INTERNET PROTOCOL VERSION 4, 6 AND TRANSITION MECHANISMS (có code)

INTERNET PROTOCOL VERSION 4, 6 AND TRANSITION MECHANISMS (có code)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP INTERNET PROTOCOL VERSION 4, AND TRANSITION MECHANISMS MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IANA Internet Assigned Numbers Authority IPv4 Internet Protocol version IPv6 Internet Protocol version ISP Internet Service Provider LAN Local Area Network MTU Maximum Transfer Unit NAT – PT Network Address Translation – Protocol Translation OSI Open Systems Interconnection OSPF Open Shortest Path First QoS Quality of Service TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol TTL Time To Live UDP User Datagram Protocol VoIP Voice over Internet Protocol ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 6/58 CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG Chương giới thiệu chung đề tài, phạm vi thực đề tài, mức độ hoàn thành đề tài, mặt hạn chế đề tài 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Sự phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, đặc biệt lĩnh vực mạng máy tính khơng đòi hỏi phải giải vấn đề lưu lượng cho mạng mà phải giải yêu cầu cung cấp địa cho thiết bị mạng kết nối Internet 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, em chọn đề tài “Internet protocol version 4, and transition mechanisms” nhằm tiếp cận công nghệ mới, xây dựng mơ hình ứng dụng mẫu làm bước đệm để thâm nhập sâu vào công nghệ 1.2 Phạm vi đề tài Phạm vi đề tài nhằm mục đích tìm hiểu cơng nghệ IPv4, IPv6, công nghệ chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 thời gian Dual – Stack, Tunneling, Translation Mơ kỹ thuật chuyển đổi Dual – Stack, Tunneling, NAT – PT (optional) phần mềm mô GNS3 Thực xây dựng mơ hình mạng thiết bị mạng thực tế để đánh giá thông số throughput, average delay hai công nghệ IPv4 IPv6 Qua có nhìn tổng quan công nghệ IPv6 triển khai tương lai Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7/58 1.3 Mức độ hoàn thiện đề tài Thơng qua q trình thực đề tài, phần nắm lý thuyết IPv4, IPv6, kỹ thuật chuyển đổi Dual – Stack, Tunneling, Translation Hoàn thành xây dựng mơ hình mơ Dual – Stack, Tunneling phần mềm mô GNS3 nhằm kiểm chứng lại lý thuyết kỹ thuật Đã đánh giá thông số throughput, average delay thơng qua q trình dựng lab Cơng Ty TNHH TV & DV Chuyên Việt – Trung tâm tin học VnPro 1.4 Hạn chế đề tài Do hạn chế mặt thời gian thực đồ án, thiết bị sử dụng thiết lập lab thực tế nên đề tài dừng lại mức tìm hiểu học tập Hạn chế mặt thiết bị có khả ảnh hưởng đến thơng số throughput, average delay Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 8/58 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ IPv4 VÀ IPv6 Chương giới thiệu chi tiết đặc điểm chung giao thức IPv4, IPv6 Đánh giá ưu nhược điểm giao thức 1.5 Giao thức IP (Internet Protocol) IP giao thức hướng liệu sử dụng máy nguồn đích để truyền liệu hạ tầng mạng Giao thức IP nằm lớp Internet mơ hình TCP/IP hay cịn gọi lớp Network mơ hình OSI Các thực thể lớp chủ yếu thực việc định tuyến, tìm đường tối ưu mạng để vận chuyển lưu lượng Ngày nay, IP gần giao thức lớp thống trị, sử dụng rộng rãi hệ thống mạng phạm vi tồn giới IP thơng dụng hạ tầng mạng ngày IPv4; giao thức IP phiên IPv6 đề nghị IPv4 1.6 Những đặc điểm chung giao thức IPv4 Giao thức IPv4 có số đặc điểm chung đáng ý sau:  IPv4 hoạt động lớp Internet mơ hình TCP/IP hay cịn gọi lớp Network mơ hình OSI IP thực chế truyền tải lớp ba thông qua sơ đồ mạng định tuyến  Giao thức IP sử dụng chế định địa theo kiểu phân cấp (hierarchical addressing), phần network-id địa giống tên đường phần host-id địa IP số nhà nhà đường  IP giao thức connectionless điển hình, tức liệu IP thiết bị lớp ba truyền (best effort), khơng có chế thiết lập kết nối, khơng có chế báo nhận hay điều khiển luồng sử dụng với IP Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 9/58  Khơng có chế khơi phục lại gói tin bị đường Việc giao lại cho giao thức lớp Cấu trúc gói tin giao thức IP chia thành hai phần phần header phần data Trong header phần chứa thơng tin quản lý gói tin data liệu cần truyền tải đóng gói gói tin IP Nếu so sánh gói tin IP kiện hàng header phần ghi lại thơng tin hàng hóa cịn data hàng hóa vận chuyển Hình 1-1 bên mơ tả cấu trúc IP header: Hình 2-1: IPv4 Header [1] Trong đó:  Version (4 bits): Trường cho biết version giao thức IP sử dụng Hiện có hai version giao thức IP Header phía giao thức IPv4 nên giá trị trường (0100)  Internet Header Length (4 bits): Trường cho biết kích thước tình theo đơn vị word – 32 bit IP header Giá trị nhỏ trường (0101) gói tin có độ dài 5×32 = 160 bits = 20 bytes  Service Type (8 bits): Trường sử dụng cho mục đích đánh dấu liệu phục vụ cho tác vụ QoS với gói tin IP QoS (Quality of Service) tập hợp kỹ thuật cho phép cấp phát tài nguyên cách thích hợp cho Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 10/58 loại liệu khác nhau, từ đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng cho loại liệu Ví dụ Voice over IP (VoIP) sử dụng kiểu truyển best – effort đánh dấu với giá trị 0, độ ưu tiên cao trường  Packet Length (16 bits): Cho biết độ dài toàn gói tin IP (Bao gồm phần header data) tính theo byte  Identification (16 bits): Trường dùng để định danh gói tin từ nguồn gửi gói tin Nếu gói tin IPv4 bị phân mảnh, phân mảnh giữ lại giá trị trường này, mục đích để phía nhận nhóm lại mảnh phục hồi gói tin  Flags (3 bits): Trường phục vụ cho mục đích phân mảnh gói tin Bao gồm bits, bit không sử dụng, bit thứ hai gói tin cho phép phân mảnh khơng cho phép phân mảnh, bit thứ ba khơng phải mảnh cuối cịn mảnh cuối  Fragment Offset (13 bits): Nếu việc phân mảnh xảy ra, trường cho biết vị trí offset mảnh so với gói tin gốc để ghép lại thành gói tin hoàn chỉnh  Time to Live (8 bits): TTL sử dụng để chống loop gói tin IP xảy lỗi định tuyến sơ đồ mạng Cứ gói tin IP qua node lớp (ví dụ router), giá trị TTL lại giảm đơn vị Khi TTL = gói tin bị loại bỏ  Protocol (8 bits): Trường dùng để nhận dạng giao thức truyền tải phần data gói tin IP Các giao thức truyền tải giao thức IP gán cho giá trị Protocol – ID quy đỉnh IANA (Internet Assigned Numbers Authority), tổ chức quốc tế quản lý địa IP số hiệu mạng Ví dụ: Nếu protocol – id = 6, phần data gói tin IP đóng gói TCP segment; protocol – id = 17, phần data gói tin IP đóng gói Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 53/58 Tiếp tục thực thao tác để lấy giá trị RTT gói tin lại 124, 269, 539, 780, 1029, 1237, 1401 bytes Kết giá trị throughput IPv4 IPv6 biểu thị theo biểu đồ bên Hình 5-7: Throughput IPv4 IPv6 trường hợp Có thể thấy throughput trung bình trường hợp gửi tất gói tin theo IPv4 2.90 (Mbps), theo IPv6 3.40 (Mbps) Như theo tỉ lệ throughput truyền tải IPv6 cao 14.64% so với IPv4 Kết đo average delay trường hợp Trên PC1 vào cmd thực gói Ping với cầu trúc sau [ping {địa chỉ} –n {số gói tin}] tới PC2 theo bảng 4-2: Bảng 4-2: Number of Packets Thực Ping từ PC1 (192.168.1.1) tới PC2 (192.168.2.1) gói tin 20, 40, 60, 80, 100 Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 54/58 Ví dụ Ping đến PC2 (192.168.2.1) gói tin 20 với cấu trúc sau [ping 192.168.2.1 –n 20] Kết thu có giá trị average delay 2.75 (ms) Hình 5-8: Giá trị average delay IPv4 Tương tự thực Ping từ PC1 (2001:1::1/64) tới PC2 (2001:2::1/64) với cấu trúc sau [ping 2001:2::1 –n 20] Kết thu có giá trị average delay 1.82 (ms) Hình 5-9: Giá trị average delay IPv6 Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 55/58 Tiếp tục thực lệnh Ping cho gói tin cịn lại 40, 60, 80, 100 với cấu trúc [ping {192.168.2.1/2001:2::1} –n {40/60/80/100}] Kết average delay sau thực xong biểu thị theo biểu đồ bên Hình 5-10: Average delay IPv4 IPv6 trường hợp Từ kết thu thấy giá trị average delay trung bình gói tin IPv4 2.65 (ms), IPv6 1.95 (ms) IPv6 có average delay thấp IPv4 26.42% 1.1.28 Trường hợp Ở trường hợp PC1 gửi gói tin đến PC2 gói tin qua routers R1, R2 Trong trường hợp mục đích nhằm xem xét cụ thể router có ảnh hưởng đến gói tin, thông số throughput, average delay qua nhiều router Hình 5-11: Sơ đồ mơ trường hợp Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 56/58 Cũng giống trường hợp Lập lại bược thực lấy thông số RTT gói tin 84, 124, 269, 539, 780, 1029, 1237, 1401 theo IPv4 IPv6 Tương tự average delay 20, 40, 60, 80, 100 theo IPv4 IPv6 Kết đo throughput trường hợp Hình 5-12: Throughput IPv4 IPv6 trường hợp Kết cho thấy throughput trung bình truyền tải IPv4 2.71 (Mbps), IPv6 3.19 (Mbps) Tỉ lệ đo throughput trường hợp IPv6 cao IPv4 15.05% Kết đo average delay trường hợp Hình 5-13: Average delay IPv4 IPv6 trường hợp Average delay trung bình IPv4 3.78 (ms), IPv6 2.92 (ms) Tỉ lệ average delay IPv6 thấp hơp IPv4 22.76% Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 57/58 1.1.29 Kết luận chương Bảng thống kê 4-3 cho thấy kết trường hợp (TH1) trường hợp (TH2) Có thể thấy throughput IPv4 TH2 giảm 6.4% so với TH1; throughput IPv6 TH2 giảm 6.2% so với TH1; average delay IPv4 TH2 tăng 29.9%; average delay IPv6 TH2 tăng 33.22% Bảng 4-3: Bảng so sánh thông số Trường hợp Trường hợp Throughput average IPv4 (Mbps) 2.90 2.71 Throughput average IPv6 (Mbps) 3.40 3.19 Average delay IPv4 (ms) 2.65 3.78 Average delay IPv6 (ms) 1.95 2.92 Nguyên nhân throughput TH2 giảm so với TH1, average delay tăng lên nhiều yếu tố như: Tốc độ thiết bị, chiều dài cáp, độ ổn định hệ thống mạng, Nhưng xét khía cạnh đề tài ngun nhân gói tin IP Thay gói tin qua routers TH1, lại qua đến routers TH2 Xét tầng IP cho thấy, router phải thời gian mở gói tin forwarding gói tin theo bảng định tuyến router Điều phần gây ảnh hưởng đến thông số throughput average delay Nhưng sau kết thông số đo cho thấy IPv6 có throughput cao hơn, average delay thấp so với IPv4 CHƯƠNG KẾT LUẬN 1.19 Nhận xét Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 58/58 Đề tài “Internet protocol version 4, and transition mechanisms” tập trung tìm hiểu cơng nghệ IPv4, IPv6, kỹ thuật chuyển đổi IPv4 sang IPv6 Dual – Stack, Tunneling, NAT – PT Mô kỹ thuật chuyển đổi phần mềm GNS3 Đánh giá hiệu IPv4 IPv6 thông qua hệ thống lab thực tế dựa thông số throughput, average delay Sau thực nghiệm đề tài hiểu tổng quan hệ địa tương lai IPv6, kỹ thuật chuyển đổi sử dụng 1.20 Hạn chế Do hạn chế mặt thời gian thực đồ án, thiết bị sử dụng thiết lập lab thực tế nên đề tài dừng lại mức tìm hiểu học tập Hạn chế mặt thiết bị có khả ảnh hưởng đến thông số throughput, average delay 1.21 Hướng phát triển Đề tài đời nhằm mục đích tìm hiểu hệ địa IPv6 bối cảnh IPv4 dần cạn kiệt Các ISP (Internet Service Provider) lớn FPT, Viettel, VNPT triển khai IPv6 từ năm 2016 Hiện IPv6 đề tài bật nay, đề tài làm bước đệm muốn tập trung nghiên cứu sâu IPv6 công tác ISP lớn Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Trung tâm tin học VnPro (2011), Hướng dẫn học CCNA Routing & Switching, Nhà xuất thông tin truyền thông Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 59/58 [2] Phạm Duy Cảnh (2017), Nghiên cứu kỹ thuật chuyển đổi 6VPE từ IPv4 sang IPv6 mô cấu hình chuyển đổi mơi trường mạng IP MPLS, Luận văn thạc sĩ công nghệ thông tin, Trường Đại Học Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội [3] https://www.vnnic.vn/ Tiếng Anh: [4] Pete Loshin, IPv6 Pratice, IPv6: Theory, Protocol and Pratice, Morgan Kaufmann Publisher, United States, pp 320-385 [5] Laura Chappell (2012), Wireshark Network Analysis, Protocol Analysis Institute, San Jose [6] https://tools.ietf.org/html/rfc6147 [7] https://www.ietf.org/rfc/rfc2893.txt [8] https://www.cisco.com/c/en/us/products/collateral/ios-nx-ossoftware/enterprise-ipv6-solution/white_paper_c11-676278.html Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 60/58 PHỤ LỤC A Code mô kỹ thuật Manual Tunnel R1#show run Building configuration ! ipv6 unicast-routing ! interface Tunnel0 no ip address shutdown ipv6 address 3001:1::1/64 tunnel source 10.0.0.2 tunnel destination 10.0.0.1 tunnel mode ipv6ip ! interface FastEthernet0/0 no ip address duplex auto speed auto ipv6 address 2001:1::2/64 ipv6 enable ! interface Serial0/0 ip address 10.0.0.2 255.255.255.0 clock rate 2000000 ! R2#show run ! ipv6 unicast-routing Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 61/58 ! interface Tunnel0 no ip address ipv6 address 3001:1::2/64 tunnel source 10.0.0.1 tunnel destination 10.0.0.2 tunnel mode ipv6ip ! interface FastEthernet0/0 no ip address duplex auto speed auto ipv6 address 2001:2::2/64 ipv6 enable ! interface Serial0/0 ip address 10.0.0.1 255.255.255.0 clock rate 2000000 ! Code mô kỹ thuật 6to4 Tunnel R1#show run ! ipv6 unicast-routing ! interface Tunnel1 no ip address no ip redirects ipv6 address 2002:AC1A:C01::1/64 tunnel source Serial0/0 Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 62/58 tunnel mode ipv6ip 6to4 ! interface FastEthernet0/0 no ip address duplex auto speed auto ipv6 address 2001::2/64 ! interface Serial0/0 ip address 172.26.12.1 255.255.255.0 clock rate 2000000 ! R2#show run ! interface Serial0/0 ip address 172.26.12.2 255.255.255.0 clock rate 2000000 ! interface Serial0/1 ip address 172.26.23.2 255.255.255.0 clock rate R3#show run ! ipv6 unicast-routing ! interface Tunnel1 no ip address no ip redirects ipv6 address 2002:AC1A:1703::3/64 Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 63/58 tunnel source Serial0/0 tunnel mode ipv6ip 6to4 ! interface FastEthernet0/0 no ip address duplex auto speed auto ipv6 address 2003::/64 ipv6 address 2003::2/64 ! interface Serial0/0 ip address 172.26.23.3 255.255.255.0 clock rate 2000000 ! Internet Protocol version 4, and transition mechanism ... Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 44/58 Hình 4-24: Mơ kỹ thuật 6to4 Tunnel 1.1.23 Kết mơ PC1 có địa IPv6 2001::1 /64 PC2 có địa IPv6 2003::1 /64 Internet Protocol. .. 2001:1::1 /64 R1 có địa interface 0/0 IPv4 192. 168 .1.2 địa IPv6 2001:1::2 /64 Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 39/58 Trên interface serial 0/0 R1 có địa IPv6... IPv4 Internet Protocol version 4, and transition mechanism ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 32/58 Hình 3-17: Kỹ thuật 6to4 Tunnel Trở lại với công nghệ Tunnel 6to4 Tunnel 6to4 cho phép miền IPv6 6to4 tách