Sự chuyển tiếp từ IPv4 tới IPv6

Sự chuyển tiếp từ IPv4 tới IPv6 3.1.Đặt vấn đề: - Giao thức IPv6 có nhiều ưu điểm vượt trội so với IPv4, đáp ứng được nhu cầu phát triển của mạng Internet hiện tại và trong tương lai. Do đó, giao thức IPv6 sẽ thay thế IPv4. Tuy nhiên, không thể chuyển đổi toàn bộ các nút mạng IPv4 hiện nay sang IPv6 trong một thời gian ngắn. Hơn nữa, nhiều ứng dụng mạng hiện tạichưa hỗ trợ IPv6. Theo dự báo của tổ chức ISOC, IPv6 sẽ thay thế IPv4 vào khoảng 2020- 2030. Vì vậy, cần có một quá trình chuyển đổi giữa hai giao thức để tránh hiện tượng tương tự như sự cố Y2K. Các cơ chế chuyển đổi (Transition mechanism) phải đảm bảo khả năng tương tác giữa các trạm, các ứng dụng IPv4 hiện có với các trạm và ứng dụng IPv6. Ngoài ra, các cơ chế cũng cho phép chuyển tiếp các luồng thông tin IPv6 trên hạ tầng định tuyến hiện có. Trong giai đoạn chuyển đổi, điều quan trọng là phải đảm bảo sự hoạt động bình thường của mạng IPv4 hiện tại. Yêu cầu đối với các cơ chế chuyển đổi: + Việc thử nhiệm IPv6 không ảnh hưởng đến các mạng IPv4 hiện đang hoạt động. + Kết nối và các dịch vụ IPv4 tiếp tục hoat động bình thường. + Hiệu năng hoạt động của mạng IPv4 không bị ảnh hưởng. Giao thức IPv6 chỉ tác động đến các mạng thử nghiệm. + Quá trình chuyển đổi diễn ra từng bước. Không nhất thiết phải chuyển đổi toàn bộ các nút mạng sang giao thức mới. - Các cơ chế chuyển đổi được phân thành 2 nhóm với hai chức năng khác nhau: + Kết nối các mạng và các nút mạng IPv6 qua hạ tầng định tuyến IPv4 hiện có. Các cơ chế này bao gồm: Đường hầm (tunnel), 6to4, 6over4. + Kết nối các nút mạng IPv4 với các nút mạng IPv6. Các cơ chế này bao gồm: SIIT, NAT- PT, ALG, DSTM, BIS, BIA, SOCK64. - Mối cơ chế đều có ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng khác nhau. Tùy từng thời điểm trong giai đoạn chuyển đổi, mức độ sử dụng của các cơ chế chuyển đổi sẽ khác nhau. + Giai đoạn đầu: Giao thức IPv4 chiếm ưu thế. Các mạng IPv6 kết nối với nhau trên nền hạ tầng IPv4 hiện có thông qua các đường hầm IPv6 qua IPv4. + Giai đoạn giữa: Giao thức IPv4 và IPv6 được triển khai về phạm vi ngang nhau trên mạng. Các mạng IPv6 kết nối với nhau qua hạ tầng định tuyến IPv6. Các mạng IPv4 kết nối với các mạng IPv6 sử dụng các phương pháp chuyển đổi địa chỉ giao thức như NAT- PT, ALG… +Giai đoạn cuối: Giao thức IPv6 chiếm ưu thế. Các mạng IPv4 còn lại kết nối với nhau trên hạ tầng định tuyến IPv6 thông qua các đường hầm IPv4 qua IPv6 khi chuyển hoàn toàn sang IPv6. 3.2. Các phương thức chuyển đổi: 3.2.1. Chồng hai giao thức (Dual Stack) - Đây là cơ chế đơn giản nhất cho phép nút mạng đồng thời hỗ trợ cả hai giao thức IPv6 và IPv4. Có được khả năng trên do một trạm Dual Stack càI đặt cả hai giao thức, IPv4 và IPv6. Trạm Dual Stack sẽ giao tiếp bằng giao thức IPv4 với các trạm IPv4 và băng giao thức IPv6 với các trạm IPv6. Application Data link (Ethernet) Hình 48. Chồng hai giao thức - Do hoạt động với cả hai giao thức, nút mạng kiểu này cần ít nhất một địa chỉ IPv4 và một địa chỉ IPv6. Địa chỉ IPv4 có thể được cấu hình trực tiếp hoặc thông qua cơ chế DHCP. Địa chỉ IPv6 được cấu hình trực tiếp hoặc thông qua khẳ năng tự cấu hình địa chỉ. - Nút mạng hỗ trợ các ứng dụng với cả hai giao thức. Chương trình tra cứu tên miền có thể tra cứu đồng thời cả các truy vấn kiểu A lẫn kiểu AAAA(A6). Nếu kêt quả trả về là bản ghi kiểu A, ứng dụng sẽ sử dụng giao thưc IPv4. Nếu kêt quả trả về là bản ghi AAAA(A6), ứng dụng sẽ sử dụng giao thức IPv6. Nếu cả hai kết quả trả về, chương trình sẽ lựa chọn trả về cho ứng dụng một trong hai kiểu địa chỉ hoặc cả hai. - Ưu điểm: UDP TCP Ipv6Ipv4 + Đây la cơ chế cơ bản nhất để nút mạng có thể hoạt động đồng thời với cả hai giao thứ do đó, nó được hỗ trợ trên nhiều nền tảng khác nhau như FreeBSD, Linux, Windows và Solaris. + Cho phép duy trì các kết nối bằng cả hai giao thức IPv4 và IPv6. Nhược điểm: + Khả năng mở rộng kém vì phảI sử dụng địa chỉ IPv4. 3.2.2. Đường hầm IPv6 qua IPv4 (Tunnel) - Đường hầm cho phép kết nối các nút mạng IPv6 qua hạ tầng định tuyến IPv4 hiện có. Các trạm và các router IPv6 thực hiện bằng cách đóng các gói tin IPv6 bên rong gói tin IPv4.Có 4 cách thực hiện đường hầm: + Đường hầm từ router dến router. + Đường hầm từ trạm đến router. + Đường hầm từ trạm đến trạm + Đường hầm từ router đến trạm. Ipv4 host host Hình 49. Đường hầm Ipv6 qua Ipv4 - Các cách thực hiện đường hầm khác nhau ở vị trí của đường hầm trong tuyến đường giữa hai nút mạng. Trong hai cách đầu, gói tin được định đường hầm tới một router trung gian sau đó, router này sẽ chuyển tiếp gói tin đến đích. Với hai cách sau, gói tin được định đường hầm thẳng tới địa chỉ đích. - Để thực hiện đường hầm, hai điểm đầu đường hầm phải là các nút mạng hỗ trợ cả hai giao thức. Khi cần chuyển tiếp một gói tin IPv6, điểm đầu đường hầm sẽ đóng gói gói tin trong một gói tin IPv4 bằng các thêm phần mở đầu header IPv4 phù hợp. - Khi gói tin IPv4 đến điểm cuối đường hầm, gói tin IPv6 sẽ được tách ra để xử lý tùy theo kiểu đường hầm. IPv6 header Data IPv4 header IPv6 header Data Gói tin ban đầu: Gói tin đường hầm: Gói tin ra klhỏi đường hầm - Có hai loại đường hầm chính là đường hầm có cấu hình và đường hầm tự động. 3.2.2.1. Đường hầm có cấu hình (Configured tunnel) - Đặc điêm của đường hầm có cấu hình là địa chỉ điểm cuối đường hầm không được xác định tự động mà dựa trên những thông tin cấu hình trước tai điểm đầu đường hầm. 3ff:b00:a:1::111 Src=3ffe:b00:a:1::1 192.168.1.1 192.168.2.1 IPv4 IPv66 IPv4 IPv6 IPv6 Header Data header IPv6 IPv6 Header data IPv4 IPv6 IPv6 Header header data 3ffe:b00:a::3::2 Dst=3ffe:b00:a:3::2 Dst=192.168.2.1 Src=192.168.1.1 IPv6 header Data Hình 50: Đường hầm có cấu hình. 3.2.2.2 Đường hầm tự động (Automatic tunnel) - Đặc điểm của đường hầm tự động là địa chỉ điểm cuối đường hầm được xác định một cách tự động. Đường hầm được tạo ra một cách tự động và cũng tự động mất đi. Mô hình đầu tiên là dùng địa chỉ IPv6 có khuôn dạng đặc biệt: địa chỉ IPv6 tương thích IPv4 để mã hóa thông tin về địa chỉ IPv4 trong địa chỉ IPv6. 96 bit 32 bit 0:0:0:0:0:0: IPv4 ADDR Hình 51: Địa chỉ IPv6 tương thích địa chỉ IPv4 - Tại điểm đầu đường hầm, nút mạng đóng gói sẽ tách phần địa chỉ IPv4 làm địa chỉ điểm cuối đường hầm để đóng gói gói tin. Ưu điểm: + Đường hầm tự động đơn giản, cho phép hai nút mạng IPv6 dễ dàng kết nối với nhau qua kết nối IPv4 hiện có mà không cần các cấu hình đặc biệt. Nhược điểm: + Hạn chế về không gian địa chỉ do phụ thuộc vào không gian địa chỉ IPv4. + Nguy cơ bị tấn công phá hoại bởi các tin tặc. - Do địa chỉ cuối đường hầm được xác định hoàn toàn tự động và gói tin đường hầm sẽ được giử đến địa chỉ IPv4 đó. Nếu không có cơ chế kiểm tra đặc biệt, giả sử có một gói tin được giửi dén router của mạng (203.162.7.0) với địa chỉ IPv6 đích ::203.162.7.255. Địa chỉ IPv4: 203.162.7.255 là địa chỉ broadcast của mạng do đó, các gói tin đường hầm sẽ được giử tới mọi trạm trong mạng. - Do đó, các đường hầm tự động thường được han chế sử dụng. Sau này người ta đề xuất một số phương pháp cải tiến như 6over, 6to4… 3.2.3 6over4 Cơ chế cho phép các trạm IPv6 cô lập trên các liên kết vật lý không có các router IPv6 hoạt động dựa trên các gói tin multicast IPv4 như một liên kết cục bộ ảo. Cơ chế này còn gọi là mạng Ethernet ảo. Để hỗ trợ các cơ chế Phát hiện láng giềng và tự cấu hình địa chỉ stateless, một số các địa chỉ có phạm vi quản trị được sử dụng. Các nhóm multicas để giả lập một tầng liên kết Ethernet. Do đó, cơ chế phat hiện láng giềng (ND) giữa các trạm IPv6 với các trạm 6over4 giống như trong tầng Ethernet thông thường. Cách tiếp cận này tạo ra liên kết IPv6 thật trên một mạng LAN ảo. Điểm khác biệt là các trạm 6over4 vào cùng một miền IPv4 multicast thay vì một mạng chia sẻ đường truyền. IPv6 IPv6 over IPv4 IPv4 Hình 52. 6over4 - Việc ánh xạ địa chỉ IPv6 sang địa chỉ tầng liên kết được thực hiện giống giao thức ND. Trong trường hợp này, tùy chọn Địa chỉ tầng liên kết nguồn/đích sử dụng IPv4 làm tầng liên kết. Do đó, toàn bộ mạng IPv4 được coi như một tầng liên kết chia sẻ đường truyền thông qua việc sử dụng các địa chỉ multicast sau đây: +Địa chỉ multicast tất cả các nút mạng (239.X.0.1): Địa chỉ quản trị này được dùng để đến mọi nút mạng trong miền IPv4 hỗ trợ cơ chế này. + Địa chỉ multicast tất cả các rouuter (239.X.0.2): Địa chỉ quản trị này được dùng để đến mọi router trong miền IPv4 hỗ trợ cơ chế này. + Địa chỉ multicast solicited-node (239.X.C.D): Địa chỉ quản trị này được dùng để xác định địa chỉ nút láng giềng (C và D là hai byte thấp trong địa chỉ IPv4). - Trong tấ cả các địa chỉ này, X chỉ định danh cục bộ liên kết (thường bằng 192). - Sử dụng tầng IPv4 làm tầng liên kết loại bỏ cá hạn chế của tầng vật lý đối với kế hoạch chuyển đổi. Các trạm có thể trải trên nhiều miền và thậm chí cách nhiều bước so với router IPv6. - Các trạm 6over4 nhận cấu hình (địa chỉ liên kết cục bộ và tiền tố, địa chỉ IPv4 của router hỗ trợ IPv6) sử dụng giao thức ND trên các địa chỉ multicast IPv4. - Sau đó các gói dữ liệu IPv6 được giử trong các gói dữ liệu IPv4 với kiểu giao thức 41. Chính các trạm sẽ thực hiện đường hầm. - Ưu điểm: + Các trạm IPv6 không đòi hỏi có địa chỉ tương thích hay đường hầm cấu hình. Chính các trạm sẽ thực hiện đường hầm. Kiến trúc cơ sở bao gồm một router với kết nối IPv6 và hỗ trợ 6over4, một mạng có khả năng multicast kết nối các trạm và router. Trong môi trường đó, các trạm 6over4 có thể kết nối với các trạm IPv6 khác. + Có tính mở rộng như IPv6 trên hầu hết các phương tiện truyền. - Nhược điểm: + Suy giảm MTU của gói tin dẫn đến giảm thông lượng. + Trong quá trình chuyển đổi, các router phải quảng bá ít nhất hai tiền tố IPv6, một cho liên kết LAN thực sự và một cho miền 6over4. Ngoài ra, độ dài tiền tố phải là 128 để phân biệt hai loại tìên tố cùng có kiẻu FE80::/64. 3.2.4 6to4 - 6to4 về bản chất là một cơ chế đường hầm tự động cho phép kết nối các mạng IPv6 với nhau thông qua hạ tầng IPv4 ngăn cách. Cơ chế này được cài đặt tại các router ở biên của mạng. Các router này phải có địa chỉ IPv4 toàn cục có thể định tuyến được trên mạng Internet. Địa chỉ IPv6 sử dụng trong các mạng 6to4 có cấu trúc đặc biệt và được cấp phát riêng một lớp địa chỉ có tiền tố FP=001 và giá trị trường TLA=0x0002 tạo thành tiền tố địa chỉ 2002::/16. Mỗi mạng sẽ có tiền tố địa chỉ mạng hình thành bằng các kết hợp 16 bit tiền tố chung với 3 bit địa chỉ IPv4 của router tương ứng. Tiền tố này có độ lớn 48 bit và có thể biểu diễn dưới dạng 2002:V4ADDR::/48. Ipv4 Ipv6 network Ipv6 network 6 to 4 router 6 to 4 router 192.168.99.1 192.168.30.1 Network Preix: Network Preix: 2002: c0a8:6301::/48 2002: c0a8:6301::/48 Hình 53 : 6 to 4 Khuôn dạng của một địa chỉ 6to4 như sau: FP TLA IPv4ADDR SLAID Interface ID Hình 54 Khuôn dạng địa chỉ 6to4 Cơ chế hoạt động: Ipv6 IPv6 Ipv4 IPv6 IPv6 network Ipv4 IPv6 network Type: native IPv6 Type: IPv6 in IPv4 2002:c0a8:1e01::1 Dst:2002:c0a8:1e01::1 Dst:192.168.30.1 192.168.30.1 Hình 55 : Cơ chế hoạt động 6 to 4 - Khi có một gói tin IPv6 với địa chỉ đích có dạng 2002::/16 được giử đến một router 6to4, router 6to4 tách địa chỉ IPv4 (địa chỉ Ipv4 vừa tách được chính là địa chỉ IPv4 của 6to4 router đích), bọc gói tin IPv6 trong gói tin IPv4 với địa chỉ đích là địa chỉ IPv4 vừa tách được. Sau đó, các gói tin sẽ được chuyển tiếp trên hạ tầng IPv4. Khi router 6to4 đích nhận được gói tin, gói tin IPv6 sẽ được tách ra và chuyển đến nút mạng IPv6 đích. - Ưu điểm: + Các nút mạng không bắt buộc phải dùng địa chỉ IPv6 kiểu tương thích IPv4 như đường hầm tự động. + Không cần nhiều cấu hình đặc biệt như đường hầm có cấu hình. + Không bị ảnh hưởng bởi các hệ thống tường lửa của mạng, chỉ cần routercủa mạng có địa chỉ IPv4 toàn cục có thể định tuyến. - Nhược điểm: + Chỉ thực hiện với một lớp địa chỉ mạng đặc biệt. + Có nguy cơ bị tấn công theo kiểu của đường hầm tự động nếu phần địa chỉ IPv4ADDR trong địa chỉ đích của gói tin 6to4 là địa chỉ broadcast hay multicast. - Triển khai: + 6to4 được hỗ trợ trên nhiều hệ điều hành như Linux, Windows 2000. + Linux: radvd có thể cấu hình để quảng bá tiền tố địa chỉ 6to4. + Windows 2000: chương trình 6to4cfg dùng để cấu hình mạng 6to4. 3.2.5. Môi giới đường hầm (Tunnel Broker) [...]... IPv6 và IPv4 SIIT không bao gồm các tùy chọn IPv4 và header mở rộng trong IPv6 SIIT cũng thực hiện chuyển đổi các thông điệp điều khiển ICMP giữa hai giao thức - Đối với quá trình chuyển đổi IPv4 sang IPv6, một địa chỉ IPv4 tạm thời được gán cho nút mạng IPv6 - Các gói tin đến thiết bi SIIT sẽ được chuyển đổi header và địa chỉ từ IPv4 sang các địa chỉ IPv4- dịch (IPv4- translated) và IPv4- ánh xạ (IPv4- ... hàm API socket IPv4 thành các hàm API socket IPv6 và ngược lại Để áp dụng phương pháp này, host hỗ trợ cả TCP(UDP) /IPv4 và TCP(UDP) /IPv6 + Khi một ứng dụng IPv4 giao tiếp với một host IPv6 khác, bộ dịch API phát hiện các hàm APG socket mà ứng dụng sử dụng và gọi tương ứng các hàm API socket IPv6 để giao tiếp với host IPv6 và ngược lại + Quá trình chuyển đổi IPv6 sang một tập các địa chỉ IPv4 được thực... ngoài các địa chỉ trả về từ name server 3.2.7.3 Cơ chế chuyển đổi hai giao thức (DSTM) - Cơ chế này cho phép kết nối các nút mạng stack kếp (IPv6 /IPv4) trên một mạng IPv6 với các nút mạng IPv4 ở xa DSTM không áp dụng được cho các nút mạng chỉ hỗ trợ IPv6 - DSTM cấp một địa chỉ IPv4 toàn cục tạm thời cho nút mạng IPv6 và sử dụng đường hầm IPv4- in -IPv6 để truyền gói tin IPv4 trên mạng IPv6 - Đây là cơ chế... translated) và IPv4- ánh xạ (IPv4- mapped) Một địac hỉ IPv4- dịch tương ứng với một nuts mạng IPv6 còn địa chỉ IPv4- ánh xạ tương ứng một nút mạng IPv4 Đối với chiều ngược lại, các địa chỉ này sẽ được chuyển đổi ngược lại thành địa chỉ IPv4 - Do quá trình chuyển đổi không lưu trạng thái, có thể tồn tại nhiều bộ chuyển đổi giữa hai mạng IPv4 và IPv6 Không có sự ràng buộc mỗi phiên truyền phải đi qua một thiết... chỉ IPv6 tương ứng Khi module ánh xạ hàm nhận được một lời gọi hàm API socket từ dữ liệu thu nhận mà không có mục nào trong bảng tương ứng với địa chỉ IPv6 nguồn + Module ánh xạ hàm (Function mapper): Chuyển đổi các hàm API socket IPv4 thành các hàm API socket IPv6 và ngược lại - Các vấn đề liên quan + Chuyển đổi API socket Các hàm API socket IPv4 được chuyển đổi tương ứng sang các hàm API socket IPv6. .. truyền thông có thể bắt đầu từ nút mạng IPv6 hoặc nút mạng IPv4 - Cách thức hoạt động: + DSTM được cài đặt trên tất cả các nút mạng trong mạng IPv6 và router biên giới giữa hai miền IPv6 và IPv4 Nó cũng sử dụng DHCPv6 Do vậy, DSTM cần một server DHCPv6 và các client tại mỗi nút mạng DHCP Border router(Y )IPv4 IPv6 IPv4 only node (Z) Dual stack node (X) DNS Bảng 3- 3 Cơ chế chuyển đổi hai giao thức (DSTM)... DHCPv6 Server: Cấp địa chỉ IPv4 tạm thời cho các nút mạng muốn giao tiếp với nút mạng IPv4 ở xa Nó cũng duy trì sự ánh xạ giữa địa chỉ IPv4 và IPv6 Để hỗ trợ DSTM, DHCPv6 phải hỗ trợ một tùy chọn mới cho phép nút mạng IPv6 nhận địa chỉ IPv4 tạm thời và thông báo cho phía client biết địa chỉ IPv6 của cuối đường hầm + DSTM daemon: Sử dụng DHCPv6 client trên nút mạng để yêu cầu địa chỉ IPv4 toàn cục mỗi khi... diện IPv4 ảo trongnut stack kép để cho phép truyền các gói tin IPv4 một cách trong suốt trên mạng IPv6 Các gói tin chuyển đến giao diện này được bọc trong gói tin IPv6 và được giửi thông qua giao diện IPv6 đến router biên mạng + Router biên mạng: Đây là một router stack kép kết nối miền IPv4 với IPv6 Đây là nơi kết thúc đường hầm 4 trong 6 Router cũng lưu các ánh xạ giữa địa chỉ IPv6 với địa chỉ IPv4. .. vào mạng IPv6 - Cấu trúc của TUnnel broker bao gồm: + Một server tunnel broker + Một DNS server + Một số các server đường hầm IPv6 IPv4 host IPv4 network IPv4 network IPv6 network Hình 56: Môi trường đường hầm - Cách thức thực hiện: + Các khách hàng của dịch vụ Tunnel broker là các nút mạng IPv6 stack kép (host hoặc router) đã kết nối vào Internet IPv4 Trước khi thiết lập đường hầm, cần có sự trao... www.freenet6.net + Hurriane Electric www.ipv6tb.he.net 3.2.6 Dịch địa chỉ- Dịch giao thức (SIIT và NAT- PT) - Dịch địa chỉ và dịch giao thức được phát triển trên cơ sở cơ chế NAT trong IPv4 nhằm cho phép các nút mạng IPv4 và IPv6 kết nối với nhau Cơ chế này hoạt động trên cơ sở chuyển đổi các khác biệt giữa các gói tin IPv4 và IPv6 - Khác biệt về địa chỉ: Dịch địa chỉ IPv4- IPv6 - Khác biệt về phần mở đầu header: . Src=3ffe:b00:a:1::1 192.168.1.1 192.168.2.1 IPv4 IPv66 IPv4 IPv6 IPv6 Header Data header IPv6 IPv6 Header data IPv4 IPv6 IPv6 Header header data 3ffe:b00:a::3::2. Sự chuyển tiếp từ IPv4 tới IPv6 3.1.Đặt vấn đề: - Giao thức IPv6 có nhiều ưu điểm vượt trội so với IPv4, đáp ứng được nhu cầu