hi n nay 9 Ch các giao m ng S thông m c năng cơ b n c a giao th c này là cung c p a ch nh danh cho di n k t n i vào h th ng m ng và th c hi n nh tuy n trong liên ra i c a IPv4 là . mạng IPv6 trong hạ tầng mạng IPv4 của trường Đại học Tây nguyên Chương 3 của luận văn phân tích giải pháp trển khai mạng IPv6 trong trong hạ tầng mạng IPv4, ñặc tả các kỹ thuật cài ñặt các. HÌNH CÀI ĐẶT MẠNG IPv6 TRONG HẠ TẦNG MẠNG IPv4 CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN 3.1. Các kỹ thuật giao tiếp mạng IPv6- IPv4 49 3.1.1. Kỹ thuật Dual-stack 49 3.1.2. Kỹ thuật tunneling 50 3.1.2.1 cài ñặt các cơ chế giao tiếp giữa mạng IPv4 và mạng IPv6 và xây dựng mô hình triển khai mạng IPv6 trong hạ tầng mạng của trường Đại học Tây nguyên. 4 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC TCP/IP