Cung cấp giao tiếp với mạng vật lý. Thông thường lớp này bao gồm các phần mềm điều khiển thiết bị trong hệ thống vận hành và các card giao diện mạng tương ứng trong đầu cuối. Lớp này thực hiện nhiệm vụ điều khiển tất cả các chi tiết phần cứng hoặc thực hiện giao tiếp vật lý với các phương tiện (hoặc với bất kỳ môi trường nào được sử dụng). Cung cấp cơ chế kiểm soát lỗi dữ liệu phân bố trên mạng vật lý. Lớp này không định nghĩa một giao thức riêng nào cả, nó hỗ trợ tất cả các giao thức chuẩn và độc quyền. Ví dụ: Ethernet, Tocken Ring, FDDI, X.25, wireless, Async, ATM, SNA…
2.1.5 IPv6 a. IPv4
Mỗi địa chỉ IPv4 gồm 4 byte (32 bít), định nghĩa hai phần: địa chỉ mạng (NetID) và địa chỉ trạm (HotID). Các phần này có chiều dài khác nhau tuỳ thuộc vào lớp địa chỉ. Các bít đầu tiên trong phần địa chỉ mạng xác định lớp của địa chỉ IP.
Địa chỉ IPv4 được chia làm 5 lớp, ký hiệu là A, B, C, D và E. Chiều dài phần địa chỉ mạng và phần địa chỉ trạm của các lớp là khác nhau. Cấu trúc của các lớp được chỉ ra trong hình 2.2. Lớp A 0 Địa chỉ mạng (7 bit) Địa chỉ trạm (24 bit) Lớp
B 1 0 Địa chỉ mạng(14 bit) Địa chỉ trạm (16 bit)
Lớp
Lớp
D 1 1 1 0 Địa chỉ multicast (28 bit)
Lớp
E 1 1 1 1 Chưa sử dụng (28 bit)
Hình 2.2: Các lớp địa chỉ IPv4
Các bit đầu tiên của byte đầu tiên của địa chỉ IP được dùng để định danh lớp địa chỉ (0 - lớp A; 10 - lớp B; 110 - lớp C; 1110 - Lớp D và 1111 - lớp E).
Giao thức lớp liên mạng trong bộ giao thức TCP/IP hiện nay là IPv4. IPv4 cung cấp truyền thông trạm-tới-trạm giữa các hệ thống trên Internet. Cho dù IPv4 được thiết kế tốt, nhưng nó vẫn có một số hạn chế mà trở nên không phù hợp với sự phát triển nhanh của Internet.
b. IPv6
Địa chỉ IPv6 dài 128 bít và được biểu diễn dưới dạng hexa hai chấm. Trong cách biểu diễn này, 128 bít được chia thành 8 phần, mỗi phần dài 2 byte. Hai byte được biểu diễn bằng 4 số hexa. Do đó, địa chỉ IPv6 gồm 32 số hexa, cứ 4 số hexa có một dấu hai chấm để phân tách.
Hình 2.3: Cấu trúc địa chỉ IPv6
Trong IPv6, giao thức IP được thay đổi để điều tiết sự thay đổi không thể đoán trước của Internet. Định dạng và chiều dài của địa chỉ IP được thay đổi cùng với định dạng gói. Các giao thức liên quan như ICMP cũng được thay đổi. Các giao thức khác ở lớp liên mạng như ARP, RARP và IGMP không còn. Chức năng của chúng được đưa vào giao thức ICMP. Các giao thức định tuyến, như RIP và OSPF, cũng có chút sửa đổi để thích ứng những thay đổi này.
IPv6 có một số ưu điểm so với IPv4:
- Khoảng địa chỉ lớn hơn. Địa chỉ IPv6 dài 128 bít, nghĩa là gấp bốn lần chiều dài địa chỉ IPv4.
- Định dạng tiêu đề tốt hơn. IPv6 sử dụng định dạng tiêu đề mới, trong đó các tùy chọn được tách khỏi phần tiêu đề cơ sở và nếu cần, được thêm vào giữa phần tiêu đề cơ sở và dữ liệu. Do vậy, làm đơn giản và tăng tốc độ xử lý định tuyến vì hầu hết các tùy chọn đều không cần được router kiểm tra. - Các tùy chọn mới. IPv6 có một số tùy chọn mới cho phép các chức năng bổ
sung.
- Cho phép mở rộng. IPv6 được thiết kế để cho phép mở rộng khi có yêu cầu. - Hỗ trợ cấp phát tài nguyên. Trong IPv6, trường loại dịch vụ được bỏ đi,
nhưng một cơ chế (được gọi là nhãn luồng) được thêm vào để cho phép nguồn yêu cầu xử lý gói đặc biệt. Cơ chế này có thể được sử dụng để hỗ trợ lưu lượng video hoặc âm thanh thời gian thực.
- Bảo mật hơn. Tùy chọn mật mã và chứng thực trong IPv6 cung cấp tính toàn vẹn và tính bảo mật của gói.
a. Chiến lược chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6
Do số lượng nút trên Internet là một con số khổng lồ, nên việc chuyển dịch từ IPv4 sang IPv6 không thể xảy ra đột ngột. Phải mất một khoảng thời gian đáng kể để các hệ thống trên Internet có thể chuyển từ IPv4 sang IPv6. Việc chuyển dịch phải trôi chảy để không có vấn đề gì giữa hệ thống IPv4 và IPv6.
Ba chiến lược đã được IETF phát triển để sự chuyển dịch trôi chảy hơn, gồm: chồng giao thức kép, đường hầm và dịch tiêu đề.
Chồng giao thức kép
Chiến lược này khuyến nghị rằng mọi trạm trước khi di trú hoàn toàn sang IPv6, phải có một chồng giao thức kép. Nói cách khác, một trạm phải chạy IPv4 và IPv6 đồng thời cho đến khi toàn bộ Internet đều sử dụng IPv6.
Đường hầm
Đường hầm là chiến lược được sử dụng khi hai đầu cuối IPv6 muốn truyền thông với nhau, nhưng gói phải đi qua một khu vực sử dụng IPv4. Để qua khu vực này, gói phải có một địa chỉ IPv4. Gói IPv6 được đóng gói trong gói IPv4 khi nó đi vào khu vực, và được mở gói khi nó rời khỏi khu vực. Dường như gói IPv6 đi vào đường hầm ở một đầu và ló ra ở đầu kia.
Dịch tiêu đề
Chiến lược dịch tiêu đề cần thiết khi phần lớn Internet đã chuyển sang IPv6 và chỉ còn một phần nhỏ sử dụng IPv4. Máy gửi muốn sử dụng IPv6, nhưng trạm nhận không hiểu IPv6. Đường hầm không hoạt động trong trường hợp này vì gói phải ở
định dạng IPv4 để trạm nhận có thể hiểu được. Trong trường hợp này, định dạng tiêu đề phải được thay đổi toàn bộ thông qua quá trình dịch tiêu đề. Tiều đề IPv6 được chuyển đổi thành tiêu đề IPv4.
b. Các kĩ thuật biên dịch
Kỹ thuật biên dịch không trạng thái IP/ICMP (SIIT – Stateless IP/ICMP Translation)
Trong giai đoạn đầu của quá trình chuyển giao IPv4-IPv6, chúng ta cần có các cơ chế cho sự liên lạc giữa các node IPv4 và IPv6. Các node IPv6 có thể là các node có khả năng IPv4 (nghĩa là các node có thể triển khai IPv4 nhưng chưa chắc đã được gán địa chỉ IPv4) hoặc không có khả năng đó. Khi đó để liên lạc giữa các node thì kĩ thuật SIIT được sử dụng. Kĩ thuật SIIT là kỹ thuật được sử dụng trong quá trình biên dịch giữa IPv4 và IPv6, chúng nhằm cho việc liên lạc giữa các node IPv4 thuần nhất và các node IPv6 thuần nhất. Chúng biên dịch giữa các header IPv4 và IPv6 bao gồm cả header ICMP. Bộ biên dịch SIIT được cài đặt và cấu hình trong các bộ định tuyến dual stack. Các tình huống có thể xảy ra trong quá trình chuyển đổi gồm:
- Khi thiết lập một mạng mới với toàn các node triển khai IPv6 thì không cần thiết lập định tuyến IPv4 trong mạng đó. Tuy nhiên có thể có một vài node IPv6 cần liên lạc với các node IPv4 trong mạng Internet hiện tại, khi đó kĩ thuật SIIT được sử dụng tại biên giới mạng.
- Chúng ta cần có một mạng IPv4 và thêm vào đó nhiều node IPv6. Các node IPv6 có thể triển khai cả hai stack IPv4 và IPv6 nhưng không thể có để gán thường chú cho các node đó.
NAT-PT
Kỹ thuật chuyển đổi địa chỉ (Network Address Translation – Protocol Translation NAT-PT) là một kỹ thuật rất tốt tại biên giới của mạng IPv6 chỉ có một đường ra khi nó liên kết với mạng IPv4 hay mạng kết hợp IPv4 và IPv6. NAT-PT cho phép các host thuần và các ứng dụng IPv6 có thể liên lạc với các host thuần và các ứng dụng IPv4 và ngược lại. NAT-PT sử dụng một tập hợp địa chỉ IPv4 để gán cho các node IPv6 dựa trên cơ chế cấp phát động để tạo thành phiên giao dịch qua biên giới IPv4-IPv6. Các địa chỉ IPv4 được dùng trong kỹ thuật NAT-PT là địa chỉ toàn cầu. NAT-PT sẽ ánh xạ địa chỉ IPv4 sang địa chỉ IPv6 và ngược lại để cung cấp một cơ chế định tuyến trong suốt đối với các gói tin liên lạc giữa chúng. Cơ chế này không cần đòi hỏi phải nâng cấp ở các node đầu cuối và nó cung cấp một sự định tuyến trong suốt đối với các node đầu cuối. Chúng ta không nên dùng NAT-PT cùng với bất kỳ kỹ thuật IPv6 trên IPv4 thông qua đường ống. NAT-PT chỉ nên sử dụng trong sự chuyển đổi qua lại giữa IPv4 thuần nhất và IPv6 thuần nhất.
BIS
Kỹ thuật BIS (Bump-In-the-Stack) là kỹ thuật cho phép các ứng dụng không có khả năng IPv6 chạy trên các host IPv4 có khả năng liên lạc với các host IPv6 bằng cách thêm vào stack IPv4 3 thủ tục nhỏ giữa tầng ứng dụng và tầng mạng là thủ tục phân giải tên mở rộng, ánh xạ địa chỉ và biên dịch. Ý tưởng cơ bản ở đây là khi ứng dụng IPv4 cần liên lạc với host IPv6 thì địa chỉ IPv6 của host đó được ánh xạ sang địa chỉ IPv4 nằm ngoài khoảng địa chỉ nội bộ cho các host dual-stack.
Kỹ thuật này thật sự có lợi trong giai đoạn đầu của quá trình chuyển đổi IPv4 và IPv6 ở những nơi mà một vài ứng dụng chưa thay đổi sang IPv6. Điều này là có lợi cho người sử dụng. Kỹ thuật này cho phép các ứng dụng trong một host có thể liên lạc với tất cả các host IPv4 và IPv6.
Kỹ thuật này chỉ có thể dùng cho địa chỉ unicast mà không thể dùng cho địa chỉ multicast. Và mặc dù nó cho phép các host có thể liên lạc với các host IPv4 thông qua các ứng dụng IPv4 nhưng điều này không thể áp dụng cho các ứng dụng sử dụng lựa chọn IPv4 vì ta không thể chuyển đổi mọi lựa chọn IPv4 sang IPv6.