Chuyển đổi giao thức IPv4 sang IPv6

Chuyển đổi giao thức IPv4 sang IPv6

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Ngày nay, khoa học kỹ thuật đang diễn ra rất mạnh mẽ trên toàn thế giới thúc đẩy con người bước sang một kỷ nguyên mới, kỷ nguyên của cách mạng khoa học kỹ thuật Trong đó, viễn thông và công nghệ thông tin là những ngành then chốt quyết định đến sự thành công của mỗi quốc gia, là động lực chủ chốt cho một xã hội tương lai, một xã hội Cùng với sự phát triển đó, mạng Internet và các mạng sử dụng giao thức IP cũng trở nên rất quan trọng trong cuộc sống xã hội.Ngay từ khi ra đời, giao thức IP đã thể hiện được những ưu điểm nhằm đáp ứng được nhu cầu kết nối và truyền tải thông tin của người sử dụng.Và điều này làm cho số lượng thiết bị sử dụng giao thức IP ngày càng gia tăng.Tuy nhiên, với tốc độ tăng quá nhanh đã làm cho giao thức IPv4 với không gian địa chỉ 32 bit không thể đáp ứng được và trong tương lai không lâu thì số lượng địa chỉ IPv4 này cạn kiệt Do đó đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải thiết kế một giao thức mới để đáp ứng được sự phát triển của Internet, và giao thức IPv6 là phiên bản mới của giao thức IPv4 đã được thiết kế nhằm khắc phục được những hạn chế này Vấn đề đặt ra là cần phải quá trình chuyển đổi từ giao

thức IPv4 ngày nay sang giao thức IPv6 Do đó em chọn “Chuyển đổi giao thức IPv4 sang IPv6” làm đề tài nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp của mình.

Chương I: Tổng quan về địa chỉ IPv4 và IPv6

1.1. Thực trạng tài nguyên địa chỉ IP toàn cầu

Địa chỉ IP (Internet Protocol) là địa chỉ của một máy tính khi tham gia vào mạng nhằm giúp cho các máy tính có thể nhận diện và liên lạc với nhau trên mạng máy tính bằng cách sử dụng giao thức Internet

Địa chỉ IP là duy nhất trong cùng một cấp mạng

Giao thức Internet phiên bản 4 (IPv4 - Internet Protocol version 4) là phiên bản thứ tư trong quá trình phát triển của các giao thức Internet, được chính thức công bố vào tháng 9 năm 1981 Đây là phiên bản đầu tiên của IP được sử dụng rộng rãi Hiện tại, IPv4 vẫn là giao thức được triển khai rộng rãi nhất trong bộ giao thức của lớp Internet

Địa chỉ IPv4 có chiều dài 32 bit, số địa chỉ tối đa có thể sử dụng là (khoảng 4 tỷ địa chỉ) Với sự phát triển không ngừng của mạng Internet, nguy cơ thiếu hụt địa chỉ đã được dự báo, tuy nhiên, nhờ công nghệ NAT (Network Address Translation - Chuyển dịch địa chỉ mạng) tạo nên 2 vùng mạng riêng biệt: Mạng riêng và Mạng công cộng, địa chỉ mạng sử dụng ở mạng riêng có thể dùng lại ở mạng công cộng mà không hề xung đột, qua đó tạm thời trì hoãn được vấn đề thiếu hụt địa chỉ

Một trong những nguyên nhân dẫn tới việc "IPv4 có thể cạn kiệt nhanh hơn" hiện nay đó là các nước có xu hướng xin nhiều địa chỉ lên và tích trữ; rồi trước tình hình thuê bao Intemet băng rộng bùng nổ như ADSL, kết nối internet qua truyền hình cáp, những yêu cầu xin cấm địa chỉ IPv4 cho dịch vụ di động (3G) bắt đầu xuất hiện, tiêu tốn nhanh chóng không gian còn lại của địa chỉ IPv4.Thêm vào đó một số quốc gia đông dân như Ấn Độ hiện nay sở hữu một số lượng không lớn địa chỉ IPv4 Nếu quốc gia này cũng bắt đầu yêu cầu tài nguyên như Trung Quốc, thì lượng địa chỉ còn lại còn tiêu thụ nhanh hơn nữa.Điều này khiến cho việc sử dụng không gian địa chỉ IPv4 toàn cầu và thời điểm cạn kiệt địa chỉ IPv4 dường như đến gần hơn và trở thành chủ đề nóng được bàn thảo nhiều tại các hội thảo quốc tế và giữa các tổ chức quản lý tài nguyên Internet.

Trước thực trạng đó đòi hỏi phải có một phương pháp xác định địa chỉ mạng mới cho các thiết bị kết nối vào mạng toàn cầu, nếu không Internet và các dịch vụ trên nó không thể phát triển được IPv6 - thế hệ tiếp theo của IPv4 - với những ưu điểm vượt trội là một sự thay thế khá hoàn hảo trong tình trạng địa chỉ IPv4 ngày càng cạn kiệt hiện nay.

1.2. Địa chỉ IPv4 và những hạn chế của IPv4

1.2.1. Tổng quan về địa chỉ IPv4

1.2.1.1. Địa chỉ IPv4

Địa chỉ IPv4 có 32 bit được chia thành 4 Octet (mỗi Octet có 8 bit, tương đương 1 byte) cách đếm từ trái qua phải bit 1 cho đến bit 32, các Octet tách biệt nhau bằng dấu chấm “.”

Một địa chỉ IP được phân biệt bởi hai phần, phần đầu gọi là Network ID (địa chỉ mạng) và phần sau là Host ID

Địa chỉ Internet có thể biểu diễn ở dạng bit nhị phân

Hình 1.1: Địa chỉ IPv4 ở dạng bit nhị phân

1.2.1.2. Các lớp địa chỉ IPv4

Địa chỉ IPv4 chia ra 5 lớp A, B, C, D, E Hiện tại đã dùng hết lớp A, B và gần hết lớp C, còn lớp D, E tổ chức Internet đang để dành cho mục đích khác, nên chúng ta chỉ nghiên cứu 3 lớp đầu:

Bảng 1.1: Các lớp địa chỉ IPv4

Ví dụ: Đối với lớp A (có địa chỉ từ 0.0.0.0 đến 127.0.0.0), bit thứ nhất là bit nhận dạng lớp A=0, 7 bit còn lại trong Octet thứ nhất dành cho địa chỉ mạng, 3 Octet còn lại có 24 bit dành cho địa chỉ của máy chủ Do vậy, trên lớp A, có thể phân cho 126 mạng khác nhau, và mỗi mạng có thể tối đa 16777214 máy host.

1.2.2. Những hạn chế của IPv4

Kể từ khi chính thức được đưa vào sử dụng và được định nghĩa trong kiến nghị RFC 791 năm 1981 đến nay, IPv4 đã chứng minh được khả năng dễ triển khai, dễ phối hợp và hoạt động tạo ra sự phát triển bùng nổ của các mạng máy tính Tuy nhiên đến thời điểm hiện tại, chính việc phát triển ồ ạt

các ứng dụng và công nghệ cũng như các thiết bị di động khác đã làm bộc lộ những yếu điểm của IPv4

1.2.2.1. Thiếu địa chỉ IP

Những thập kỷ vừa qua, do tốc độ phát triển mạnh mẽ của Internet, không gian địa chỉ IPv4 không đủ đáp ứng nhu cầu hiện tại.Những tổ chức quản lý địa chỉ quốc tế đặt mục tiêu “sử dụng hiệu quả” lên hàng đầu.Những công nghệ góp phần giảm nhu cầu địa chỉ IP như NAT (công nghệ biên dịch để có thể sử dụng địa chỉ IP private), DHCP (cấp địa chỉ tạm thời) được sử dụng rộng rãi Nhưng các phương pháp trên chưa thực sự là giải pháp lâu dài

1.2.2.2. Quá nhiều các rounting entry (bản ghi định tuyến)

Sự phát triển của Internet và khả năng của các bộ định tuyến đường trục Internet duy trì các bảng định tuyến lớn

Tình hình hiện tại, cách mà địa chỉ IPv4 đã và đang được giao, thường xuyên có hơn 85.000 các bản ghi định tuyến của thiết bị định tuyến đường trục Internet Việc này làm chậm quá trình xử lý của các router, làm giảm tốc độ của mạng

1.2.2.3. An ninh của mạng

Với IPv4, đã có nhiều giải pháp khắc phục nhược điểm này như IPSec, DES, 3DES… nhưng các giải pháp này đều phải cài đặt thêm và có nhiều phương thức khác nhau đối với mỗi loại sản phẩm chứ không được hỗ trợ ở mức bản thân của giao thức

1.2.2.4. Nhu cầu vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS

Trong khi tiêu chuẩn cho QoS tồn tại với IPv4, hỗ trợ thời gian dựa trên các loại dịch vụ (TOS) lĩnh vực và xác định các tải trọng, thường sử dụng một cổng UDP hoặc TCP Thật không may, các lĩnh vực IPv4 TOS đã hạn chế chức năng và theo thời gian Ngoải ra, tải trọng xác định bằng cách sử dụng cổng giao thức TCP và UDP là không thể khi gói tải trọng IPv4 được mã hóa

1.2.3. Giải pháp khắc phục và các đặc điểm nổi trội của IPv6 so với IPv4

1.2.3.1. Giải pháp khắc phục

Với một con số lên tới 4 tỷ thì người sáng chế hoàn toàn có thể yên tâm về khả năng sử dụng rộng rãi của IPv4 Nhưng cho đến thời đại hiện nay khi mà công nghệ thông tin đang bùng nổ, không chỉ máy tính mà ngay cả các thiết bị dân dụng khác cũng có nhu cầu kết nối vào mạng Internet thì con số 4 tỷ rõ rang là không còn đáp ứng đủ nhu cầu

Đã có rất nhiều cố gắng để khắc phục sự thiếu hụt này, điển hình là công nghệ NAT – Network Address Translation cho phép hang ngàn host truy cập vào Internet chỉ với một vài IP hợp lệ để tận dụng tốt hơn không gian địa chỉ IPv4 Tuy nhiên IPv6 mới thực sự là giải pháp lâu dài

1.2.3.2. Đặc điểm nổi trội của IPv6 so với IPv4

Để giải quyết các hạn chế của IPv4, Engineering Task Force Internet (IETE) đã phát triển một bộ các giao thức và các tiêu chuẩn được biết đến như là phiên bản IPv6 Khái niệm IPv6 chính thức được nhắc đến trong văn bản RFC2460 phát hành vào tháng 12 năm 1998 Mục dích chính của IPv6 là khắc phục sự cạn kiệt địa chỉ mạng cũng như hạn chế của IPv4

1.2.3.2.1. Định dạng tiêu đề mới

Các tiêu đề IPv6 có một định dạng mới được thiết kế để giữ cho chi phí tiêu đề đến mức tối thiểu Điều này đạt được bằng cách di chuyển cả hai lĩnh vực không cần thiêt và các lĩnh vực tùy chọn mở rộng tới các tiêu đề được đặt sau tiêu đề IPv6 Các tiêu đề IPv6 sắp xếp hợp lý là xử lý hiệu quả hơn tại các router trung gian Tiêu đề IPv4 và IPv6 không tương thích Một máy chủ hoặc router phải sử dụng một thực hiện của cả IPv4 và IPv6 để nhận ra và xử lý cả hai dạng tiêu đề

1.2.3.2.2. Không gian địa chỉ lớn

IPv6 có chiều dài 128 bit, gấp 4 lần chiều dài của địa chỉ IPv4 nên đã mở rộng không gian địa chỉ từ khoảng 4 tỷ địa chỉ lên tới một con số khổng

lồ là 2128 = 3,4 x 1038 địa chỉ Điều này có nghĩa là chúng ta sẽ giải quyết được vấn đề cạn kiệt địa chỉ trong một thời gian rất dài

1.2.3.2.3. Khả năng tự động cấu hình (Plug and Play)

Để một thiết bị IPv4 có thể kết nối vào Internet, người quản trị mạng phải cấu hình bằng tay các thông số phục vụ cho việc kết nối mạng như địa chỉ IP, địa chỉ gateway, địa chỉ tên miền máy chủ Việc này có thể không phức tạp đối với máy tính song với các thiết bị như camera, sensor, thiết bị gia dụng… là vấn đề phức tạp

IPv6 được thiết kế cho phép thiết bị IPv6 có thể tự động cấu hình các thông số trên khi kết nối vào mạng, từ đó rất linh hoạt và giảm thiểu cấu hình nhân công

1.2.3.2.4. Khả năng bảo mật tốt

Theo thiết kế, IPv4 không hỗ trợ tính năng bảo mật tại tầng IP Do vậy rất khó thực hiện bảo mật kết nối từ thiết bị gửi đến thiết bị nhận Hình thức bảo mật phổ biến trên mạng IPv4 là bảo mật kết nối giữa hai mạng

Hình1.2: Thực hiện bảo mật kết nối giữa hai mạng trong IPv4

Địa chỉ IPv6 được thiết kế để hỗ trợ bảo mật tại tầng IP nên có thể dễ dàng thực hiện bảo mật từ thiết bị gửi đến thiết bị nhận (đầu cuối - đầu cuối)

Hình1.3: Thực hiện bảo mật kết nối từ thiết bị gửi đến thiết bị nhận trong IPv6

1.2.3.2.5. Quản lý định tuyến tốt hơn

Sự gia tăng của các mạng trên Internet và việc sử dụng ngày càng nhiều địa chỉ IPv4 khiến cho kích thước bảng định tuyến toàn cầu ngày càng gia tăng, gây quá tải, vượt quá khả năng xử lý của các thiết bị định tuyến tầng cao Một phần lí do của việc gia tăng bảng định tuyến là do IPv4 không được thiết kế phân cấp ngay từ đàu

Địa chỉ IPv6 được thiết kế có cấu trúc đánh địa chỉ và phân cấp định tuyến thống nhất Phân cấp định tuyến toàn cầu dựa trên một số mức cơ bản đối với các nhà cung cấp dịch vụ Cấu trúc định tuyến phân cấp giúp cho địa chỉ IPv6 tránh khỏi nguy cơ quá tải bảng thông tin định tuyến toàn cầu khi chiều dài địa chỉ lên tới 128 bit

1.2.3.2.6. Dễ dàng thực hiện multicast và hỗ trợ tốt hơn cho di động

Các kết nối giữa máy tính tới máy tính trên Internet để cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ mạng hiện tại hầu hết là kết nối unicast Unicast là kết nối giữa một máy tính nguồn và một máy tính đích Để cung cấp dịch vụ cho nhiều khách hàng, máy chủ sẽ phải mở nhiều kết nối tới các máy tinh khách hàng

Hình 1.4: Kết nối Unicast

Nhằm tăng hiệu năng mạng, tiết kiệm băng thông, giảm tải cho máy chủ, công nghệ multicast được thiết kế để một máy tính nguồn có thể kết nối đồng thời đến nhiều đích

Hình 1.5: Kết nối Multicast

Kết nối multicast có nhiều lợi ích kinh tế Do không bị lặp thông tin, băng thông của mạng sẽ giảm đáng kể Đặc biệt với các ứng dụng truyền tải thông tin rất lớn như truyền hình (IPTV), truyền hình hội nghị (video conference), ứng dụng đa phương tiện (multimedia) Máy chủ không phải mở nhiều kết nối tới nhiều máy khách nên sẽ phục vụ được lượng khách hàng rất lớn

Tuy có nhiều lợi ích, song multicast hầu như chưa được triển khai trong mạng IPv4 Nguyên nhân do cấu hình triển khai multicast với IPv4 rất khó khăn phức tạp

Dễ dàng thực hiện multicast là một ưu điểm được nhắc đến rất nhiều của địa chỉ IPv6 Sử dụng địa chỉ IPv6, các ứng dụng như IPTV, video conference, multimedia sẽ dễ dàng triển khai với công nghệ multicast

Thực tế thử nghiệm tại nhiều nước cũng cho thấy điều này Địa chỉ IPv6 cũng hỗ trợ tốt hơn cho các mạng di động Do vậy, IPv6 được ứng dụng trong các mạng di động mới, như thế hệ 3G

1.2.3.2.7. Hỗ trợ cho quản lý chất lượng mạng

Những cải tiến trong thiết kế của IPv6 như: không phân mảnh, định tuyến phân cấp, gói tin IPv6 được thiết kế với mục đích xử lý thật hiệu quả tại thiết bị định tuyến tạo ra khả năng hỗ trợ tốt hơn cho chất lượng dịch vụ QoS

1.3. Tổng quan về địa chỉ IPv6

1.3.1. Không gian địa chỉ IPv6

Tính năng phân biệt rõ ràng nhất của IPv6 là sử dụng các địa chỉ lớn Kích thước của một địa chỉ tron IPv6 là 128 bit, gấp 4 lần so với một địa chỉ IPv4 Một không gian địa chỉ 128 bit cung cấp 3.4x1038 địa chỉ

Trong cuối những năm 1970 khi không gian địa chỉ IPv4 được thiết kế, nó đã không thể tưởng tượng rằng nó có thể bị cạn kiệt do đã không dự đoán được sự bùng nổ gần đây của các host trên Internet, không gian địa chỉ IPv4 ngày càng cạn kiệt và một sự thay thế sẽ là cần thiết

Với IPv6, nó thậm chí còn khó khăn hơn để nhận thức rằng không gian địa chỉ IPv6 sẽ được tiêu thụ Để giúp con số này trong quan điểm, một không gian địa chỉ 128 bit cung cấp 6.5x1023 địa chỉ cho mỗi mét vuông của bề mặt Trái Đất

Điều quan trọng là phải nhớ rằng quyết định để làm cho địa chỉ IPv6 128 bit chiều dài không vì thế mà mỗi mét vuông của Trái Đất có thể có 6.5x1023 địa chỉ Thay vào đó, kích thước tương đối lớn của địa chỉ IPv6 được thiết kế để được chia thành các lĩnh vực phân cấp định tuyến phản ánh cấu trúc liên kết của Internet hiện đại

Việc sử dụng 128 bit cho phép nhiều cấp độ của hệ thống phân cấp và định tuyến mà hiện tại đang thiếu trên Internet IPv4

1.3.2. Cách biểu diễn và cấu trúc địa chỉ IPv6

1.3.2.1. Cách biểu diễn địa chỉ IPv6

Địa chỉ IPv6 không biểu diễn dưới dạng số thập phân Địa chỉ IPv6 được viết theo 128 bit thập phân hoặc thành một dãy số Hexa Tuy nhiên, nếu viết một dãy số 128 bit nhị phân quả là không thuận tiện, và để nhớ chúng là một điều khó khăn Do vậy, địa chỉ IPv6 được biểu diễn dưới dạng một dãy số Hexa

Để biểu diễn 128 bit nhị phân IPv6 thành dãy chữ số Hexa, người ta chia 128 bit này thành các nhóm 4 bit, chuyển đổi từng nhóm 4 bit thành số Hexa tương ứng và nhóm 4 số Hexa thành một nhóm phân cách bởi dấu “:” Kết quả, một địa chỉ IPv6 được biểu diễn thành một dãy số gồm 8 nhóm số Hexa cách nhau bằng dấu “:”, mỗi nhóm gồm 4 chữ số Hexa

Ví dụ:

Bạn đang xem xét địa chỉ ví dụ ở trên và nghĩ rằng việc đánh một địa chỉ IPv6 phải rất mất thời gian? Nhưng không phải như vậy, địa chỉ IPv6 có thể được viết vắn tắt bằng việc giảm thiểu các số 0 ở các bit đầu

Ví dụ: [1088:0000:0000:0000:0008:200C:463A]

Chúng ta có thể viết 0 thay vì phải viết 0000, viết 8 thay vì phải viết 0008, viết 800 thay vì phải viết 0800

Ta sẽ có địa chỉ sau khi rút gọn: [1088:0:0:0:8:800:200C:463A]

Địa chỉ IPv6 còn có một nguyên tắc nữa là nếu có các nhóm số 0 liên tiếp chúng ta có thể nhóm các số 0 lại thành 2 dấu hai chấm “::”, như vậy

địa chỉ ở trên ta có thể viết lại như sau: [1088::8:800:200C:463A]

Có một nguyên tắc mà chúng ta phải chú ý, trong IPv6 chúng ta chỉ có thể sử dụng 2 dấu hai chấm một lần với địa chỉ

Ví dụ: [::AB65:8952::] là không hợp lệ vì nếu viết như thế sẽ gây

nhầm lẫn khi dịch ra đầy đủ

Có một trường hợp đặc biệt cần lưu ý Đối với loại địa chỉ embedded IPv6 được hình thành bằng cách gán 96 bit 0 vào trước một địa chỉ IPv4 Để hạn chế khả năng nhầm lẫn trong việc chuyển đổi giữa ký hiệu chấm thập phân trong IPv4 với chấm thập lục phân trong IPv6 Các nhà thiết kế IPv6 cũng thiết lập một cơ chế để giải quyết vấn đề này

IPv4-Ví dụ: với một địa chỉ IPv4 10.0.0.1

Địa chỉ IPv4 – embedded IPv6 dạng [0:0:0:0:0:0:A00:1] ta vẫn có

thể giữ nguyên chấm thập phân của phần cuối Trong trường hợp này, viết

địa chỉ lại dưới dạng [::10.0.0.1]

1.3.2.2. Cấu trúc địa chỉ IPv6

Cấu trúc chung của một địa chỉ IPv6 thường thấy như sau (một số dạng địa chỉ IPv6 có thể không tuân theo cấu trúc này):

Hình 1.6: Cấu trúc địa chỉ IPv6

Trong 128 bit địa chỉ IPv6, có một số bit thực hiện chức năng xác định:

Bit tiền tố - Prefix (bit xác định loại địa chỉ IPv6): Như đã đề cập, địa chỉ IPv6 có nhiều loại khác nhau, mỗi loại địa chỉ có chức năng nhất định trong phục vụ giao tiếp Để phân loại địa chỉ, một số bit đầu trong địa chỉ IPv6 được dành riêng để xác định dạng địa chỉ, được gọi là các bit tiền tố (Prefix) Các bit tiền tố này sẽ quyết định địa chỉ thuộc loại nào và số lượng địa chỉ đó trong không gian chung IPv6

Ví dụ: 8 bit tiền tố “1111 1111” tức “FF” xác định dạng địa chỉ multicast, là dạng địa chỉ sử dụng khi một node muốn giao tiếp đồng thời với nhiều node khác Địa chỉ multicast chiếm 1/256 không gian địa chỉ IPv6 Ba bit tiền tố “001” xác định dạng địa chỉ unicast (dạng địa chỉ cho giao tiếp một - một) định danh toàn cầu, tương đương như địa chỉ IPv4 công cộng chúng ta vẫn sử dụng hiện nay

1.3.3. Các loại địa chỉ IPv6

1.3.3.1. Multicast

Trong IPv6, multicast hoạt động giống như trong IPv4 Tự đặt các node IPv6 có thể lắng nghe lưu lượng multicast trên một địa chỉ multicast IPv6 tùy ý Các node IPv6 có thể nghe nhiều địa chỉ multicast cùng một lúc Các node có thể tham gia hoặc để lại một nhóm multicast ở bất kỳ thời điểm nào

Địa chỉ multicast có 8 bit đầu tiên thiết lập 1111 1111 Một địa chỉ IPv6 là dễ dàng để phân biệt loại multicast bởi vì nó luôn bắt đầu với “FF”

Địa chỉ multicast không có thể được sử dụng như địa chỉ nguồn hoặc là các điểm đến trung gian trong một tiêu đề mở rộng tuyến

Cấu trúc địa chỉ dạng multicast:

Hình 1.7: Cấu trúc địa chỉ dạng Multicast

Các trường trong địa chỉ multicast là:

• Flags (Cờ) - chỉ ra những cờ trên địa chỉ multicast Kích thước của trường này là 4 bit

- Thứ tự bit thấp đầu tiên là cờ Transient (T):

Khi thiết lập là 0, cờ T chỉ ra rằng địa chỉ multicast là một địa chỉ multicast vĩnh viễn được phân công, được phân bổ bởi IANA

Khi thiết lập là 1, cờ T chỉ ra rằng địa chỉ multicast là một địa chỉ thoáng qua (không thường xuyên được giao)

- Bit thấp thứ hai là cho cờ tiền tố Prefix (P): cho biết địa chỉ multicast được dựa trên một địa chỉ tiền tố địa chỉ unicast

- Bit thấp thứ ba là địa chỉ cờ Rendezvous (R): cho biết các địa chỉ multicast có chứa một địa chỉ điểm nhúng

• Scope (Phạm vi) - chỉ ra phạm vi liên mạng IPv6, cho lưu lượng truy cập multicast là dự định Kích thước của trường này là 4 bit Ngoài thông tin được cung cấp bởi các giao thức định tuyến multicast, router sử dụng phạm vi multicast để xác định xem lưu lượng multicast có thể được chuyển tiếp

• Group ID (Nhóm ID) - xác định các nhóm multicast là duy nhất trong phạm vi Kích thước của trường này là 112 bit, nhóm ID được phân công là vĩnh viễn, độc lập về phạm vi Nhóm ID thoáng qua chỉ liên quan đến một phạm vi cụ thể Địa chỉ multicast FF01:: thông qua FF0F:: được dành cho địa chỉ “nổi tiếng”

1.3.3.2. Anycast

Một địa chỉ Anycast được giao cho nhiều giao diện Các gói tin đến một địa chỉ anycast được chuyển tiếp bởi cơ sở hạ tầng định tuyến để giao

diện gần nhất mà các địa chỉ anycast được giao Để tạo điều kiện giao tiếp, cơ sở hạ tầng định tuyến phải được nhận thức của các giao diện được giao địa chỉ anycast và “khoảng cách” về số liệu định tuyến

Hiện nay, các địa chỉ anycast được sử dụng như địa chỉ đích và chỉ được giao cho các router Địa chỉ anycast được giao của không gian địa chỉ unicast và phạm vi của một địa chỉ anycast là phạm vi của các loại địa chỉ unicast mà từ đó các địa chỉ anycast được giao

Cấu trúc địa chỉ dạng anycast

Hình 1.8: Cấu trúc địa chỉ dạng Anycast

1.3.3.3. Unicast

Địa chỉ Unicast bao gồm các loại địa chỉ sau:

• Global

• Link - Local Address (LLA)

• Site - Local Address (SLA)

• Unique - Local

1.3.3.3.1. Global

Địa chỉ Global tương đương với địa chỉ IPv4 công cộng Nó có thể định tuyến chung trên toàn cầu và có thể truy cập trên từng phần IPv6 Internet Không giống như IPv4 hiện tại, mà là một hỗn hợp của cả hai định tuyến bằng phẳng và phân cấp, mạng Internet IPv6 dựa trên thiết kế từ nền tảng của nó để hỗ trợ hiệu quả, phân cấp địa chỉ và định tuyến

Cấu trúc địa chỉ Global:

Hình 1.9: Cấu trúc địa chỉ dạng Global

Các trường trong địa chỉ Global như sau:

• Cố định phần thiết lập 001- Các địa chỉ tiền tố cho địa chỉ Global hiện đang được giao là 2000::/3

• Global Routing Prefix (tiền tố định tuyến toàn cầu) - Chỉ tiền tố định tuyến toàn cầu cho site của một tổ chức cụ thể Sự kết hợp của 3 bit cố định và tiền tố định tuyến toàn cầu 45 bit được sử dụng để tạo ra một tiền tố site 48 bit, được giao cho một site cá nhân của một tổ chức Sau khi được giao, các bộ định tuyến trên mạng Internet IPv6 chuyển tiếp giao vận IPv6 phù hợp với tiền tố 48 bit cho các bộ định tuyến của site của tổ chức

• Subnet ID - Được sử dụng trong site của một tổ chức để xác định mạng con Kích thước của trường này là 16 bit Site của tổ chức có thể sử dụng 16 bit bên trong site của mình để tạo ra 65.536 mạng con hoặc nhiều cấp độ của việc giải quyết hệ thống phân cấp và định tuyến cơ sở hạ tầng hiệu quả

• Interface ID - Chỉ ra giao diện trên một subnet cụ thể trong site Kích thước của trường này là 64 bit

1.3.3.3.2. Link - Local Address (LLA)

Địa chỉ Link - Local được sử dụng bởi các node khi giao tiếp với các node lân cận trên cùng một liên kết Ví dụ, trên một mạng lưới liên kết duy nhất mà không có bộ định tuyến, địa chỉ Link - Local được sử dụng để gioa tiếp giữa các host trên các liên kết Địa chỉ Link - Local IPv6 tương đương với địa chỉ Link - Local IPv4 được định nghĩa trong RFC3927 sử dụng tiền tố 169.254.0.0/16 Một địa chỉ Link - Local là cần thiết cho quá trình phát hiện các điểm lân cạn và luôn luôn tự động cấu hình, ngay cả trong sự vắng mặt của tất cả các địa chỉ unicast khác

Hình 1.10: Cấu trúc địa chỉ dạng Link - Local

Địa chỉ Link - Local luôn bắt đầu FE80::/64 Một bộ định tuyến IPv6 không bao giờ chuyển tiếp lưu lượng truy cập Link - Local ngoài liên kết

1.3.3.3.3. Site - Local Address (SLA)

Địa chỉ Site - Local là tương đương với không gian địa chỉ riêng IPv4 (10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16) Ví dụ, mạng nội bộ tư nhân mà không có một kết nối trực tiếp chuyển đến Internet IPv6 có thể sử dụng địa chỉ Site - Local mà không có mâu thuẫn với các địa chỉ toàn cầu Địa chỉ Site - Local không thể truy cập từ các trang web khác, và các bộ định tuyến không phải chuyển tiếp lưu lượng truy cập Site - Local bên ngoài trang web

Không giống như các địa chỉ Link - Local, địa chỉ Site - Local không tự động cấu hình và phải được chỉ định hoặc thông qua các quá trình cấu hình địa chỉ stateless hoặc stateful

Hình 1.11: Cấu trúc địa chỉ dạng Site - Local

1.3.3.3.4. Unique - Local

Địa chỉ Site - Local cung cấp một địa chỉ riêng luân phiên bằng cách sử dụng địa chỉ toàn cầu cho lưu lượng truy cập mạng nội bộ Tuy nhiên, bởi vì tiền tố địa chỉ Site - Local có thể được sử dụng để giải quyết nhiều site trong một tổ chức, một địa chỉ tiền tố địa chỉ Site - Local có thể được nhân đôi

Sự mơ hồ của các địa chỉ Site - Local trong một tổ chức cho biết thêm sự phức tạp và khó khăn cho các ứng dụng, thiết bị định tuyến, và các nhà quản lý mạng

Địa chỉ Unique - Local ra đời để đảm bảo tránh việc bị trùng lặp các địa chỉ riêng trong cùng một tổ chức

Hình 1.12: Cấu trúc địa chỉ dạng Unique - Local

Bẩy bit đầu tiên có giá trị cố định 1111110 Tất cả các địa chỉ Unique - Local có địa chỉ tiền tố FC00::/7 Cờ Local (L) được thiết lập 1 để chỉ một địa chỉ Local Giá trị cờ L là 0 chưa được xác định Do đó, địa chỉ Unique - Local với cờ L thiết lập để 1 có địa chỉ tiền tố của FD00/8

So sánh tổng quan giữa IPv4 và IPv6

Bảng 1.2: So sánh khác nhau giữa IPv4 và IPv6

1.3.4. Cấu trúc gói tin IPv6

Cấu trúc gói tin IPv6 gồm 3 phần: IPv6 Header, Extension Headers và Upper Layer Protocol Data Unit

Hình 1.13: Cấu trúc gói tin IPv6

• IPv4 Header - Đây là thành phần luôn phải có trong 1 gói tin IPv6 và chiếm cố định 40 bytes

• Extension Headers - Trường Header mở rộng có thể có hoặc không với độ dài không cố định Trường Next Header trong Header của 1 gói tin IPv6 sẽ chỉ ra phần Header mở rộng tiếp theo

• Upper Layer Protocol Data Unit (PDU) - Thường bao gồm header của giao thức tầng cao và độ dài của nó

• Payload của 1 gói tin IPv6 thường là sự kết hợp của các header mở rộng và PDU Thông thường nó có thể lên tới 65.535 byte Với các gói tin nặng hơn 65.535 byte thì có thể dùng tùy chọn Jumbo Payload để gửi thông qua phương thức Hop-by-Hop

1.3.4.1. Header IPv6

Cấu trúc header của gói tin IPv6

Hình 1.14: Header IPv6

Các trường trong header của gói tin IPv6:

• Version - Chiếm 4 bit, vẫn làm nhiệm vụ chỉ ra phiên bản IP được sử dụng nhưng được mặc định là 6

• Traffic Class - Giống trường To Strong IPv4, chiếm 8 bit