1.6.1 Các quy tắc biểu diễn
128 bit của IPv6, đƣợc chia ra thành 8 Octet, mỗi Octet chiếm 2 byte (4 bit), gồm 4 số đƣợc viết dƣới hệ cơ số Hexa, và mỗi nhóm đƣợc ngăn cách nhau bằng dấu hai chấm.
IPv6 là 1 địa chỉ mới nên chúng ta không xài hết 128 bit, vì vậy sẽ có nhiều số 0 ở các bit đầu nên ta có thể viết rút gọn để lƣợc bỏ số 0 này.
Ví dụ địa chỉ : 1088:0000:0000:0000:0008:0800:200C:463A
Ta có thể viết 0 thay vì phải viết là 0000, viết 8 thay vì phải viết 0008, viết 800 thay vì phải viết là 0800. Địa chỉ đã đƣợc rút gọn: 1088:0:0:0:8:800:200C:463A
IPv6 còn có một nguyên tắc nữa là chúng ta có thể nhóm các số 0 lại thành 2 dấu hai chấm “::”, địa chỉ ở trên, chúng ta có thể viết lại nhƣ sau:
1088::8:800:200C:463A
Qua ví dụ trên, ta sẽ rút ra đƣợc 3 nguyên tắc:
Trong dãy địa chỉ IPv6, nếu có số 0 đứng đầu có thể loại bỏ. Ví dụ 0800 sẽ đƣợc viết thành 800, hoặc 0008 sẽ đƣợc viết thành 8.
Trong dãy địa chỉ IPv6, nếu có các nhóm số 0 liên tiếp, có thể đơn giản các nhóm này bằng 2 dấu :: (chỉ áp dụng khi dãy 0 liên tiếp nhau).
Trong IPv6, chúng ta chỉ có thể sử dụng 2 dấu hai chấm một lần với địa chỉ. Không đƣợc viết ::AB65:8952::, vì nếu viết nhƣ thế sẽ gây nhầm lần khi dịch ra đầy đủ.
Ví dụ tổng hợp :
2031:0000:130F:0000:0000:09C0:876A:130B ĐÚNG 2031:0:130f::9c0:876a:130b ĐÚNG
2031::130f::9c0:876a:130b SAI (chỉ đƣợc dùng 1 lần dấu 2 chấm) FEC0:CD:FXB9:0067::2A4 SAI (không tồn tại X trong hệ Hexa) FF01:0:0:0:0:0:0:1 FF01::1
0:0:0:0:0:0:0:1 ::1 (địa chỉ Loopback trong IPv6) 0:0:0:0:0:0:0:0 :: (địa chỉ đặc biệt)
1.6.2 Sử dụng các địa chỉ IPv6 trong việc truy cập URL
Chúng ta có thể truy cập một trang web bằng tên hoặc bằng địa chỉ IP. Ví dụ trang web dtu.edu.vn , có địa chỉ ip tƣơng ứng là 222.255.128.204. Vậy chúng ta hoàn toàn có thể vào website bằng cách gõ: http:// 209.85.175.106.
Tƣơng tự nhƣ vậy chúng ta có thể truy cập một trang web bằng địa chỉ IPv6 nhƣng phải để nó trong cặp dấu [ ]. Ví dụ:
http://[FEDL:8435:7356:EADC:BA98:2010:3280:ABCD]
Ngoài ra, chúng ta cũng có thể thêm số port vào địa chỉ URL, Ví dụ: http://[fe80::d16d:c70d:e6a9:9775]:8080
1.7 Phân loại địa chỉ
Địa chỉ IPv6 dƣợc chia ra thành 3 loại chính sau đây:
Unicast Address: Unicast Address dùng để xác định một interface trong phạm
vi các Unicast Address. Gói tin (Packet) có đích đến là Unicast Address sẽ thông qua Routing để chuyển đến 1 interface duy nhất.
Anycast Address: Anycast Address dùng để xác định nhiều Interfaces. Tuy
vậy, packet có đích đến là Anycast Address sẽ thông qua Routing để chuyển đến một interface trong số các interface có cùng Anycast Address, thông thƣờng là interface gần nhất. Chữ “gần nhất” ở đây đƣợc xác định thông qua giao thức định tuyến đang sử dụng.
Multicast Address: Multicast Address dùng để xác định nhiều interfaces.
Packet có đích đến là Multicast Address sẽ thông qua Routing để chuyển đến tất cả các interfaces có cùng Multicast Address.
Trong IPv6 địa chỉ Broadcast đã bị loại bỏ và đƣợc thay bằng địa chỉ Multicast.
1.7.1 Unicast Address
a) Global Unicast Address:
Địa chỉ này đƣợc các ISP cấp cho ngƣời sử dụng có nhu cầu kết nối Internet. Global Unicast Address giống nhƣ địa chỉ Public của IPv4. Cấu trúc của địa chỉ Global Unicast Address đã đƣợc trình bày chi tiết ở mục 1.4.2
b) Link-local Addresses:
Đây là loại địa chỉ dùng cho các host khi chúng muốn giao tiếp với các host khác trong cùng mạng LAN. Tất cả IPv6 của các interface đều có địa chỉ link local
Theo hình 1.13 :
10 bits đầu là giá trị cố định 1111 1110 10 (Prefix FE80::/10)
54 bits kế tiếp có giá trị bằng 0
64 bits cuối : là địa chỉ của interface.
Kết luận : Trong Link Local Address: 64 bit đầu là giá trị cố định không thay đổi tƣơng ứng với prefix là FE80::/10
Vào cmd, gõ lệnh “netsh interface ipv6 show addresses” để xem giá trị Link-Local Address.
Hình 1.14 Xem địa chỉ Link-local của máy tính.
Có một lƣu ý là Router không thể chuyển bất kỳ gói tin nào có địa chỉ nguồn hoặc địa chỉ đích là Link Local Address.
c) Site-local Addresses:
Site-Local Addresses đƣợc sử dụng trong hệ thống nội bộ (Intranet) tƣơng tự các địa chỉ Private IPv4 (10.X.X.X, 172.16.X.X, 192.168.X.X). Phạm vi sử dụng Site- Local Addresses là trong cùng 1 Site.
Hình 1.15 Cấu trúc địa chỉ Site-local.
Theo hình 1.15 :
10 bits đầu là giá trị cố định 1111 1110 11 (Prefix FEC0::/10).
38 bits kế tiếp toàn bộ là bit 0.
16 bits kế tiếp là giá trị Subnet ID.
64 bits cuối là địa chỉ của interface.
Kết luận: Trong Site-local Address: 10 bit đầu là giá trị cố định không thay đổi tƣơng ứng với prefix là FEC0::/10
1.7.2 Multicast Address
Trong địa chỉ IPv6 không còn tồn tại khái niệm địa chỉ Broadcast. Mọi chức năng của địa chỉ Broadcast trong IPv4 đƣợc đảm nhiệm thay thế bởi địa chỉ IPv6 Multicast.
Hình 1.16 Cấu trúc địa chỉ Multicast Address.
Địa chỉ IPv6 Multicast đƣợc định nghĩa với prefix là FF::/8 .
Từ FF00:: đến FF0F:: là địa chỉ dành riêng đƣợc quy định bởi IANA để sử
dụng cho mục đích multicast.
Octet thứ hai chỉ ra cờ (flag) và phạm vi (Scope) của địa chỉ multicast. Flag xác định thời gian sống của địa chỉ. Có 2 giá trị của flag :
Flag = 0 : Địa chỉ multilcast vĩnh viễn. Flag = 1 : Địa chỉ multilcast tạm thời.
Scope chỉ ra phạm vi hoạt động của địa chỉ. Có 7 giá trị của Scope : Scope = 1 : Interface-local. Scope = 2 : Link-local. Scope = 3 : Subnet-local. Scope = 4 : Admin-local. Scope = 5 : Site-local. Scope = 8 : Organization. Scope = E : Global.
Bảng 1.2 Ví dụ về địa chỉ IPv6 Multicast.
Địa chỉ Loại Phạm vi FF02::/16 Vĩnh viễn Link-local
FF08::/16 Vĩnh viễn Organization FF14::/16 Tạm thời Admin-local FF1E::/16 Tạm thời Global (toàn cầu)
Ngoài ra địa chỉ IPv6 Multicast còn có quy định giá trị của các bit cuối để xác định đối tƣợng thuộc phạm vi của Multicast Address.
Bảng 1.3 Bảng mô tả các loại địa chỉ IPv6 Multicast.
Địa chỉ Các bit cuối Đối tƣợng Phạm vi FF02::1 1 Tất cả các node Link-local FF03::2 2 Tất cả các Router Subnet-local FF04::9 9 Tất cả các RIP Router Admin-local FF02::1:FFXX:XXXX FFXX:XXXX Các Solicited-node Link-local FF05::101 101 Tất cả NTP server Site-local
(thay cho ARP của IPv4) dùng để phân giải địa chỉ IPv6 thành địa chỉ MAC của các node trong cùng 1 vùng (ở đây vùng trong ví dụ là Link-local).
1.7.3 Anycast Address
Anycast là địa chỉ hoàn toàn mới trong IPv6. Còn đƣợc gọi là địa chỉ One-to-
nearest (một đến gần nhất).
Hình 1.17 Cấu trúc địa chỉ Anycast Address.
Địa chỉ Anycast là một địa chỉ Global Unicast đƣợc gán cho nhiều interface của nhiều Router khác nhau trong cùng một WAN Scope, gói tin chuyển đến Anycast Address sẽ đƣợc hệ thống định tuyến chuyển đến router có metric tốt nhất (router gần nhất).
Hiện nay, địa chỉ Anycast đƣợc sử dụng rất hạn chế, rất ít tài liệu nói về cách sử dụng loại địa chỉ này. Hầu nhƣ Anycast addresss chỉ đƣợc dùng để đặt cho Router, không đặt cho Host, lý do là bởi vì hiện nay địa chỉ này chỉ đƣợc sử dụng vào mục đích cân bằng tải.
Ví dụ : khi một nhà cung cấp dịch vụ mạng có rất nhiều khách hàng muốn truy cập dịch vụ từ nhiều nơi khác nhau, nhà cung cấp muốn tiết kiệm nên chỉ để một Server trung tâm phục vụ tất cả, họ xây dựng nhiều Router kết nối khách hàng với Server trung tâm, khi đó mỗi khách hàng có thể có nhiều con đƣờng để truy cập dịch vụ. Nhà cung cấp dịch vụ đặt địa chỉ Anycast cho các Router kết nối đến Server trung tâm, bây giờ mỗi khách hàng chỉ việc ghi nhớ và truy cập vào một địa chỉ Anycast duy nhất, tự động họ sẽ đƣợc kết nối tới Server thông qua Router gần nhất. Đây thật sự là một cách xử lý đơn giản và hiệu quả.
Địa chỉ Anycast không bao giờ đƣợc sử dụng nhƣ là địa chỉ nguồn của một gói tin.
1.8 Các loại địa chỉ IPv6 đặc biệt
1.8.1 Địa chỉ không định danh và địa chỉ loopback
IPv6 sử dụng hai địa chỉ đặc biệt sau trong giao tiếp :
0:0:0:0:0:0:0:0 hay đƣợc viết gọn thành “::” là loại địa chỉ không định danh đƣợc node IPv6 sử dụng để thể hiện rằng hiện tại nó không có địa chỉ. Địa chỉ “::” đƣợc sử dụng làm địa chỉ nguồn cho các gói tin trong quy trình hoạt động của một node IPv6 khi tiến hành kiểm tra xem có một node nào khác trên cùng đƣờng kết nối đã sử dụng địa chỉ IPv6 mà nó đang dự định dùng hay chƣa. Địa chỉ này không bao giờ đƣợc gán cho một interface hoặc đƣợc sử dụng làm địa chỉ đích.
0:0:0:0:0:0:0:1 hay “::1” đƣợc sử dụng làm địa chỉ xác định interface loopback, tƣơng đƣơng với dãi địa chỉ 127.0.0.0 của IPv4. Địa chỉ này dùng để kiểm tra xem một máy tính có hoạt động đƣợc IPv6 hay không. Bên cạnh đó, với các router thì địa chỉ ::1 không bao giờ đƣợc gửi trên một đƣờng kết nối hay chuyển tới bởi router. Phạm vi của dạng địa chỉ này là phạm vi node.
1.8.2 Địa chỉ IPv4-Compatible IPv6
IPv4-Compatible IPv6 là địa chỉ tƣơng thích của một IPv4 với một IPv6 Node. Khi sử dụng IPv4-Compatible nhƣ một IPv6 Destination, gói tin sẽ đƣợc đóng gói (Packet) với IPv4 Header để truyền trong môi trƣờng IPv4.
Format : 0:0:0:0:0:0:w.x.y.z
Trong đó w,x,y,z là các địa chỉ IPv4.
Ví dụ : 0:0:0:0:0:0:0:192.168.1.2
Dạng địa chỉ IPv4-Compatible đƣợc sử dụng trong công nghệ tạo đƣờng hầm có tên gọi là tunnel tự động. Khi một gói tin IPv6 có địa chỉ nguồn và đích dạng này, gói tin IPv6 đó sẽ đƣợc tự động bọc trong gói tin có phần header IPv4 và gửi tới đích sử dụng cơ sở hạ tầng mạng IPv4.
Địa chỉ 6to4 là dạng địa chỉ IPv4-Compatible đƣợc sử dụng phổ biến hiện nay trong công nghệ tạo đƣờng hầm - tunnel động.
Hình 1.19 Cấu trúc địa chỉ 6to4.
Phần này đƣợc trình bày chi tiết ở phần 2.7.2 của khóa luận.
1.8.3 Địa chỉ IPv4-Mapped IPv6
IPv4-Mapped IPv6 đƣợc tạo nên từ 32 bit địa chỉ IPv4 theo cách thức gắn 80 bit 0 đầu tiên, tiếp theo là 16 bit có giá trị hexa FFFF với 32 bit địa chỉ IPv4. Địa chỉ IPv4- Mapped đƣợc sử dụng để biểu diễn một node thuần IPv4 thành một node IPv6 để phục vụ trong công nghệ biên dịch địa chỉ IPv4 – IPv6 (ví dụ công nghệ NAT-PT, phục vụ giao tiếp giữa mạng thuần IPv4 và mạng thuần IPv6). Địa chỉ IPv4-mapped không bao giờ đƣợc dùng làm địa chỉ nguồn hay địa chỉ đích của một gói tin IPv6.
Hình 1.20 Cấu trúc địa chỉ IPv4-Mapped IPv6.
Format : 0:0:0:0:0:FFFF:w.x.y.z
Trong đó w,x,y,z là các địa chỉ IPv4.
Ví dụ : 0:0:0:0:0:FFFF:192.168.1.2 1.9 Thống kê các dạng địa chỉ IPv6
Địa chỉ IPv6 đƣợc biểu diễn dƣới dạng chữ số Hexa nên có phần khó nhớ hơn địa chỉ IPv4. Những mục trƣớc đã đề cập và mô tả nhiều dạng địa chỉ IPv6. Phần này, sẽ tóm tắt và thống kê các dạng địa chỉ IPv6 đã và đang đƣợc sử dụng.
Bảng 1.4 Bảng thống kê các dạng địa chỉ IPv6.
Bit Dạng địa chỉ Chú thích
:: Địa chỉ không định danh Thể hiện Node hiện tại không có địa chỉ IPv6 nào đƣợc gán.
::1 Địa chỉ Loopback Thay thế dãi địa chỉ 127.0.0 của IPv4.
FE80::/10 Địa chỉ Link-local Giao tiếp giữa các node trong cùng đƣờng liên kết. FEC0::/10 Địa chỉ Site-local Đã bị hủy bỏ.
2000::/3 Địa chỉ định danh toàn cầu. Đƣợc cấp phát bởi các tổ chức quản lý Internet. FF::/8 Địa chỉ Multicast. Sử dụng trong nhiều mục
đích và thay thế địa chỉ Broadcast của IPv4.
::w.x.y.z Địa chỉ IPv4-Compatible IPv6 Dùng trong công nghệ tunnel động.
::FF:w.x.y.z Địa chỉ IPv4-Mapped IPv6 Dùng trong biên dịch địa chỉ IPv6-IPv4.
Chương 1 đã trình bày từ khái quát đến chi tiết về không gian địa chỉ và cấu trúc gói tin của IPv6. Địa chỉ IPv6 được đánh số lại và biểu diễn dưới dạng Hexa với không gian địa chỉ lớn hơn, bên cạnh đó là cách thức phân bố địa chỉ hợp lý hơn, giúp các nhà cung cấp Internet dễ dàng quản lý không gian địa chỉ và tối ưu hóa băng thông, khả năng định tuyến trên mạng. Các điểm chính trong chương :
Cấu trúc gói tin 128 bit cho không gian địa chỉ IPv6 rất lớn.
Loại bỏ được các nhược điểm của mạng IPv4 như NAT, bảo mật kém.
Tái đánh số địa chỉ IP, sử dụng hệ cơ số Hexa để biểu diễn địa chỉ.
Sự phân cấp địa chỉ toàn cầu rõ ràng dựa trên prefix.
Header tối ưu hơn.
Địa chỉ Unicast, Multicast, Anycast.
Các địa chỉ đặc biệt: địa chỉ không định danh, địa chỉ Loopback, địa chỉ IPv4- Compatible, địa chỉ IPv4-Mapped.
CHƢƠNG 2: TRIỂN KHAI IPv6 TRÊN CƠ SỞ HẠ TẦNG MẠNG IPv4
Triển khai, chuyển đổi và thay thế một giao thức Internet không phải là điều dễ dàng. Trong lịch sử hoạt động Internet toàn cầu, địa chỉ IPv6 không thể tức khắc thay thế IPv4 trong thời gian ngắn mà phải trãi qua một quá trình. Thế hệ địa chỉ IPv6 phát triển khi IPv4 đã hoàn thiện và hoạt động trên mạng lưới rộng khắp toàn cầu. Trong thời gian đầu phát triển, kết nối IPv6 cần thực hiện trên cơ sở hạ tầng mạng của IPv4. Mạng IPv6 và IPv4 sẽ cùng song song tồn tại trong thời gian dài, thậm chí mãi mãi. Trong Chương 2 sẽ trình bày về thực trạng triển khai IPv6 hiện nay, các công nghệ triển khai IPv6 và chuyển đổi giữa IPv6 – IPv4. Đồng thời trong chương này sẽ giới thiệu về các giao thức định tuyến hoạt động trên IPv6 và phân tích giao thức định tuyến OSPFv3.
Chương 2 của khóa luận gồm những nội dung chính sau :
Thực trạng triển khai IPv6.
Một số công nghệ triển khai IPv6.
Các giao thức định tuyến IPv6.
Giao thức định tuyến OSPFv3.
2.1 Thực trạng triển khai IPv6 2.1.1 Trên thế giới 2.1.1 Trên thế giới
Tại châu Á, sự hạn chế về địa chỉ IPv4 đã đặt một cản trở nhất định đối với sự phát triển của Internet tại những khu vực kinh tế quan trọng nhƣ Trung Quốc, Đài Loan, Nhật Bản, Hàn Quốc. Những quốc gia này xác định IPv6 là công nghệ của mạng thế hệ sau, đầy tiềm năng. Việc phát triển IPv6 và vƣơn lên vị trí đi đầu về công nghệ mạng thế hệ sau đƣợc chính phủ các nƣớc định hƣớng rõ ràng. Trung Quốc đặt mục tiêu xây dựng mạng IPv6 lớn nhất toàn cầu.
Tại Châu Âu, ứng dụng địa chỉ IPv6 chƣa có đƣợc sự định hƣớng từ chính phủ, song lại đƣợc phát triển mạnh mẽ bởi rất nhiều dự án nghiên cứu lớn, xây dựng những mạng IPv6 kết nối nhiều quốc gia châu Âu, kết nối châu Âu và các châu lục khác.
Mỹ vốn là nơi khởi nguồn mạng Internet, cũng là quốc gia sở hữu phần lớn không gian địa chỉ IPv4. Do vậy nhu cầu địa chỉ không phải là vấn đề cấp bách. Tuy nhiên do những đặc tính ƣu việt về bảo mật của IPv6, trong năm 2008 bộ Quốc Phòng Mỹ đã quyết định triển khai IPv6 cho toàn bộ hệ thống trong mạng quốc phòng.
2.1.2 Tại Việt Nam
Tại Việt nam, Ban Công tác Thúc đẩy IPv6 Quốc gia đã đƣợc thành lập từ ngày 06/01/2009. Sau gần hai năm nghiên cứu xây dựng trên cơ sở ý kiến đóng góp của giới chuyên gia, bộ ngành liên quan và tham khảo kinh nghiệm triển khai của quốc tế, ban công tác đã hoàn thiện và trình Bộ Thông Tin – Truyền Thông kế hoạch hành động quốc gia về chuyển đổi địa chỉ IPv6.
Với các định hƣớng, mục tiêu, lộ trình cụ thể, bản kế hoạch là cơ sở để các doanh nghiệp Internet xây dựng kế hoạch chuyển đổi, ứng dụng IPv6 cho phù hợp với