Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPV6

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG LÊ TUẤN HƢNG NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG IPV6 Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2012 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 2 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 3 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 8 LỜI CẢM ƠN 10 CHƢƠNG I . HIỆN TRẠNG VÀ CÁCH THIẾT LẬP BÀI TOÁN 11 1.1 Hiện trạng về không gian địa chỉ IP 11 1.2 Tổng quan về IPv6. 12 1.2.1 Không gian địa chỉ IPv6. 12 1.2.2. Ƣu điểm của IPv6 so với IPv4 13 1.2.3. Cách viết địa chỉ IPv6. 14 1.2.4. Đặc điểm các dạng địa chỉ IPv6. 16 1.2.6 Anycast Address. 20 1.3. Thiết lập bài toán. 21 1.3.1 Tình hình triển khai IPv6 trên toàn cầu. 22 1.3.2. Tình hình triển khai IPv6 ở Việt Nam. 23 1.4 KẾT LUẬN 24 CHƢƠNG II. IPv6 VÀ VẤN ĐỀ CHUYỂN ĐỔI IPv6 SANG IPv4. 25 2.1 Cấu trúc và đặc điểm về địa chỉ IPv6. 25 2.1.1. Tìm kiếm hàng xóm (Neighbor Discovery-ND). 25 2.1.2. Tự động cấu hình địa chỉ. 26 2.1.3. Tự động cấu hình địa chỉ có trạng thái. 27 2.1.4. Tự động cấu hình địa chỉ không trạng thái. 27 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 4 2.2. Cấu trúc gói tin IPv6. 30 2.2.1. IPv6 header. 30 2.2.2 Cấu trúc Header chung. 30 2.2.3 Các trƣờng trong IPv6 header 31 2.3 Vấn đề định tuyến và kỷ thuật chuyển đổi Tunel trong IPv6. 34 2.3.1. Kỹ thuật chuyển đổi tunnel trong IPv6. 37 2.3.1.1. Tổng quan về cơ chế chuyển đổi. 37 2.3.1.2. Kỹ thuật Tunneling. 39 CHƢƠNG III . MÔ PHỎNG CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN ĐỔI TUNNEL TRONG IPv6. 45 3.1. Lựa chọn công cụ (GNS3). 45 3.1.1 Một số phần mềm mô phỏng mạng phổ biến. 45 3.1.1. Giới thiệu việc mô phỏng mạng trên GNS3 46 3.2. Quá trình mô phỏng. 50 3.3 Mô phỏng kết nối 2 host IPv6 51 3.3.1. Mô hình chuyển đổi giữa hai mạng IPv4 và IPv6. 51 3.3.2. Mô phỏng chuyển đổi trên công cụ GNS3 53 3.4. Kết luận. 61 CHƢƠNG IV. KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 5 DANH MỤC HÌNH VẼ H ình 1.1 Gói tin gửi tới địa chỉ 14 H ình 1.2 Gói tin gửi tới địa chỉ Anycast 14 H ình 1.3 Gói tin gửi tới địa chỉ Multicast 15 Hình 1.4 Cấu trúc địa chỉ Link-local 15 Hình 1.5 Xem địa chỉ Link-local của máy tính 16 Hình 1.6 Cấu trúc địa chỉ Site-local. 17 Hình 1.7 Cấu trúc địa chỉ Multicast Address. 17 Hình 1.8 Cấu trúc địa chỉ Anycast Address. 19 Hình 1.9 Định dạng chung của địa chỉ IPv6 19 Hình 1.10 Ipv6 Việt Nam 21 Hình 2.1 Địa chỉ IPv6 25 Hình 2.2 Địa chỉ link-local 26 Hình 2.3 Cấu trúc gói tin IPv6 28 Hình 2.4. IPv4 herder và IPv6 herder 30 Hinh 2.5. Chi tiết IPv6 Header 31 H ình 2.6 Bảng định tuyến 34 H ình 2.7 mô hình Dual stack 36 H ình 2.8 công nghệ NAT-PT 37 Hình 2.9 Cơ chế đóng gói khi thực hiện Tunneling 39 Hình 2.10 Cơ chế mở gói khi kết thúc Tunneling 40 Hinh 3.1 Mô hình thử nghiệm kết nối hai host. 49 Hình 3.2 Mô hình thử nghiệm Ipv6 Tunneling 50 Hình 3.3 Mô phỏng bằng phần mềm GNS3. 51 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 6 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Cơ chế phân bổ địa chỉ IPv6 10 Bảng 1.2 Ví dụ về địa chỉ IPv6 Multicast. 18 Bảng 1.3 Bảng mô tả các loại địa chỉ IPv6 Multicast. 18 Bảng 2.1 Cấu trúc vùng header của IPv4 khi thực hiện Tunneling Cơ chế mở gói khi thực hiện Tunneling IPv6-over- IPv4 40 Bảng 3.1 So sánh định tính của OPNET, QuaINet, OMNeT++ và NS- 2,GNS3 43 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 7 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AD Administrative Distance ARP Address Resolution Protocol CIDR Classless Inter-Domain Routing DHCP Dynamic Host Configuration Protocol DNS Domain Name System IANA Internet Assigned Numbers Authority ID Identifier IETF Internet Engineering Task Force IPv4 Internet Protocol version 4 IPv6 Internet Protocol version 6 ICMP Internet Control Message Protocol NAT Network Address Translation NBMA Non-Broadcast-Muti-Access ND Neighbor Discovery MAC Media Assess Control MTU Max Tranmission Unit OSI Open Systems Interconnection OSPFv3 Open Shortest Path First Version 3 RA Router Advertisement RS Router Solicitation RFC Request For Comment RIPng Routing Information Protocol next generation SVG Scalable Vector Graphics WAN Wide Area Network ISP Iternet Service Provider UDP User Datagram Protocol TTL Transistor – Transistor Logic Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 8 ĐẶT VẤN ĐỀ Một trong những vấn đề quan trọng mà kỹ thuật mạng trên thế giới đã và đang giải quyết là đối mặt với sự phát triển với tốc độ quá nhanh của mạng lƣới Internet toàn cầu. Sự phát triển này cùng với sự tích hợp dịch vụ, triển khai những dịch vụ mới, kết nối nhiều mạng với nhau, nhƣ mạng di động với mạng Internet đã đặt ra vấn đề thiếu tài nguyên dùng chung. Việc sử dụng hệ thống địa chỉ hiện tại cho mạng Internet là IPv4 đã không thể đáp ứng nổi sự phát triển của mạng Internet toàn cầu, do đó IPv6 đã ra đời. Hệ thống địa chỉ mới – IPv6 đã giải quyết đƣợc vấn đề thiếu hụt địa chỉ. Hệ thống địa chỉ IPv6 phát triển khi IPv4 đã đƣợc phát triển rộng rãi, mạng lƣới Internet hoàn thiện hoạt động tốt. Vì vậy, trong quá trình triển khai thế hệ địa chỉ IPv6, hai thế hệ mạng IPv4 và IPv6 sẽ cùng tồn tại trong một thời gian rất dài. Trong quá trình phát triển, các kết nối của IPv6 sẽ tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của IPv4. Do vậy cần có những nghiên cứu về quá trình định tuyến, phục vụ cho việc chuyển đổi từ địa chỉ IPv4 sang địa chỉ IPv6 và đảm bảo không phá vỡ cấu trúc Internet cũng nhƣ làm gián đoạn hoạt động của mạng Internet. Đề tài “nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6” nhằm mục đích nghiên cứu các giao thức định tuyến, chuyển đổi từ IPv6 sang IPv4 và dùng công cụ mô phỏng mạng để mô phỏng và đánh giá các kỹ thuật định tuyến này. Chƣơng I Qua nghiên cƣ́ u, tìm hiểu và biết đƣợc sự cạn kiệt của tài nguyên IPv4, Sự cần thiết của IPv6, tình hình triển khai IPv6 ở Việt Nam và trên thế giới. IPv6 có một không gian địa chỉ vô cùng lớn so với IPv4, khi IPv4 chỉ dùng 32bit địa chỉ trong khi IPv6 dùng 128bit. Trong tƣơng lai IPv6 không chỉ phục vụ cho Internet mà còn dùng cho tất cả các mạng máy tình, hệ thống viễn thông. Có thể sau này từng chiếc điều hòa, tủ lanh, Tivi hay từng chiếc công tơ điên… cũng mang một địa chỉ IPv6 để chủ nhân của ta có thể kết nối và điều khiển và ra lệnh từ xa. Điều quan trọng hơn là Tôi thấy đƣợc ƣu nhƣợc điểm IPv6 so với IPv4 và để có thể từng bƣớc triển khai thay thế dần mạng IPv4 bằng IPv6. Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 9 Chƣơng II Nghiên cƣ́ u về IPv6, từng cấu trúc, đặc điểm, các trƣờng và vấn đề định tuyến. Kỷ thuật chuyển đổi Tunneling cơ chế đóng gói tin khi thực hiện Tunneling, cơ chế mở gói khi kết thúc tunneling. Chƣơng III Tìm hiểu và so sánh các phần mềm giả lập, ƣu nhƣợc điểm của nó và GNS3 là phần mềm đƣợ c chọn để mô phỏng, mô phỏng giữa việc kết nối hai host trực tiếp với nhau bằng địa chỉ IPv6 thông qua router. Và kỷ thuật Tunneling đã đƣợc thể hiện rõ hơn trong trƣơng trình mô phỏng giữa một Công ty sử dụng IPv6 trên tài nguyên IPv4. Thái Nguyên, ngày 15 tháng 09 năm 2012 Học viên: Lê Tuấn Hƣng Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 10 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chƣơng trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trƣờng Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông - Đại Học Thái Nguyên. Trƣớc hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến quí thầy cô trƣờng Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông - Đại Học Thái Nguyên, Đặc biệt là những thầy cô đã tận tình dạy bảo cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Lê Quang Minh, Thầy đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hƣớng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trƣờng Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông- Đại Học Thái Nguyên đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập và hoàn thành tốt khóa học. Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận đƣợc những đóng góp quí báu của quý thầy cô và các bạn. Lời cảm ơn sau cùng tôi xin dành cho gia đình và những ngƣời bạn đã hết lòng quan tâm và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này! Tôi xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên Tháng 9 năm 2012 Học Viên : Lê Tuấn Hƣng [...]... Trƣớc nhu cầu sử dụng IPv6 thay thế IPv4 và đồng thời vẫn sử dụng IPv4, trong luận văn này em đã tập trung nghiên cứu công nghệ IPv6 và các kỹ thuật chuyển đổi từ IPv6 sang IPv4 Để giải quyết đƣợc vấn đề này, em đã đặt ra các bài toán cho luận văn Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 22 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 + Nghiên cứu tổng quan về IPv6 + Tìm hiểu bài... phép kiểm tra tính duy nhất của định chỉ IP Ngoài ra IPv6 còn đƣa ra khái niêm “phạm vi” trong địa chỉ Unicast và khái niệm đia chỉ anycast dùng để giửi các gói tin đến một tập hợp các node mạng Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 14 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 -Đơn giản hóa định dạng Header địa chỉ: Một vài trƣờng trong định dạng Header địa chỉ các gói... với mạng Internet hiện nay, những chức năng đã đƣợc kiểm duyệt trong IPv4 vẫn đƣợc duy trì trong IPv6 Chức năng không sử dụng trong IPv4 sẽ bị loại bỏ và đồng thời triển khai một số chƣc năng mới liên quan đến địa chỉ, bảo mật và triển khai các dịch vụ mới [6, 11] Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 12 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 1.2 Tổng quan về IPv6. .. một Router Sauk hi Interface và địa chỉ của next hop đƣợc xác định thì node sẽ cập nhật bộ nhớ đệm đích Các gói tin tiếp theo sẽ đƣợc truyền tới đích đó sẽ đƣợc sử dụng bộ nhớ đệm này mà không cần kiểm tra bảng định tuyến Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 36 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 Bảng định tuyến của mỗi giao thức định tuyến là khác nhau, nhƣng có... giửi và nhận lƣu lƣợng unicast Một địa chỉ sẽ ở trạng thái không hợp lệ khi mà thời gian sống hợp lệ bị hết [7,18, 19] Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 30 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 2.2 Cấu trúc gói tin IPv6 Gói tin IPv6 bao gồm các thành phần nhƣ trong hình sau: IPv6 header Extension header Upper layer protocol data unit Hình 2.3 Cấu trúc gói tin IPv6. .. route, Router sẽ hủy packet đó và giửi một gói ICMP network unreachable về host nguồn đã giửi gói tin đi Nếu tìm thấy trong bảng định tuyến tuyến đƣờng tới mạng đích Router sẽ đƣa gói tin ra interface tƣơng ứng Router sẽ đẩy gói tin đó ra bộ đệm của interface đó Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 35 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 Tiếp theo kiểu đóng gói ở... viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 26 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 Định hƣớng lại: Làm sao để thông báo cho node nguồn một đƣờng đi tốt nhất để đến đích [8, 18, 19] 2.1.2 Tự động cấu hình địa chỉ Một chức năng mới trong địa chỉ IPv6 là việc tự động cấu hình địa chỉ Trong IPv6 các thiết bị kết nối đƣợc giả định là không phải các thiết bị PC hay đầu cuối máy... chỉ định VD: Địa chỉ multicast ff01:0:0:0:0:0:0:43 ff01::43 Địa chỉ loopback 0:0:0:0:0:0:0:1 ::1 Địa chỉ chƣa chỉ định 0:0:0:0:0:0:0:0 :: Một kiểu địa chỉ khác là địa chỉ IPv6 nhúng địa chỉ IPv4, nhƣ ::10.0.0.1 Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 16 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 Tiền tố địa chỉ IPv6 đƣợc biểu diễn theo cú pháp CIDR nhƣ IPv4 nhƣ sau: IPv6adress/prefix... ARP của IPv4) dùng để phân giải địa chỉ IPv6 thành địa chỉ MAC của các node trong cùng 1 vùng (ở đây vùng trong ví dụ là Link-local) 1.2.6 Anycast Address Anycast là địa chỉ hoàn toàn mới trong IPv6 Còn đƣợc gọi là địa chỉ One-tonearest (một đến gần nhất) Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 21 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 Hình 1.8 Cấu trúc địa chỉ Anycast... nguồn và đích nên thực tế chỉ còn 8 bytes cho thông tin header chung [18, 22] 2.2.2 Cấu trúc Header chung Trong IPv6 có 5 trƣờng trong Header của IPv4 đƣợc gỡ bỏ: Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 31 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 + Header length; + Indentification; + Flag; + Fragment offset; + Header checksum - Header length: đƣợc gỡ bỏ vì Header của IPv6 . sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 2 Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng. Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6 Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B 8 ĐẶT VẤN ĐỀ Một trong những vấn đề quan trọng mà kỹ thuật mạng trên thế giới đã và đang. nghiên cứu các giao thức định tuyến, chuyển đổi từ IPv6 sang IPv4 và dùng công cụ mô phỏng mạng để mô phỏng và đánh giá các kỹ thuật định tuyến này. Chƣơng I Qua nghiên cƣ́ u, tìm hiểu và biết