NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG THỨC CHUYỂN ĐỔI IPV4/IPV6 VÀ ĐỀ XUẤT TRIỂN KHAI IPV6 TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG HÀ NỘI

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Vũ Đức Hiệu NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG THỨC CHUYỂN ĐỔI IPV4/IPV6 VÀ ĐỀ XUẤT TRIỂN KHAI IPV6 TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG HÀ NỘI Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2012 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS Đỗ Mạnh Quyết Phản biện 1:…………………………………………… Phản biện 2:…………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: ngày tháng năm 2012 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Công nghệ Bưu Viễn thông MỞ ĐẦU Mạng Internet mạng dùng công nghệ IP trở lên quan trọng sống xã hội đại ngày Mạng Internet tạo môi trường hoạt động toàn cầu cho tất người tham gia, gần xóa biên giới quốc gia, thu ngắn khoảng cách địa lý Một vấn đề quan trọng mà kỹ thuật mạng giới phải giải phát triển với tốc độ nhanh mạng Internet toàn cầu Sự phát triển với tích hợp dịch vụ, triển khai dịch vụ mới, kết nối nhiều mạng khác 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 không đáp ứng phát triển mạng Internet toàn cầu tương lai Do nghiên cứu triển khai ứng dụng phương thức đánh địa nhằm khắc phục hạn chế yêu cầu tất yếu cần làm Mạng Internet Việt Nam đặt yêu cầu tương tự Nhưng với hệ thống sở hạ tầng tại, thiết bị dịch vụ khai thác sử dụng hệ thống địa IPv4 Các thiết bị phần mềm chưa hỗ trợ nhiều chưa tương thích chưa sẵn sàng với việc sử dụng tới việc sử dụng IPv6 (Internet Protocol version 6) Để bắt kịp với phát triển mạng Internet, tương lai mạng Internet Việt Nam phải hỗ trợ IPv6 Vấn đề triển khai sử dụng IPv6 thay đổi có quy mô rộng lớn Vì cần có chuẩn bị kỹ lưỡng trước thực để giảm chi phí, tận dụng sở hạ tầng có Hiện viễn thông Hà Nội đơn vị thành viên tập đoàn tiến hành chuẩn bị mạng lưới, rà soát kiểm tra lại quy hoạch dải địa IPv4 để thực lộ trình triển khai IPv6 tập đoàn VNPT giao cho, với cấu hình mạng trạng với nhiều phần tử mạng, cung cấp đa dạng lớn dịch vụ vậy, Viễn thông Hà Nội triển khai để đạt hiệu nhất, chi phí giảm mà không ảnh hưởng đến người sử dụng sở hạ tầng mạng có Do đề tài xây dựng theo nội dung sau: Chương 1: Tổng quan địa IPv6 Chương 2: Các phương thức chuyển đổi IPv4/IPv6 Chương 3: Đề xuất phương án triển khai IP6 mạng Viễn thông Hà Nội CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỊA CHỈ IPv6 1.1 Nguyên nhân phát triển Ipv6 Vấn đề địa IP, không gian địa IP cạn kiệt, địa IP (IPv4) đáp ứng nhu cầu mở rộng mạng Bước tiến quan trọng mang tính chiến lược kế hoạch mở rộng việc nghiên cứu cho đời hệ sau giao thức IP, IP version IPv6 đời nghĩa phủ nhận hoàn toàn IPv4 Vì phiên hoàn toàn công nghệ IP, việc nghiên cứu, ứng dụng vào thực tiễn thách thức lớn Một thách thức liên quan đến khả tương thích IPv6 IPv4, liên quan đến việc chuyển đổi từ IPv4 lên IPv6, làm mà người dùng khai thác mạnh IPv6 không thiết phải nâng cấp đồng loạt toàn mạng (LAN, WAN, Internet…) lên IPv6 1.2 Những giới hạn Ipv4 1.3 Quản lý địa IPv4 1.4 Cấu trúc địa Ipv6 1.4.1 Tăng kích thước tầm địa Hình 1.2 Số Bits IPv4 so với IPv6 IPv6 sử dụng 128 bit địa chỉ, Gấp 296 lần so với địa IPv4 1.4.2 Sự phân cấp địa toàn cầu a) Phân cấp địa lúc ban đầu Hình 1.4 Kiến trúc quản lý việc cấp phát địa IPv6 lúc đầu Trong đó: b) Phân cấp địa Địa IPv6 sử dụng giải pháp gọi prefix (tiền tố) để phân cấp địa thành khối xác định Hình 1.5 Kiến trúc quản lý việc cấp phát địa IPv6 1.4.3 Quy trình hoạt động địa IPv6 1.4.4 Một số tính trội so với IPv4 - Đơn giản hóa việc đặt địa Host - Tự động cấu hình địa - Hiệu suất cao - Giảm thời gian xử lý Header, giảm Overhead - Hỗ trợ tốt tính di động 1.5 So sách Header IPv4 IPv6 Phần đầu IPv6 phiên cải tiến, tổ chức hợp lý so với Phần đầu IPv4 Trong loại bỏ số trường không cần thiết sử dụng thêm vào trường hỗ trợ tốt cho lưu lượng thời gian thực Hình 1.10 So sánh phần đầu IPv4 IPv6 1.5.1 Chiều dài phần đầu IPv6 Gói tin IPv6 có hai dạng Phần đầu: phần đầu (basic phần đầu) phần đầu mở rộng (extension phần đầu) Hình 1.11 Cấu trúc gói tin IPv6 1.5.2 Những trường bỏ Phần đầu IPv6 1.5.3 Chi tiết Phần đầu IPv6 1.5.3.1 Các trường có phần đầu IPv6 Hình 1.12 Chi tiết phần đầu IPv6 Các trường có IPv6 Header :  Version : Trường chứa bit 0110 ứng với số phiên IP  Traffic Class : Trường bit Trường sử dụng để biểu diễn mức ưu tiên gói tin  Flow Label : Trường hoàn toàn IPv6, có 20 bit chiều dài Trường biểu diễn luồng cho gói tin sử dụng kỹ thuật chuyển mạch đa lớp (multilayer switching)  Payload Length : Trường 16 bit Tương tự trường Toal Length IPv4, xác định tổng kích thước gói tin IPv6 (không chứa header)  Next Header : Trường bit Trường xác định xem extension header có tồn hay không, không sử dụng, header chứa thông tin tầng IP Nó theo sau header tầng cao hơn, tức header TCP hay UDP, trường Next Header loại header theo sau  Hop Limit : Trường bit Trường tương tự trường Time to live IPv4 Nó có tác dụng số hop tối đa mà gói tin IP qua Qua hop hay router, giá trị trường giảm  Source Address : Trường gồm 16 octet (hay 128 bit), định danh địa nguồn gói tin  Destination Address : Trường gồm 16 octet (hay 128 bit), định danh địa đích gói tin 1.5.3.1 Phần đầu mở rộng phần đầu IPv6 Ngoài IPv6 Header có thêm Extension Headers, phần Header mở rộng Hình 1.13 Thứ tự header gói tin IPv6 Phần đầu mở rộng đặc tính hệ địa IPv6 1.6 Định nghĩa cách biểu diễn phân loại địa IPv6 1.6.1 Các quy tắc biểu diễn 128 bit IPv6, chia thành Octet, Octet chiếm byte (4 bit), gồm số viết hệ số Hexa, nhóm ngăn cách dấu hai chấm IPv6 địa nên không dùng hết 128 bit, có nhiều số bit đầu nên ta viết rút gọn để lược bỏ số 1.6.2 Địa Unicast Address Unicast Address dùng để xác định interface phạm vi Unicast Address Gói tin (Packet) có đích đến Unicast Address thông qua Routing để chuyển đến interface Unicast Address gồm loại: a) Global Unicast Address: b) Link-local Addresses: c) Site-local Addresses: 1.6.3 Địa Multicast Address Multicast Address dùng để xác định nhiều interfaces Packet có đích đến Multicast Address thông qua Routing để chuyển đến tất interfaces có Multicast Address Hình 1.18 Cấu trúc địa Multicast Address 11 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG THỨC CHUYỂN ĐỔI IPV4 /IPV6 2.1 Đặt vấn đề Trong trường hợp thủ tục IPv6 chuẩn hóa, hoàn thiện hoạt động tốt, việc chuyển đổi thúc đẩy thực thời gian định mạng nhỏ, mạng tổ chức Tuy nhiên khó thực với mạng lớn Hình 2.1 Sự chuyển đổi mạng IPv4 IPv6 Do cần có công nghệ phục vụ cho việc chuyển đổi từ địa IPv4 sang địa IPv6 Phần giới thiệu ba công nghệ chuyển đổi sử dụng phổ biến :  Dual Stack : Cho phép IPv4 IPv6 hoạt động thiết bị mạng  Tunnelling : Công nghệ đường hầm, sử dụng sở hạ tầng mạng IPv4 để truyền tải gói tin IPv6, phục vụ cho kết nối IPv6  NAT-PT : Thực chất dạng thức công nghệ NAT, cho phép thiết bị hỗ trợ IPv6 giao tiếp với thiết bị hỗ trợ IPv4 12 2.2 Các phương thức chuyển đổi 2.2.1 Chồng hai giao thức (Dual Stack) Cơ chế Chồng hai giao thức gọi chế chồng lớp Cơ chế đảm bảo Host/Router cài hai giao thức IPv4 IPv6 Với chế đôi (Dual) này, hoạt động Host/ Router hoàn toàn tương thích với IPv4 IPv6 Những ứng dụng hỗ trợ Chồng hai giao thức hoạt động với địa IPv4 địa IPv6 Hình 2.2 Mô hình Dual-stack - Dual-stack hệ điều hành Windows : - Dual-stack Cisco 2.2.2 Công nghệ Đường hầm (tunnel) Tunneling (đường hầm) công nghệ sử dụng sở hạ tầng mạng IPv4 để truyền tải gói tin IPv6, phục vụ cho kết nối IPv6 Địa IPv6 phát triển Internet IPv4 sử dụng 13 rộng rãi có mạng lưới toàn cầu Trong thời điểm dài ban đầu, mạng IPv6 ốc đảo, chí host riêng biệt mạng lưới IPv4 rộng lớn Làm để mạng IPv6, hay chí host IPv6 riêng biệt kết nối với nhau, kết nối với mạng Internet IPv6 chúng có đường kết nối IPv4 Sử dụng sở hạ tầng mạng IPv4 để kết nối IPv6 mục tiêu công nghệ tunneling Hình 2.5 Công nghệ đường hầm (tunneling) Nguyên tắc hoạt động việc tạo đường hầm Nguyên tắc việc tạo đường hầm công nghệ đường hầm sau: -Xác định thiết bị kết nối điểm đầu cuối đường hầm Hai thiết bị phải có khả hoạt động chồng giao thức -Trên hai thiết bị mạng (có kết nối Internet IPv4) đầu cuối đường hầm, thiết lập giao diện đường hầm (giao diện ảo, giao diện vật lý) dành cho gói tin IPv6 "bọc" gói tin IPv4 qua -Xác định địa IPv4 địa IPv6 nguồn đích giao 14 diện đường hầm Gắn địa IPv6 cho giao diện đường hầm Phân loại công nghệ đường hầm Tùy theo công nghệ đường hầm, điểm bắt đầu kết thúc đường hầm cấu hình tay người quản trị, tự động suy từ địa nguồn địa đích gói tin IPv6, đường hầm có dạng kết nối điểm - điểm hay điểm - đa điểm - Đường hầm cấu hình (Configured Tunnel) - Đường hầm tự động (Automatic Tunnel) 2.2.2.1 Đường hầm cấu hình (Configured Tunnel) 2.2.2.2 Đường hầm tự động (Automatic Tunnel) 2.2.3 Kịch IPv6 qua IPv4 (6over4 tunneling) 2.2.4 Kịch IPv6 đến IPv4 (6to4 tunneling) Công nghệ đường hầm 6to4 công nghệ sử dụng địa IPv4 toàn cầu tạo khối địa IPv6 riêng, khác biệt với địa IPv6 cấp tổ chức quản lý tài nguyên quốc tế (thường gọi địa IPv6) Hình 2.6 Mô hình 6to4 tunneling 15 2.2.4.1 Địa IPv6 sử dụng công nghệ đường hầm 6to4 Địa 6to4 có prefix 2002::/16, kết hợp với 32 bit địa IPv4 tạo nên địa 6to4 có prefix /48 toàn cầu sử dụng cho mạng IPv6 Prefix /48 địa IPv6 mạng 6to4 tương ứng với địa IPv4 toàn cầu cấu tạo theo nguyên tắc sau: Hình 2.7 Cấu trúc địa IPv6 6to4 2.2.4.2 Các thành phần công nghệ đường hầm 6to4: Hình 2.8 Các thành phần tunnel 6to4 Mô hình ứng dụng công nghệ đường hầm 6to4 (Tunnel 6to4) đơn giản kết nối nhiều mạng IPv6 riêng biệt, mạng có đường kết nối tới mạng IPv4 chung qua router biên gắn địa IPv4 toàn cầu 16 2.2.5 Kịch Tunnel Broker Tunnel Broker hình thức tạo đường hầm, tổ chức đứng làm trung gian, cung cấp kết nối tới mạng Internet IPv6 cho thành viên đăng ký sử dụng dịch vụ Tunnel Broker tổ chức cung cấp Hình 2.9 Mô hình kết nối ipv6 với tunnel Broker 2.2.6 Công nghệ dịch địa (NAT) 2.2.6.1 Phân loại công nghệ NAT-PT 2.2.6.2 Nguyên lý làm việc NAT-PT 2.3 Kết luận chương Xây dựng mạng có khả tương thích, sử dụng hai dạng địa IPv4 IPv6 khó khăn nhà quản trị mạng nói riêng, người sử dụng nói chung Chương trình bày số giải pháp để hai dạng địa v4 v6 “nói chuyện” với Một giải pháp là: Dual-stack, Công nghệ đường hầm (Tunnel), Công nghệ biên dịch NAT Những kỹ thuật đời với mục đích tiết kiệm chi phí để triển khai mạng Backbone IPv6 17 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT TRIỂN KHAI IPV6 TRÊN MẠNG VNPT HÀ NỘI 3.1 Định hướng lộ trình triển khai IPv6 tập đoàn VNPT 3.1.1 Định hướng phương án triển khai IPv6 cho mạng VNPT a, Về yêu cầu: b, Về giải pháp kỹ thuật  Giải pháp DUAL STACK Hình 3.1 Giải pháp triển khai Dual Stack cho mạng VNPT  Giải pháp Tunnel-6RD 18 Hình 3.2 Giải pháp triển khai 6RD cho mạng VNPT 3.1.2 Lộ trình triển khai IPv6 tập đoàn VNPT Bảng 3.1 Lộ trình triển khai IPv6 tập đoàn VNPT Giai đoạn 1: Giai đoạn chuẩn bị (2011-2012) Giai đoạn 2: Giai đoạn cung cấp thử nghiệm (2013-2014) Giai đoạn 3: Giai đoạn cung cấp thức dịch vụ IPv6 (2015-2017) Giai đoạn 4: Giai đoạn hoàn thiện việc cung cấp dịch vụ IPv6 (2018-2020) 19 3.2 Đề xuất phương án lộ trình triển khai IPv6 mạng Viễn thông Hà Nội 3.2.1 Hiện trạng mạng VNPT Hà Nội nhu cầu triển khai IPv6 3.2.1.1 Hiện trạng mạng cấp phát địa IPv4 VNPT Hà Nội a, Mô hình tổ chức mạng VNPT Hà Nội Hình 3.3 Mô hình tổ chức mạng VNPT Hà Nội 20 b, Cấp phát địa IPv4 cho khách hàng Địa IPv4 cho khách hành truy nhập thực qua hai hình thức cấp địa IP động địa IP tĩnh - Địa IP tĩnh - Địa IP động Mô hình cấp địa IP động cho khách hàng sử dụng truy nhập Internet MyTV sau: Hình 3.4 Sơ đồ mô tả cung cấp địa động DHCP 3.2.1.2 Hiện trạng sử dụng địa IPv4 dự báo nhu cầu đến năm 2015 a, Khả đáp ứng địa IPv4 phân cho VNPT Hà Nội Hiện VNPT Hà nội cung cấp dịch vụ thuê bao băng rộng lên đến gần 400 nghìn thuê bao Chỉ tính riêng dịch vụ ADSL: Khu vực quận nội thành có số lượng thuê 21 bao gần 200 nghìn thuê bao, khu vực huyện ngoại thành số thuê bao đạt 110 nghìn thuê bao, khu vực ngoại thành (Hà Tây cũ) số lượng thuê bao là: 70 nghìn thuê bao Biểu đồ 3.1 Phát triển thuê bao ADSL qua năm VNPT Hà Nội (Nguồn: Tổng hợp báo cáo viễn thông hàng năm đơn vị) Hiện VNPT Hà Nội sử dụng dải địa 222.252.x.x thuộc dải địa 222.252.0.0/16 mà VNNIC cấp cho tập đoàn VNPT, phần dải địa dành riêng để cấp IP tĩnh cho khách hàng Các khách hàng thường tổ chức, đại lý Internet…đã đăng ký sử dụng, số lượng địa sử dụng khoảng 2000 địa 22 Ngoài số lượng địa cấp sử dụng địa IP tĩnh có số lượng lớn khoảng 300 nghìn khách hàng sử dụng địa IP động VNPT Hà Nội sử dụng dải địa VDC quy hoạch theo vùng, số lượng địa thuộc dải địa VNNIC cấp cho tập đoàn VNPT gồm địa thuộc dải: 14.160.x.x/16, 123.25.x.x/12, 113.160.x.x/12, 203.210.128.x/17 b, Dự báo nhu cầu phát triển đầu cuối VNPT Hà Nội đến năm 2015 Với nhu cầu sử dụng dịch vụ băng rộng ngày cao đặc biệt nhu cầu chủ yếu tập trung quận mới, huyện có tốc độ đô thị hóa cao quận Hà Đông, huyện Đông Anh, Sóc Sơn vv Với nhu cầu sử dụng cần địa IP để đáp ứng dự kiến đến năm 2015 tính riêng VNPT Hà Nội số lượng thuê bao ADSL đạt khoảng 600 nghìn thuê bao Để thực sử dụng địa IPv6 phục vụ nhu cầu phát triển địa bàn cần tập trung vào vấn đề: - Lựa chọn khu vực khu vực để triển khai như: rà soát lại nhu cầu thực tăng khu vực, tình trạng thiết bị có…chỉ tập trung khu vực phát triển (như quận mới, số huyện phát triển Đông Anh, Sóc Sơn, thị xã Sơn Tây) - Thống kê, quy hoạch lại dải địa IPv4 cấp, xác định cụ thể địa có cấp cho khách hàng 23 số vùng cụ thể chưa định hướng triển khai IPv6 (Như số quận nội thành) 3.2.1.3 Đề xuất mô hình triển khai IPv6 VNPT Hà Nội Để triển khai giải pháp Dual Stack giải pháp hiệu thực triển khai phương án thực thể mạng phải cài đặt để hoạt động Dual stack Hình: 3.5 Mô hình đề xuất triển khai IPv6 cho mạng VNPT Hà Nội 24 3.2.2 Đề xuất lộ trình triển khai IPv6 Viễn Thông Hà Nội Giai đoạn 1: Chuẩn bị cở sở hạ tầng, lựa chọn hãng cung cấp (2012-2014) Giai đoạn 2: Cung cấp thử nghiệm (2014-2016) Giai đoạn 3: Cung cấp thức dịch vụ IPv6 (2016-2019) 3.3 Kết luận chương Chương giới thiệu hệ thống, mô hình cấu trúc mạng viễn thông Hà Nội, đồng thời giới thiệu kế hoạch triển khai IPv6 mạng VNPT Hiện IPv6 bắt đầu đưa vào triển khai thử nghiệm, phần tử mạng đánh giá cách chi tiết để phục vụ cho việc chuyển đổi IPv4/IPv6 Chính phần quan trọng chương phần đề xuất triển khai chuyển đổi IPv4/IPv6 mạng VNPT Hà Nội, đơn vị thành viên tập đoàn VNPT kế hoạch triển khai gắn liền với kế hoạch triển khai tập đoàn VNPT định hướng 25 KẾT LUẬN Cấu trúc địa IPv6 xây dựng nhằm cung cấp địa Internet thời gian tới để thay cho địa IPv4 dần cạn kiệt Nhưng bối cảnh mạng trạng đầu tư nhiều sử dụng địa IPv4, dải địa hết việc thay dải địa tất yếu loại bỏ hoàn toàn sở mạng có đầu tư mạng hoàn toàn để sử dụng IPv6 Luận văn làm rõ số vấn đề sau:  Tổng hợp khái niệm IPv6 Cấu trúc chức phần tử IPv6, thủ tục quan trọng hoạt động IPv6  Tìm hiểu khái niệm chế chuyển đổi IP4/IPv6, cấu trúc thành phần IPv6  Nghiên cứu giải pháp chuyển đổi IPv4/IPv6 Nắm bắt tình hình triển khai thử nghiệm IPv6 VNPT nói chung Viễn thông Hà Nội nói riêng Hướng triển khai dịch vụ IPv6 thời gian tới