Nghiên cứu công nghệ IPv6 và triển khai thử nghiệm trên hệ thống mạng doanh nghiệp

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --- Vũ Khánh Quý NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ IPV6 VÀ TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM TRÊN HỆ THỐNG MẠNG DOANH NGHIỆP Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tín

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

Vũ Khánh Quý

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ IPV6 VÀ TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM TRÊN HỆ THỐNG MẠNG DOANH NGHIỆP

Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính

Mã số: 60.48.15

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2012

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Chiến Trinh

Phản biện 1:………

Phản biện 2: ………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc

sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm 2012

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

Theo thông báo của tổ chức quản lý địa chỉ IP khu vực Châu Á- Thái Bình Dương (APNIC), khối địa chỉ IPv4 cuối cùng đã được cấp phát hết vào ngày 15 tháng 04 năm 2011 Với độ dài 32 bít, theo

lý thuyết IPv4 có thể cấp phát tối đa 232, tương đương khoảng 4,3 tỉ địa chỉ IP Đứng trước sự phát triển mạnh mẽ của mạng Internet và

số lượng các thiết bị truy cập mạng dẫn đến nguy cơ xảy ra thiếu hụt không gian địa chỉ Theo tổ chức quản lý địa chỉ IP thế giới, toàn bộ lượng IPv4 sẽ cấp phát hết trong năm 2012, việc ra đời một không gian địa chỉ mới thay thế là tất yếu

Đứng trước tình hình cạn kiệt địa chỉ IPv4, nhiều quốc gia, tổ chức quốc tế đã đã có động thái tích cực triển khai ứng dụng địa chỉ IPv6 - Giải pháp duy nhất cho phép tiếp nối không gián đoạn sự phát triển của Internet toàn cầu

Mặc dù Ban công tác thúc đẩy IPv6 Quốc gia cũng như Bộ thông tin và truyền thông đã có những động thái thúc đẩy nghiên cứu, thử nghiệm nhưng đến thời điểm hiện tại, các ISP Việt Nam vẫn chưa thực sự bắt tay vào việc nghiên cứu, hoạch định và xây dựng kế hoạch sử dụng thế hệ địa chỉ IPv6 Các tiến trình thử nghiệm và đưa vào sử dụng IPv6 tại Việt Nam mới chỉ diễn ra tại các nhà cung cấp, chưa có những đánh giá cụ thể về tính tương thích với thiết bị, khả năng hỗ trợ phần mềm/dịch vụ cũng như chưa có các kế hoạch triển khai IPv6 cụ thể đến phía khách hàng và người sử dụng dịch vụ

Nhận thức rõ tầm quan trọng của vấn đề, em quyết định lựa

chọn và nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu công nghệ IPv6 và triển

khai thử nghiệm trên hệ thống mạng doanh nghiệp”

Đề tài tập trung đi vào phân tích về hiện trạng hệ thống mạng

doanh nghiệp, nhu cầu triển khai công nghệ IPv6, đồng thời nghiên

cứu các công nghệ cho phép chuyển đổi hệ thống mạng từ hạ tầng

IPv4 sang IPv6 đảm bảo hệ thống thông tin hoạt động không gián

đoạn Trên cơ sở đó đề xuất triển khai thử nghiệm một mô hình hệ

thống mạng sao cho vẫn hoạt động ổn định trên hạ tầng IPv4 hiện tại

và cho phép triển khai song song các hoạt động thử nghiệm trên hạ

tầng IPv6 với mục đích đánh giá các thiết bị, ứng dụng phù hợp với

môi trường mạng tại các doanh nghiệp

Ngoài lời mở đầu và kết luận, luận văn được chia làm ba chương

chính

Chương I: Tổng quan về công nghệ IPv6

Chương II: Công nghệ chuyển đổi giao tiếp IPv4 - IPv6

Chương III: Mô hình thử nghiệm và đánh giá kết quả

- Đề xuất một quy trình dự án triển khai nâng cấp hệ thống mạng từ IPv4 sang IPv6 đối với các doanh nghiệp

Ngay từ bây giờ, doanh nghiệp phải nhận rõ tầm quan trọng của IPv6 cũng như có các bước đi thích hợp cho việc chuyển đổi Không thể đợi việc các nhà cung cấp chuẩn bị sẵn cho doanh nghiệp hay đến khi hệ thống thông tin xảy ra gián đoạn cũng như các khách hàng không thể truy cập vào hệ thống thông tin của doanh nghiệp thì mới nghĩ đến việc chuyển đổi

Với bất kể tình hình kinh tế và khả năng bị thu hẹp ngân sách, lập kế hoạch triển khai cho IPv6 cần phải bắt đầu ngay từ bây giờ Các doanh nghiệp cần phải đầu tư cho IPv6 để tiết kiệm cho dài hạn

và bảo vệ lợi nhuận trên đầu tư công nghệ phụ thuộc vào Internet Một doanh nghiệp cố tính chờ đợi để áp dụng IPv6 sẽ phải trả chi phí cao hơn Thậm chí, đến một thời điểm chuyển giao trong tương lai khi mà IPv4 đã hết như sự kiện “Y2K”, việc chuyển đổi diễn ra trong một khoảng thời gian ngắn đòi hỏi phải trả một khoản kinh phí rất lớn và sẽ gây ra những gián đoạn dịch vụ không thể chấp nhận được Việc gián đoạn dịch vụ sẽ gây ra những hậu quả và thiệt hại không lường trước được đối với mỗi doanh nghiệp và tổ chức

sang sử dụng IPv6 vẫn còn hạn chế; việc đăng ký sử dụng IPv6 tại

Việt Nam còn tiến triển rất chậm

Có nhiều nguyên nhân trong đó có vấn đề, các thiết bị, ứng

dụng hiện nay đã chạy tốt trên nền công nghệ IPv4 nếu chuyển sang

IPv6 sẽ như thế nào? Doanh nghiệp sử dụng lại phải chịu khoản kinh

phí đào tạo nhận lực, kinh phí nâng cấp thiết bị, kinh phí nâng cấp

phần mềm tương thích với nền công nghệ mới

Qua quá trình nghiên cứu, đề tài đã đạt được:

- Tổng hợp được các khái niệm cơ bản về IPv6 qua đó đánh

giá, làm rõ các ưu điểm thế hệ địa chỉ IPv6

- Tìm hiểu, đánh giá được tình hình chuyển đổi từ IPv4 sang

IPv6 tại Việt Nam & trên Thế giới cũng như phân tích được

mức độ và nhu cầu cấp thiết vì sao tổ chức phải chuyển đổi

hệ thống thông tin từ IPv4 sang IPv6

- Tìm hiểu, đánh giá các công nghệ hỗ trợ chuyển đổi giao tiếp

IPv4 và IPv6 đặc biệt các công nghệ đường hầm, công nghệ

Dual Stack cũng như hạ tầng máy chủ phân giải tên miền qua

đó xác định công nghệ chuyển đổi phù hợp với hệ thống

mạng doanh nghiệp vừa và nhỏ

- Dựa trên phân tích hiện trạng, tác giả xác định một mô hình

mạng phù hợp với hệ thống mạng tại các doanh nghiệp vừa

và nhỏ của Việt Nam hiện nay, đồng thời triển khai các bước

cấu hình thử nghiệm với mục tiêu xây dựng hệ thống mạng

IPv6 và không làm gián đoạn hệ thống mạng hiện tại, IPv4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN IPv6 1.1 Lý do ra đời địa chỉ IPv6

IPv4 đã được chuẩn hóa kể từ RFC 791 phát hành năm 1981, IPv4 dùng 32 bit để biểu diễn địa chỉ IP và có tối đa khoảng 4.3 tỷ địa chỉ khác nhau Nhưng chỉ khoảng 10 năm sau khi ra đời, Ipv4 đã rơi vào trạng thái cạn kiệt

Theo báo cáo, Trung tâm thông tin mạng châu Á - Thái Bình Dương (APNIC) đã cạn kiệt không gian địa chỉ IPv4 nhanh hơn so với dự đoán Theo đó mỗi thành viên sẽ chỉ còn được hỗ trợ 01 lần xin cấp IPv4 duy nhất với lượng địa chỉ tối đa không quá một khối /22 (1024 địa chỉ)

Kể từ ngày 15/4/2011, VNNIC cũng bắt đầu chính thức triển khai áp dụng chính sách cấp phát IPv4 cho giai đoạn cạn kiệt IPv4 Theo đó, mỗi tổ chức chỉ được xin cấp một lần duy nhất với lượng địa chỉ tối đa “/22” Ngoài ra, việc cấp phát địa chỉ IPv4 cho giai đoạn cạn kiệt này chỉ nhằm mục đích hỗ trợ cho việc triển khai địa chỉ IPv6

Để giải quyết vấn đề đó thì IPv6 ra đời, với 128 bit lớn hơn IPv4 gấp 4 lần, IPv6 có thể đánh được khoảng 340 tỷ tỷ tỷ tỷ địa chỉ Với khả năng cung cấp số lượng IPv6 theo thiết kế, toàn bộ các thiết

bị mạng trên thế giới hiện nay sẽ sử dụng hết khoảng 15% số lượng địa chỉ IPv6, còn 85% số lượng địa chỉ IPv6 còn lại dùng để dự phòng trong tương lai

1.2 Cấu trúc địa chỉ IPv6

1.2.1 Không gian địa chỉ IPv6 1.2.2 Biểu diễn địa chỉ IPv6

1.2.3 Định dạng gói tin trong IPv6

Hình 1.2 Định dạng gói tin IPv6 (IPv6 Packet Fomat)

Gói tin IPv6 như trong hình 1.2, bao gồm một vùng header

nền tảng bắt buộc dài 40 byte, tiếp sau là khối Payload, khối này gồm

2 phần Phần Header mở rộng tùy chọn và dữ liệu từ tầng cao hơn, có

thể dài đến 65535 byte; vùng Base Header: 40 bytes gồm 8 trường cố

định

1.3 Các dạng địa chỉ IPv6

1.3.1 Địa chỉ Unicast

Địa chỉ Unicast IPv6 chia thành ba nhóm sau: Địa chỉ

Global Unicast, địa chỉ Link Local và địa chỉ Site Local

Hình 1.5 Địa chỉ Global Unicast

Địa chỉ Global Unicast: Địa chỉ Unicast toàn cầu tương đương với

địa chỉ Public của IPv6 Nó có thể định tuyến toàn cầu trong Internet

Các trường của địa chỉ Unicast toàn cầu được mô tả như sau:

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Sau hơn 10 năm chính thức kết nối Internet toàn cầu, Internet Việt Nam đã có bước phát triển nhanh chóng và đóng vai trò ngày càng to lớn trong đời sống xã hội, mang lại nhiều lợi ích cho người

sử dụng, doanh nghiệp và góp phần quan trọng nâng cao chất lượng cuộc sống người dân và phát triển kinh tế xã hội

Sự bùng nổ của Internet trong những năm gần đây đã dẫn đến nguồn tài nguyên địa chỉ Internet IPv4 được tiêu thụ một cách nhanh chóng

Việc chuyển đổi các hệ thống mạng từ IPv4 sang IPv6 đang

là một yêu cầu cấp thiết, vừa để nhằm đảm bảo cho sự phát triển liên tục của hoạt động Internet, vừa phát huy các lợi thế vượt trội về công nghệ mới của IPv6 so với IPv4

Để thúc đẩy sử dụng IPv6, bắt kịp với các công nghệ và dịch

vụ mới, đáp ứng kịp thời nhu cầu sử dụng địa chỉ trong thời gian tới, tạo đà đẩy mạnh triển khai ứng dụng công nghệ thông tin trong xã hội và triển khai chính phủ điện tử, Bộ Thông tin và Truyền thông đã

có nhiều văn bản chỉ đạo, cũng như hành động nhằm nâng cao nhận thức về tầm quan trọng việc thúc đẩy triển khai IPv6 trong đó điển hình là Ủy ban thúc đẩy triển khai IPv6 (Force Task IPv6) được

thành lập

Thực tế những năm vừa qua, trong khi nhiều nước đã triển khai cung cấp dịch vụ trên IPv6 thì tại Việt Nam, nhận thức của nhiều cơ quan, tổ chức, doanh nghiệp về sự cần thiết phải chuyển đổi

cần phải chuyển đổi sang IPv6 để có thể nhìn thấy khách hàng của

bạn, đối tác và các bên liên quan

Trên cở sở đó, tác giả xác định một mô hình mạng phù hợp

với hệ thống mạng các doanh nghiệp vừa và nhỏ tại Việt Nam hiện

nay, đồng thời triển khai các bước cấu hình dựa trên các công nghệ

phù hợp đã đề cập trong chương 2 để triển khai thử nghiệm hệ thống

mạng trên IPv6 và không làm gián đoạn hệ thống mạng hiện tại,

IPv4 Đây có thể là tài liệu tham khảo cho các mạng doanh nghiệp áp

dụng để thực hiện thử nghiệm

 Phần cố định được gán cho giá trị là 001

 Prefix định tuyến toàn cầu: Ba bit cố định cùng với 45 bit tiếp đầu ngữ tạo thành một tiếp đầu ngữ site 48 bit, prefix này được cấp cho một site cá nhân hoặc một tổ chức Các bộ định tuyến trên Internet IPv6 sẽ chuyển lưu lượng IPv6 phù hợp với prefix 48 bit đến Router thuộc site của tổ chức

 Subnet ID: Được dùng cho site của tổ chức để xác định các mạng con Kích thước của trường này là 16 bit Site của tổ chức có thể dùng 16 bit này để tạo ra 65.536 mạng con với nhiều mức độ phân cấp đánh địa chỉ và một cơ sở hạ tầng định tuyến hiệu quả

 Interface ID: Chỉ giao diện trên một subnet cụ thể của một site Kích thước của trường này là 16 bit

Địa chỉ Unicast sử dụng trong mạng nội bộ của mỗi tổ chức, chia thành hai loại là địa chỉ Link Local và địa chỉ Site Local

Địa chỉ Link – Local: Được dùng bởi các nút mạng khi truyền thông với các nút mạng láng giềng trên cùng 1 liên kết

Hình 1.6 Cấu trúc địa chỉ Link-Local

Các địa chỉ Link-Local luôn luôn bắt đầu với FE80, với 64

bit xác định giao diện, prefix cho địa chỉ Link-Local luôn luôn là

FE80::/64 Một bộ định tuyến IPv6 không thể chuyển chuyển lưu

lượng Link-Local ra mạng ngoài

Địa chỉ Site-Local: Tương ứng với không gian địa chỉ IPv4

Private (10.0.0.0, 172.16.0.0 và 192.168.0.0) Các mạng nội bộ có thể

sử dụng địa chỉ Site-Local để cấu hình trên giao diện với mục đích

chia sẻ, truy cập trong các mạng Intranet

Địa chỉ Site - Local không được được hỗ trợ định tuyến ra

ngoài Internet; không được tự động cấu hình và được cấp phát bởi

các quá trình cấu hình địa chỉ thông qua Stateful hay Stateless Cấu

trúc của địa chỉ Site - Locak như sau:

Hình 1.7 Cấu trúc địa chỉ Site – Local

10 bit đầu tiên luôn luôn cố định cho các địa chỉ Site-Local

(FEC0::/10) Sau 10 bit cố định là trường Subnet-ID cung cấp 54 bit

mà ta có thể tạo ra một cơ sở hạ tầng định tuyến có thể và phân cấp

trong cùng 1 site Sau trường Subnet-ID là 64 bit trường Interface ID

xác định một giao diện cụ thể trên một subnet

- Kiểm tra kết nối (Ping) giữa các Host cài đặt địa chỉ thuần IPv6

và các host IPv4/IPv6 kết quả hoạt động tốt Tỉ lệ các gói tin gửi đi/trả về 100%

- Tạo thành công Tunnel IPv6 6to4 trên hạ tầng Internet IPv4, hoạt động của Tunnel 6to4 không làm ảnh hưởng đến mạng cũng như chất lượng các dịch vụ của mạng IPv4

- Tạo thành công Tunnel IPv6 6to4 kết nối mạng IPv6 nội bộ doanh nghiệp ra mạng IPv6 quốc tế (Mạng 6Bone) thông qua Router IPv6 Relay

Hình 3.6 Kết nối đến website IPv6.google.com 3.7.Kết luận chương 3

Sớm hay muộn, thế giới sẽ thuộc về IPv6 Kết quả là, khi nói đến có một sự hiện diện của doanh nghiệp trên Internet ở nước ngoài, trên IPv4, có thể là một sai lầm rất lớn

Một tổ chức toàn cầu lựa chọn ở lại trên IPv4 tương tự như một doanh nghiệp quyết định chỉ giao tiếp với khách hàng bằng tiếng Pháp Có thể trong thời gian ngắn, trước mắt, điều đó là tốt và tiết giảm chi phí nhưng nếu doanh nghiệp muốn tiếp cận người tiêu dùng hoặc khách hàng ở Trung Quốc, Nhật Bản, Mỹ, Anh, Đức, Italy, doanh nghiệp phải được giao tiếp bằng thứ ngôn ngữ toàn cầu Nếu không, doanh nghiệp đang tự hạn chế khả năng mở rộng và giao tiếp với thị trường mục tiêu Vì vậy, nếu bạn là một doanh nghiệp, bạn

- Tạo IPv6 Backbone kết nối các nút mạng IPv6 hai site bằng kỹ

thuật Tunnel IPv6 6to4 trên đường IPv4 Backbone 30 Mbps của

Mạng hiện tại

- Kết nối mạng IPv6 doanh nghiệp với mạng IPv6 quốc tế bằng

kỹ thuật Tunnel 6to4 thông qua Router Relay IPv6

- Sử dụng lớp địa chỉ IPv6 6to4 theo quy định của IANA là

2002::/16, quy hoạch và gán cho các giao tiếp mạng IPv6, các

máy chủ dịch vụ và các máy trạm của mạng LAN thuộc mỗi

site

- Triển khai cài đặt các phần mềm và Hệ điều hành ứng dụng:

- Hệ điều hành IOS Router Cisco

- Hệ điều hành Window Server 2008 64 bit với các dịch vụ

DNS Server, Web Server

- Hệ điều hành Window 7

- Mail Server Exchange 2007

Các dịch vụ thử nghiệm

- Dịch vụ truy cập WEB

- Dịch vụ truy cập từ xa Telnet

- Dịch vụ truyền File (FTP)

- Dịch vụ Mail Server hoạt động Dual - Stack

- Dịch vụ Web Server hoạt động Dual - Stack

- Dịch vụ DNS Server hoạt động Dual - Stack

3.6.Kết quả thử nghiệm

Kết quả kết nối mạng

- Triển khai thành công mạng thử nghiệm IPv6 trên hạ tầng mạng

IPv4 trong việc kết nối hai site và kết nối vào mạng IPv6 quốc tế

1.3.2 Địa chỉ multicast 1.3.3 Địa chỉ anycast

1.4 Các ưu điểm IPv6

1.4.1 Không gian địa chỉ lớn

Địa chỉ IPv6 dài 128 bít, về lý thuyết có thể tạo ra một không gian tương đương 3,4*1038 địa chỉ IPv6 Không gian địa chỉ của IPv6 được thiết kể dự phòng đủ lớn cho phép phân bổ địa chỉ mạng con từ mạng Internet Backbone đến từng mạng con trong một tổ chức Các địa chỉ hiện đang phân bổ để sử dụng chỉ chiếm một lượng nhỏ rất nhỏ Theo tính toán, khoảng 15% không gian địa chỉ IPv6 sẽ đáp ứng toàn bộ nhu cầu sử dụng ngày nay Với không gian địa chỉ lớn này, các kỹ thuật như NAT sẽ không còn cần thiết nữa

1.4.2 Định tuyến hiệu quả

Địa chỉ IPv6 được thiết kế để có thể tổng quát hoá dựa trên

sự phân cấp của các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) dẫn đến các Router Backbone sẽ có bảng định tuyến nhỏ hơn rất nhiều do đã được tổng hợp từ các mạng con Chính điều này làm tăng hiệu quả trong công tác định tuyến liên mạng

1.4.3 Khuôn dạng Header đơn giản hóa

Header của IPv6 được thiết kế để giảm chi phí đến mức tối thiểu Điều này đạt được bằng cách chuyển các trường không quan trọng và các trường thuộc dang tùy chọn vào phần Header Extension (Header mở rộng) được đặt ngay phía sau của IPv6 Header Khuôn dạng Header mới của IPv6 tạo ra sự xử lý hiệu quả hơn tại các Router

1.4.4 Dịch vụ QoS

Địa chỉ IPv6 được thiết kế có một cấu trúc hỗ trợ QoS tốt

hơn IPv4 Mào đầu IPv6 có 2 trường: Phân dạng lưu lượng (Traffic

Class) dài 8bit và Nhãn dòng (Flow Lable) dài 20 bit được sử dụng

để phục vụ QoS Nút mạng IPv6 có thể sử dụng hai trường này để

phân dạng gói tin và yêu cầu bộ định tuyến IPv6 có những cách cư

xử đặc biệt đối với gói tin

1.4.5 Khả năng mở rộng

1.4.6 Tìm kiếm hàng xóm

Giao thức Neighbor Discovery (ND) nằm trong tập giao thức

IPv6, ND cho phép các nút mạng trên cùng một mạng khám phá lẫn

nhau với mục đích xác định địa chỉ lớp 2, tìm kiếm Router và hệ

thống phân giải tên miền DNS, duy trì các thông tin về khả năng kết

nối với nhau giữa các nút, xác định địa chỉ bị trùng, các tham số để

nút mạng tự động cấu hình

ND định nghĩa 5 kiểu gói tin để thực hiện chức năng tương tự

như giao thức ARP và ICMP trong IPv4, tuy nhiên nó cung cấp

nhiều thông tin hơn IPv4

- Thông điệp Router Advertisement (RA) để quảng bá Router

- Thông điệp Router Solicitation (RS) để dò tìm Router lân cận

- Thông điệp Neighbor Solicitation (NS) : Dò tìm lân cận

- Thông điệp Neighbor Advertisement (NA): Quảng bá lân cận

-Thông điệp Redirect: Chuyển hướng Router chuyển tiếp

1.4.7 Tự động cấu hình địa chỉ

Địa chỉ IPv6 thể hiện khả năng vợt trội khi cho phép một nút

mạng IPv6 còn có thể tự động cấu hình địa chỉ với các tham số kết

7) Chọn một nhà cung cấp và các chuyên gia tư vấn 8) Trình cấp có thẩm quyền duyệt kế hoạch & thực hiện

3.4.Đề xuất mô hình hệ thống mạng thử nghiệm

Hình 3.3 Mô hình Hệ thống mạng doanh nghiệp đề xuất

3.5.Hoạt động và dịch vụ thử nghiệm

- Xây dựng các nút mạng thuần IPv4, thuần IPv6 và các nút mạng hoạt động Dual - Stack ở cả 2 site

- Tại mỗi site cấu hình Router biên (Cisco 2811) kết nối với mạng Internet IPv4 của ISP thông qua đường truyền cáp quang FTTH bằng giao thức PPPoE với tài khoản do ISP cung cấp

- Xây dựng các máy chủ phân giải tên miền DNS Server hoạt động Dual - Stack tại cả hai site

- Xây dựng các máy chủ Mail Web Server tại site 1 hoạt động Dual - Stack