2. Ngày hoàn thành đồ ỏn: / /20
1.4.2.Giao thức IPv6
1.4.2.1. Sự ra đời của Ipv6
Giao thức lớp mạng trong dóy giao thức TCP/IP được dựng hiện nay là IP version4 (IPv4) và được ra đời từ những năm 1970. IPv4 cung cấp sự truyền dẫn host - to – host giữa cỏc hệ thống trong mạng Internet. Mặc dự IPv4 được thiết kế khỏ hoàn chỉnh, việc truyền số liệu kể từ khi IPv4 ra đời và tồn tại cho đến ngày nay mà khụng cú sự thay đổi gỡ nhiều. Nhưng với sự phỏt triển chúng mặt của Internet, IPv4 khụng cũn phự hợp bởi vỡ nú cũn cú một số điểm chưa hoàn thiện sau:
-Khụng gian địa chỉ sắp cạn kiệt, đặc biệt là địa chỉ lớp B.
-Cấu trỳc bảng định tuyến khụng phõn lớp. Vỡ thế, khi số lượng mạng tăng lờn thỡ đồng thời kớch thước bảng định tuyến tăng.
-Mạng truyền dẫn Internet yờu cầu về thời gian thực cao trong truyền dẫn hỡnh ảnh và õm thanh do ngày càng cú nhiều dịch vụ khỏc nhau sử dụng IP. Loại truyền dẫn này yờu cầu độ trễ nhỏ nhất và khả năng dự trữ về tài nguyờn khụng được cung cấp trong cấu trỳc của IPv4. Khắc phục những thiếu sút trờn IPv6 được ra đời trong giai đoạn năm 1998-1999 bởi Internet Engineering Task Force nhằm mở rộng số lượng địa chỉ mạng bị giới hạn bởi IPv4 và hiện nay là một phiờn bản chuẩn. Trong IPv6, mạng Internet được thay đổi nhiều để phự hợp với sự phỏt triển. Định dạng và chiều dài của cỏc địa chỉ IP được thay đổi cho phự hợp với định dạng của gúi tin. Cỏc giao thức liờn quan như ICMP (Internet Control Message Protocol: Giao thức bản tin điều khiển Internet) cũng được biến đổi. Cỏc giao thức khỏc trong lớp mạng như ARP, RARP và IGMP hoặc là được xúa bỏ hoặc là được thờm vào giao thức ICMP. Cỏc giao thức định tuyến như RIP và OSPF cũng thay đổi để phự hợp với sự biến đổi trờn. Theo dự đoỏn thỡ IPv6 và cỏc giao thức liờn quan sẽ thay thế phiờn bản IP hiện nay.
1.4.2.2. Biểu diễn IPv6
Địa chỉ IPv6 được viết hoặc theo 128 bits nhị phõn, hoặc thành một dóy chữ số hexa. Tuy nhiờn, nếu viết một dóy số 128 bits nhị phõn thỡ khụng thuận tiện, và để nhớ chỳng thỡ khụng thể. Do vậy, địa chỉ IPv6 thường được biểu diễn dưới dạng một dóy chữ số hexa.
Đầu tiờn, 128 bits nhị phõn của địa chỉ IPv6 được biểu diễn thành dóy chữ số hexadecimal. Sau đú, nhúm 128 bits này thành cỏc nhúm 4 bits.Tiếp đến, chuyển đổi từng nhúm 4 bits thành số hexa tương ứng và nhúm 4 số hexa thành một nhúm phõn cỏch bởi dấu “:”.
Kết quả, một địa chỉ IPv6 được biểu diễnthành một dóy số gồm 8 nhúm số hexa cỏch nhau bằng dấu “:”, mỗi nhúm gồm 4 chữ số hexa.
Hỡnh 1.4: Cấu trỳc thường thấy của một địa chỉ IPv6
1.4.2.3. Khuụn dạng datagram IPv6
Hỡnh 1.5 là cấu trỳc của một datagram trong phiờn bản IPv6
Ver Prio Flow label
Payload Length Next Header Hop Limit
TTL Protocol Header Checksum
Source Address Destination Address
Data
Hỡnh 1.5: Định dạng datagram của IPv6
í nghĩa của cỏc trường trong cấu trỳc như sau:
-Ver: (4 bit) Chứa giỏ trị của phiờn bản giao thức IP đó dựng để tạo datagram. Với IPv6 thỡ trường giỏ trị này sẽ là 0110.
-Prio: (4 bit) Chỉ thị mức độ ưu tiờn trong quỏ trỡnh phõn phỏt của datagram. + Giỏ trị từ 0 đến 7: mức độ ưu tiờn của lưu lượng cũn yờu cầu phớa phỏt điều khiển nghẽn lưu lượng. Đõy là những lưu lượng cú thể phỏt lại nếu tắc nghẽn xảy ra thường sử dụng cho cỏc dịch vụ truyền khụng lỗi.
Tiền tố (Prefix)
n bit 64-n bit
Định danh giao diện (Interface ID) 128 bit
+ Giỏ trị từ 8 đến 15: Mức độ ưu tiờn của lưu lượng khụng yờu cầu phớa phỏt thực hiện điều khiển tắc nghẽn lưu lượng. Đõy là nhưng yờu cầu thơi gian thực.
-Flow Label: (24 bit) Đõy là một giỏ trị khỏc 0 được phớa nguồn gỏn cho cỏc datagram thuộc một luồng cụ thể cú yờu cầu router xử lý đặc biệt (cỏc dịch vụ cú QoS hay dịch vụ khụng lỗi) và để điều khiển.
-Payload Length: (16 bit) Chỉ độ dài của phần tải tin và bất ký tiờu đề của phần mở rộng nào nằm tiếp theo phần tiờu đề cơ bản của IPv6 (khụng bao gồm phần tiờu đề cơ bản của datagram IPv6). Đơn vị tớnh theo từng octet. Như vậy, một datagram IPv6 cú phần độ dài tải tối đa là 65535 byte nờn cú thể chứa khoảng 64Kb để tải số liệu hữu hiệu. Nếu bằng 0 nú ngụ ý rằngđộ dài tải tin được đặt trong lựa chọn hop - by – hop cho tải tin lớn hơn Jumbo Payload.
-Next Header: (8 bit) Chỉ loại tiờu đề dược sử dụng ngay sau tiờu đề cơ bản của IPv6. Nú cú thể là tiờu đề mở rộng hay tiờu đề của tầng truyền tải (khi đú cỏc giỏ trị giống như trường Protocol trong IPv4) hay thậm chớ là chỉ trường tải dữ liệu.
-Hop Limit: (8 bit) Giỏ trị của trường này giảm đi 1 mỗi khi datagram được chuyển tiếp qua một Router. Datagram sẽ bị hủy nếu giỏ trị này bằng 0, (gần giống như Trường Time to Live trong IPv4).
-Source Address: (128 bit) Xỏc định địa chỉ IP nguồn của IPv6 datagram. Nú khụng thay đổi trong suốt quỏ trỡnh datagram được truyền.
-Destination Address: (128 bit) Xỏc định địa chỉ IP đớch của IPv6 datagram. Nú khụng thay đổi trong suốt quỏ trỡnh datagram được truyền.
-Data: Chứa dữ liệu cần truyền.
1.4.2.4. Cỏc loại địa chỉ của IPv6
Địa chỉ IPv6 sử dụng 128 bit được dựng định danh cỏc giao diện đơn và tập cỏc giao diện. Địa chỉ IPv6 được gỏn cho cỏc giao diện chứ khụng phải cho cỏc node. Nếu mỗi giao diện thuộc về một node đơn thỡ bất kỳ địa chỉ Unicast của giao diện của node đú cú thể được sử dụng như là định danh cho node đú. Địa chỉ IPv6 được chia thành 3 loại sau:
-Anycast: Xỏc định một tập hợp cỏc giao diện cú thể thuộc cỏc mạng khỏc nhau và datagram cú thể gửi đến bất kỳ một giao diện nào phự hợp nhất với giỏ trị đo của giao thức định tuyến (vớ dụ: đường di ngắn nhất, giỏ thành rẻ nhất…).
-Multicast: Xỏc định một tập hợp cỏc giao diện cú thể thuộc cỏc mạng khỏc nhau mà datagram sẽ được gửi đến tất cả cỏc giao diện này.
Trong IPv6 khụng cú loại địa chỉ Broadcast. Loại địa chỉ này được thay thế bằng cỏch sử dụng địa chỉ Multicast. Địa chỉ trong IPv6 chỉ được sử dụng để chỉ đến từng mỏy (từng giao diện) chứ khụng mang thụng tin về mạng. Vỡ thế, nú cũn khắc phục được nhược điểm của hệ thống đỏnh địa chỉ IPv4 đú là: Mỏy cú thể di chuyển đến cỏc mạng khỏc nhau mà khụng cần thực hiện kết nối lại.
1.4.2.5. Cỏc đặc tớnh của IPv6
IPv6 cú vài ưu điểm hơn so với IPv4 là:
-Khụng gian địa chỉ lớn hơn: một địa chỉ IPv6 cú chiều dài là 128 bit. Tăng hơn 4 lần so với khụng gian địa chỉ của IPv6. Nõng cao khả năng định tuyến vỡ cú khụng gian địa chỉ rộng nờn cú thể phõn cấp địa chỉ, việc định tuyến thực hiện tại nguồn với tiờu đề mở rộng để định tuyến sẽ hiệu quả hơn.
-Định dạng tiờu đề tốt hơn: IPv6 sử dụng một định dạng tiờu đề mới trong đú: cỏc options được tỏch riờng với cỏc tiờu đề cơ sở và được thờm vào giữa cỏc tiờu đề cơ sở và dữ liệu lớp cao hơn khi cần thiết. Điều này làm cho đơn giản và tăng tốc độ trong quỏ trỡnh xử lý định tuyến cỏc gúi tin vỡ hầu hết cỏc options khụng cần thiết để được kiểm tra bởi cỏc router.
-Cấu hỡnh địa chỉ tự động: cỏc mỏy tớnh nối vào mạng là cú thể tự động xỏc định địa chỉ của mỡnh nhờ đú giảm gỏnh nặng cho nhà quản lý và thuờ bao khụng cần mất nhiều cụng sức để xỏc định địa chỉ.
-Cỏc option mới: IPv6 cú cỏc options để đỏp ứng với cỏc chức năng được thờm vào.
-Cho phộp mở rộng: IPv6 được thiết kế để phự hợp với sự mở rộng của giao thức nếu cần cỏc cụng nghệ và ứng dụng mới.
-Hỗ trợ cho định vị tài nguyờn: Trong IPv6, cỏc trường Type of Service được loại bỏ, nhưng một cơ chế (được gọi là Flow Label) đó được thờm vào để tài
nguyờn đươc phộp yờu cầu xử lý gúi tin một cỏch đặc biệt. Cơ chế này cú thể được sử dụng để hộ trợ lưu lượng như vấn đề thời gian thực của õm thanh, hỡnh ảnh…
-Hỗ trợ cho tớnh bảo mật cao hơn: cỏc option về việc mó húa trong IPv6 cung cấp độ tin cậy và kiểm tra gúi tin.
- Tớnh di động: IPv6 hỗ trợ việc chuyển vựng (roaming) giữa cỏc mạng khỏc nhau khi khỏch hang rời khỏi phạm vi của một mạng và vào phạm vi của nhà cung cấp khỏc.
1.4.2.6. Chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6
Chuyển đổi sử dụng từ mạng IPv4 sang mạng IPv6 khụng phải là một cụng việc dễ dàng hay cú thể thực hiện ngay được. Trong trường hợp thủ tục IPv6 đó được chuẩn húa, hoàn thiện và hoạt động tốt, việc chuyển đổi cú thể được thỳc đẩy thực hiện trong một thời gian nhất định đối với một mạng nhỏ, mạng của một tổ chức.Tuy nhiờn khú cú thể thực hiện ngay được với một mạng lớn. Đối với internet toàn cầu, việc chuyển đổi ngay lập tức từ IPv4 sang IPv6 là một điều khụng thể.
Hỡnh 1.6: Chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 [23]
Lộ trỡnh chuyển đổi từ IPv4 lờn IPv6 ở Việt Nam chia thành ba giai đoạn: -Giai đoạn 1 (Từ 2011- đến 2012): Giai đoạn chuẩn bị.
-Giai đoạn 2 (Từ 2013- đến 2015): Giai đoạn khởi động. -Giai đoạn 3 (Từ 2016- đến 2019): Giai đoạn chuyển đổi. IETF đó đưa ra 3 phương phỏp để chuyển đổi. Đú là:
-Phương phỏp ngăn kộp (Dual Stack). -Đường hầm (Tunnelling).
-Chuyển đổi tiờu đề (Header Translation).
Cỏc phương thức chuyển đổi
Hỡnh 1.7: Cỏc phương thức chuyển đổi IPv4 sang IPv6
-Ngăn kộp (Dual stack)
Cơ chế Ngăn kộp cũn gọi là cơ chế chồng 2 lớp. Cơ chế này đảm bảo mỗi Host/Router được cài cả hai giao thức IPv4 và IPv6. Với cơ chế đụi (Dual) này, hoạt động của cỏc Host/ Router hoàn toàn tương thớch với IPv4 và IPv6. Những ứng dụng nào được hỗ trợ Chồng hai giao thức sẽ hoạt động được cả với địachỉ IPv4 và địa chỉ IPv6.Đối với Host/Router dựng kỹ thuật Chồng hai giao thức, cú thể kết hợp với cỏc cụng nghệ chuyển đổi như cụng nghệ đường hầm (cơ chế này sẽ được trỡnh bày ở phần sau). Đối với những nỳt mạng này, cú thể kết hợp với cơ chế AutomaticTunnel hoặc Configured Tunnel, hoặc cả hai cơ chế này. Do đú, cú 3 trường hợpriờng cú thể sử dụng là:
+ Nỳt mạng IPv4/IPv6 khụng kết hợp sử dụng cơ chế Tunnel(đường hầm). + Nỳt mạng IPv4/IPv6 sử dụng kết hợp với Configured Tunnel.
+ Nỳt mạng IPv4/IPv6 sử dụng kết hợp với cả Configured Tunnel và Automatic Tunnel.
Và cũng theo cơ chế này, IPv6 sẽ cựng tồn tại với IPv4,chỳng sẽ dựng chung hạ tầng mạng IPv4. Việc chọn lựa Stack(giao thức) nào để hoạt động (IPv4 hay IPv6)sẽ dựa vào thụng tin cung cấp bởi dịch vụ phõn giải tờn miền thụng qua cỏc DNS Server. Thụng thường, địa chỉ IPv6 trong kết quả trả về của DNS sẽ được lựa chọnso với địa chỉ IPv4.
IGMP, ICMPv4 IPv4 RARP, RARP
Lớp ứng dụng - Aplication Layer
TCP or UDP
Underlying LAN or Cụng Nghệ WAN ICMPv6
Hỡnh 1.8: Ngăn kộp
Cơ chế Dual stack hoạt động dưới sự trợ giỳp củadịch vụ phõn giải tờn miền DNS. Cỏc mỏy chủ Chồng hai giao thức sẽ cú bản ghiđịa chỉ khai bỏo trong cỏc DNS Server, do vậy DNS Server phải hỗ trợ IPv6. Khi đú, sẽ cú một bản ghi (record table) A lưu trữ một địa chỉ IPv4 và một bản ghiAAAA lưu trữ một địa chỉ IPv6.
Mỗi bản ghi này cú thể trỏ đến một địa chỉ IPv4hoặc IPv6. Trong trường hợp kết quả tỡm thấy là một bản ghi AAAA trỏ đến địa chỉ IPv4 (compatible IPv6) và một bản ghi A trỏ đến địa chỉ IPv4 tương ứng thỡ kết quảtrả về cú giỏ trị sau:
+ Trả lại duy nhất địa chỉ IPv6. + Trả lại duy nhất địa chỉ IPv4. + Trả lại cả hai địa chỉ IPv4 và IPv6.
Việc lựa chọn loại địa chỉ nào được trả về phụ thuộc vào từng trường hợp. Trong trường hợp cả hai loại địa chỉ trả về thỡ trật tự sắp xếp cỏc loại địa chỉ liờnquan đến luồng IP của Host đú. Nếu một địa chỉ IPv6 được trả về, Nỳt mạng đú giao tiếp với Nỳt mạng đớch và gúi tin được đúng theo chuẩn IPv6. Tương tự, nếu địa chỉ IPv4 được trả về, Nỳt mạng đú giao tiếp với một Host IPv4 và lỳc nàygúi tin được đúng gúi theo chuẩn IPv4.
-Đường hầm (tunnelling)
Đường hầm là một phương phỏp được sử dụng khi cỏc mỏy tớnh dựng IPv6 muốn liờn lạc với nhau nhưng cỏc gúi tin này lại phải đi qua một vựng mà vựng này sử dụng IPv4. Để cỏc gúi tin đi qua được vựng này, gúi tin phải cú một địa chỉ IPv4. Bởi vậy, gúi tin IPv6 phải rỳt ngắn lại thành gúi tin IPv4 khi nú vào vựng này, và nú di chuyển cỏc gúi cắt ngắn của nú khi ở trong vựng này. Điều này giống như gúi tin IPv6 đi xuyờn qua một đường hầm tại một đầu cuối và thoỏt ra tại một đầu cuối khỏc khỏc. Núi một cỏch rừ ràng hơn, gúi tin IPv4 đang vận chuyển cỏc gúi tin IPv6 như là dữ liệu.
IPv4 Tiờu đề IPv6 Miền IPv4 Vựng IPv6 IPv4 IPv6 Payload Tiờu đề IPv4 Payload Hỡnh 1.9: Cụng nghệ tunneling
Cú hai phương phỏp đường hầm đú là:
+ Đường hầm tự động (Automatic Tunnelling): là hỡnh thức tạo đường hầm kết nối IPv6 trờn cơ sở hạ tầng mạng IPv4, trong đú đũi hỏi phải cú cấu hỡnh bằng tay tại cỏc điểm kết thỳc đường hầm. Trong đường hầm cấu hỡnh bằng tay, cỏc điểm kết cuối đường hầm này sẽ khụng được suy ra từ cỏc địa chỉ nằm trong địa chỉ nguồn và địa chỉ đớch của gúi tin IPv6.
+ Đường hầm sắp xếp (Configured Tunnelling): là cụng nghệ tạo đường hầm trong đú khụng đũi hỏi cấu hỡnh địa chỉ IPv4 của điểm bắt đầu và kết thỳc đường hầm bằng tay. Địa chỉ IPv4 của điểm bắt đầu và kết thỳc đường hầm được suy ra từ địa chỉ nguồn và địa chỉ đớch của gúi tin IPv6.
-Chuyển đổi tiờu đề (Header Translation).
Sự chuyển đổi tiờu đề là cần thiết khi đa số mạng Internet đó được chuyển thành IPv6 nhưng một vài hệ thống vẫn sử dụng IPv4. Bờn gửi muốn sử dụng IPv6, nhưng phớa thu khụng nhận biết được IPv6. Đường hầm khụng làm việc được trong trường hợp này bởi vỡ gúi tin phải là định dạng IPv4 thỡ phớa thu mới hiểu được. Cụng nghệ chuyển đổi thực chất là một dạng biến thể của cụng nghệ dịch địa chỉ mạng (NAT), thực hiện biờn dịch địa chỉ và dạng thức của phần đầu, cho phộp thiết bị chỉ hỗ trợ IPv6 cú thể giao tiếp với thiết bị chỉ hỗ trợ IPv4. Sự chuyển đổi tiờu đề sử dụng bản đồ địa chỉ để chuyển một địa chỉ IPv6 thành một địa chỉ IPv4 hỡnh vẽ 1.10:
Hỡnh 1.10: Sự chuyển đổi tiờu đề
Sau đõy là cỏc bước sử dụng cho việc chuyển đổi tiờu đề gúi tin IPv6 thành tiờu đề gúi tin IPv4:
+ Bước 1: Sơ đồ địa chỉ IPv6 được thay đổi thành 1 địa chỉ IPv4 bằng cỏch tỏch từ bờn phải thành cỏc phần 32 bớt.
+ Bước 2: Giỏ trị của trường Priority IPv6 bị xúa. + Bước 3: Đặt trường Type of Service trong IPv4 về 0.
+ Bước 4: Trường Checksum đối với IPv4 được tớnh và thờm vào trong trường tương ứng.
+ Bước 5: Flow Lable của IPv6 được bỏ qua.
+ Bước 6: Cỏc tiờu đề mở rộng của IPv6 được chuyển đổi thành cỏc option và được ấn vào trong tiờu đề IPv4.
+ Bước 7: Chiều dài của tiờu đề IPv4 được tớnh và được thờm vào trường tương ứng.
+ Bước 8: Chiều dài tổng của gúi tin IPv4 được tớnh và được thờm vào trường tương ứng.
1.4.2.7. IPv6 cho IP/WDM
Đến bõy giờ và nhỡn vào lộ trỡnh phỏt triển từ IPv4 lờn IPv6 cú thể khẳng định rằng IPv6 chưa thể thay thế IPv4 ngay được. Hai phiờn bản IP này sẽ cựng tồn tại trong nhiều năm nữa. Về nguyờn lý, cú thể thực thi IPv6 bằng cỏch nõng cấp phần mềm thiết bị IPv4 hiện thời và đưa ra một giai đoạn chuyển đổi để giảm thiểu chi