BÁO cáo bài tập lớn GIAO THỨC IPv6

Khác với phiên bảnIPv4, nơi mà một máy tính với một card mang chỉ được gắn một địa chỉ IPv4 và xác định trên mạng Internet bằng địa chỉ này, một máy tính IPv6 với một card mạng có thể có

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

1 Trương Việt Hoàng (MSV: 191410457)

2 Đỗ Xuân Bách (MSV: 191400113)

3 Lê Như Quang (MSV:

4 Nguyễn Anh Minh (MSV:

5 Đường Tuấn Minh (MSV:

Hà Nội, ngày 11 tháng 04 năm 2022

MỤC LỤC

1 Khái niệm về IPv6 3

Ký hi u đ i tràng th p l c phân c a IPv6 ệ ạ ậ ụ ủ 3

Câấu trúc c a đ a ch IPv6 ủ ị ỉ 3

Đ a ch Address Prefxes ị ỉ 3

Các thành phâần c a IPv6 ủ 4

Lu t rút g n c a đ a ch IPv6 ậ ọ ủ ị ỉ 5

Phân lo i các đ a ch IPV6 ạ ị ỉ 5

2 Phương pháp đánh địa chỉ của IPv6 6

Tiềần tốấ c a đ a ch IPv6 ủ ị ỉ 7

Đ a ch UNICAST ị ỉ 7

Đ a ch đ c bi t ị ỉ ặ ệ 7

Đ a ch link-local ị ỉ 8

Đ a ch site-local ị ỉ 9

Đ a ch Unicast toàn câầu ị ỉ 9

Các đ a ch IPv6 đ c bi t ị ỉ ặ ệ 10

Đ a ch Multcast dành riềng cho giao th c đ nh tuyềấn ị ỉ ứ ị 10

3 Định dạng gói của IPV6 10

4 Header của IPv6 12

Header m r ng(Extenton Header) ở ộ 15

Ch c năng c a header m r ng trong IPv6 ứ ủ ở ộ 17

D ng c a extension header ạ ủ 19

5 Giao thức định tuyến IPv6 20

Đ nh tuyềấn tnh c a IPv6 ị ủ 20

6 Cải tiến của IPv6 so với IPv4 21

L i ích mà IPv6 mang l i ợ ạ 21

Cách ki m tra kềất nốấi IPv6 ể 21

Gi i pháp chuy n đ i IPv4-IPv6 ả ể ổ 22

Giao th c IPv6 mang m t sốấ đ c đi m n i tr i h n IPv4 ứ ộ ặ ể ổ ộ ơ 22

7 So sánh IPv6 với IPv4 22

Bi u đốầ so sánh c a IPv4 và IPv6 ể ủ 24

8 Kết luận 24

I.Khái niệm về IPv6

Địa chỉ IPv6 là giá trị nhị phân 128 bit, có thể được hiển thị dưới dạng 32 chữ số thập lục phân Colons cô lập các mục trong một chuỗi các trường thập lục phân 16 bit Nó cung cấp 3,4 x 1038 địa chỉ IP Phiên bản địa chỉ

IP này được thiết kế để đáp ứng nhu cầu cạn kiệt IP và cung cấp đủ địa chỉcho các yêu cầu tăng trưởng Internet trong tương lai

Vì IPv4 sử dụng cấu trúc địa chỉ hai cấp trong đó việc sử dụng không gian địa chỉ là không đủ Đó là lý do để đề xuất IPv6, để khắc phục những thiếu sót của IPv4 Định dạng và độ dài của địa chỉ IP đã được thay đổi cùng với định dạng gói và giao thức cũng được sửa đổi

1.Ký hiệu đại tràng thập lục phân của IPv6

FDEC: BA98: 7654: 3210: ADBF: BBFF: 2922: FFFF

1.1 Cấu trúc của địa chỉ IPv6

Một IPv6 có cấu trúc gồm 128 bit, và phân thành 8 nhóm Mỗi nhóm gồm

16 bit, giữa các nhóm có sự phân chia bởi dấu “:”

Một địa chỉ IPv6 được biểu diễn theo cấu trúc như sau:

FEDC:BA98:768A:0C98:FEBA:CB87:7678:1111:1080:0000:0000:0070:000

0:0989:CB45:345F

1.1.2 Địa chỉ Address Prefixes

Một địa chỉ Address Prefixes cũng có cấu trúc tương đương với IPv4

CIDR Chúng được thể hiện như sau: IPv6-address/ prefix-length Trong đó:

IPv6-address là một địa chỉ IPv6 có giá trị bất kỳ

Prefix-length là số bit liền kề nhau được bao gồm trong prefix

Ví dụ: 200F:0:0:AB00::/56 (địa chỉ có 56 bit liền kề nhau trong prefix)

Subnet ID: là thành phần ở bên trong trang web, được sử dụng với chức năng miêu tả cấu trúc trang của mạng Một IPv6 subnet có cấu trúc tương đương với một nhánh mạng đơn như subnet của IPv4

Interface ID: có cấu trúc tương tự ID trong IPv4 Số này nhận dạng duy nhất một host riêng trong mạng Interface ID (thứ mà đôi khi được cho như

là một thẻ) được cấu hình tự động điển hình dựa vào địa chỉ MAC của giaodiện mạng ID giao diện có thể được cấu hình bằng định dạng EUI-64

Ví dụ: Với một địa chỉ IPv6 có cấu trúc như sau:

1.1.4 Luật rút gọn của địa chỉ IPv6

Các số 0 dẫn đầu trong một trường được quyền lược bỏ

Các trường 0 liên tiếp của một địa chỉ IPv6 được phép thay thế bằng một cụm hai dấu chấm “::” và chỉ được thay thế một lần duy nhất cho một địa chỉ

Ví dụ: địa chỉ “2031:0000:130F:0000:0000:09C0:876A:130B” có thể được rút gọn như sau

2031:0:130F:0:0:9C0:876A:130B.Hoặc

2031:0:130F::9C0:876A:130B

1.1.5 Phân loại các địa chỉ IPV6

Không gian địa chỉ IPv6 phân thành nhiều loại địa chỉ khác nhau Mỗi loại địa chỉ có chức năng nhất định trong phục vụ giao tiếp Khác với phiên bảnIPv4, nơi mà một máy tính với một card mang chỉ được gắn một địa chỉ IPv4 và xác định trên mạng Internet bằng địa chỉ này, một máy tính IPv6 với một card mạng có thể có nhiều địa chỉ, cùng loại hoặc khác loại Địa chỉIPv6 không còn duy trì khái niệm broadcast Theo cách thức gói tin được gửi đến đích, IPv6 bao gồm ba loại địa chỉ sau:

Unicast: Địa chỉ unicast xác định một giao diện duy nhất

Multicast: Địa chỉ multicast định danh một nhóm nhiều giao diện Gói tin có địa chỉ đích là địa chỉ multicast sẽ được gửi tới tất cả các giao diện trong

nhóm được gắn địa chỉ đó Mọi chức năng của địa chỉ broadcast trong IPv4được thay thế bởi địa chỉ IPv6 multicast.

Anycast: Anycast là khái niệm mới của địa chỉ IPv6 Địa chỉ anycast cũng xác định tập hợp nhiều giao diện Tuy nhiên, trong mô hình định tuyến, gói tin có địa chỉ đích anycast chỉ được gửi tới một giao diện duy nhất trong tập hợp Giao diện đó là giao diện "gần nhất" theo khái niệm của thủ tục định tuyến

II Phương pháp đánh địa chỉ của IPv6

Các địa chỉ IPv6 được phân loại theo các phương pháp định địa chỉ và định tuyến chính phổ biến trong mạng: địa chỉ unicast, địa chỉ anycast, và địa chỉ multicast

 Một địa chỉ unicast xác định một giao diện mạng duy nhất Giao thức Internet cung cấp các gói tin được gửi tới một địa chỉ unicast tới giao diện cụ thể đó

 Một địa chỉ anycast được gán cho một nhóm các giao diện,

thường thuộc các nút khác nhau Một gói tin được gửi đến một địachỉ anycast được phân phối đến một trong các giao diện thành viên, điển hình là host gần nhất, theo định nghĩa khoảng cách của giao thức định tuyến Địa chỉ anycast không thể được nhận diện một cách dễ dàng, chúng có cùng định dạng với các địa chỉ

unicast, và chỉ khác nhau bởi sự hiện diện của chúng trong mạng tại nhiều điểm Hầu như bất kỳ địa chỉ unicast nào đều có thể được sử dụng làm địa chỉ anycast

 Một địa chỉ multicast cũng được sử dụng bởi nhiều host, có được địa chỉ đích multicast bằng cách tham gia vào giao thức phân phốimulticast giữa các bộ định tuyến mạng Một gói tin được gửi tới một địa chỉ multicast được gửi tới tất cả các giao diện đã tham gianhóm multicast tương ứng

IPv6 không thực hiện địa chỉ broadcast Vai trò truyền thống của broadcast được gộp vào địa chỉ multicast gởi đến nhóm mọi nút link-local multicast ff02:: 1 Tuy nhiên, việc sử dụng nhóm mọi nút (all-nodes) không được khuyến khích, và hầu hết các giao thức IPv6 sử dụng một nhóm multicast liên kết cục bộ dành riêng để tránh làm phiền mọi giao diện trong mạng

Tiền tố của địa chỉ IPv6

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 bít đầu trong địa chỉ IPv6 (phần nằm về phía trái nhất của một địa chỉ IPv6) được dành riêng

để xác định dạng địa chỉ, được gọi là các bít tiền tố (prefix) Các bít tiền tố này sẽ quyết định địa chỉ thuộc loại nào và số lượng địa chỉ đó trong khônggian chung IPv6 chúng được dùng để định tuyến gói tin IPv6

Ví dụ: 8 bít tiền tố “1111 1111” tức “FF” xác định dạng địa chỉ multicast Địa chỉ multicast chiếm 1/256 không gian địa chỉ IPv6 Ba bít tiền tố “001” xác định dạng địa chỉ unicast định danh toàn cầu, tương đương với địa chỉ IPv4 public được sử dụng hiện nay

Tiền tố địa chỉ IPv6 có dạng như sau: vùng địa chỉ tiền tố/ số bít tiền tốTiền tố của một site chiếm tới 48 bit đầu của một địa chỉ IPv6 Tiền tố của một mạng con (subnet) một site (được dùng để xác định tô pô nội bộ của một mạng đối với một bộ định tuyến) là 64 bit Chúng bao gồm 48 bit cho tiền tố của một site và 16 bit cho subnet ID

Địa chỉ UNICAST

Địa chỉ unicast xác định một giao diện duy nhất Trong mô hình định tuyến, các gói tin có địa chỉ đích là địa chỉ unicast chỉ được gửi tới một giao diện duy nhất Địa chỉ unicast được sử dụng trong giao tiếp một – một

Địa chỉ unicast bao gồm năm dạng sau đây:

1) Địa chỉ đặc biệt

2) Địa chỉ Link-local

3) Địa chỉ Site-local

4) Địa chỉ định danh toàn cầu (Global unicast address)

5) Địa chỉ tương thích (Compatibility address)

Địa chỉ đặc biệt

IPv6 sử dụng hai địa chỉ đặc biệt sau đây trong giao tiếp:

 0:0:0:0:0:0:0:0 hay còn được viết "::" là loại địa chỉ “không định danh” được IPv6 node sử dụng để thể hiện rằng hiện tại nó không

có địa chỉ Địa chỉ “::” được sử dụng làm địa chỉ nguồn cho các góitin trong quy trình hoạt động của một node IPv6 khi tiến hành kiểmtra xem có một node nào khác trên cùng đường kết nối đã sử

dụng địa chỉ IPv6 mà nó đang dự định dùng hay chưa Địa chỉ nàykhông bao giờ được gắn cho một giao diện hoặc được sử dụng làm địa chỉ đích.

 0:0:0:0:0:0:0:1 hay "::1" được sử dụng làm địa chỉ xác định giao diện loopback, cho phép một node gửi gói tin cho chính nó, tươngđương với địa chỉ 127.0.0.1 của IPv4 Các gói tin có địa chỉ

đích::1 không bao giờ được gửi trên đường kết nối hay chuyển tiếp đi bởi router Phạm vi của dạng địa chỉ này là phạm vi node

Địa chỉ link-local

Khái niệm node lân cận (neighbor node) trong hoạt động của địa chỉ IPv6: Trong IPv6, các node trên cùng một đường link coi nhau là các node lân cận (neighbor node) Trong mô hình hoạt động của IPv6, giao tiếp giữa cácnode lân cận trên một đường kết nối là vô cùng quan trọng IPv6 phát triển một giao thức mới, giao thức Neighbor Discovery (ND) là một giao thức thiết yếu, phục vụ giao tiếp giữa các node lân cận Địa chỉ link-local cần thiết cho các quy trình mà giao thức ND phụ trách

Link-local là loại địa chỉ phục vụ cho giao tiếp nội bộ, giữa các IPv6 node trên cùng một đường kết nối IPv6 được thiết kế với tính năng “plug-and-play”, tức khả năng cho phép IPv6 host tự động cấu hình địa chỉ, các tham

số phục vụ giao tiếp bắt đầu từ chưa có thông tin cấu hình nào Tính năng

đó có được là nhờ IPv6 node luôn luôn có khả năng tự động cấu hình nên một dạng địa chỉ sử dụng giao tiếp nội bộ Đó chính là địa chỉ link-local Địachỉ link-local luôn được node IPv6 cấu hình một cách tự động, khi bắt đầu hoạt động, ngay cả khi không có sự tồn tại của mọi loại địa chỉ unicast khác Địa chỉ này có phạm vi trên một đường link, phục vụ cho giao tiếp giữa các node lân cận Sở dĩ IPv6 node có thể tự động cấu hình địa chỉ link-local là do IPv6 node có thể tự động cấu hình 64 bít định danh giao diện 14 Địa chỉ link-local được tạo nên từ 64 bít định danh giao diện

Iinterface và một tiền tố (prefix) quy định sẵn cho địa chỉ link-local là

FE80::/10

Cấu trúc của địa chỉ link-local

Một địa chỉ link-local cũng dựa vào interface identifier (định danh giao diện), nhưng dùng một dạng khác cho tiền tố mạng (network prefix)

Địa chỉ link-local bắt đầu bởi 10 bít tiền tố FE80::/10 (giá trị nhị phân 1111

1110 10), theo sau bởi 54 bit 0 64 bít còn lại là định danh giao diện

(Interface ID)

Địa chỉ site-local

Địa chỉ IPv6 Site-local được thiết kế với mục đích sử dụng trong phạm vi một mạng, tương đương với địa chỉ dùng riêng (private) của IPv4 Phạm vi tính duy nhất của dạng địa chỉ này là phạm vi trong một mạng dùng riêng (ví dụ một mạng office, một tổ hợp mạng office của một tổ chức ) Các router IPv6 không chuyển tiếp gói tin có địa chỉ site-local ra khỏi phạm vi mạng riêng của tổ chức Do vậy, một vùng địa chỉ site-local có thể được dùng trùng lặp bởi nhiều tổ chức mà không gây xung đột định tuyến IPv6 toàn cầu Địa chỉ site-local trong một mạng dùng riêng không thể truy cập được từ một site khác Địa chỉ Site-local có tiền tố FEC0::/10 và có cấu trúcnhư sau:

Trường prefix có giá trị nhị phân 1111 1110 11

Địa chỉ Site-local do không cần thiết, vì vậy, IETF đã sửa đổi RFC3513, loại

bỏ đi dạng địa chỉ này

Địa chỉ Unicast toàn cầu

Đây là dạng địa chỉ tương đương với địa chỉ IPv4 public hiện nay sử dụng cho mạng Internet toàn cầu Tính duy nhất của dạng địa chỉ này được đảmbảo trong phạm vi toàn cầu Chúng được định tuyến và có thể liên kết tới trên phạm vi toàn bộ mạng Internet Việc phân bổ và cấp phát dạng địa chỉ này do hệ thống các tổ chức quản lý địa chỉ quốc tế đảm nhiệm Địa chỉ unicast toàn cầu có tiền tố prefix bao gồm ba bít 001::/3 Như vậy, tiền tố địa chỉ toàn cầu IPv6 address is 2000::/3 vì 0010000000000000 (nhị phân)

là 2000 theo số hex (hexadecimal)

Phạm vi tính duy nhất của địa chỉ unicast toàn cầu là toàn bộ mạng InternetIPv6

Cấu trúc của địa chỉ unicast toàn cầu được mô tả trong RFC 4291

Các địa chỉ IPv6 đặc biệt

Địa chỉ Multicast dành riêng cho giao thức định tuyến

3 Định dạng gói của IPV6

Mỗi gói bao gồm một tiêu đề cơ sở bắt buộc được tải thành công Tải trọngbao gồm hai phần là tiêu đề mở rộng tùy chọn và dữ liệu từ lớp trên Tiêu

đề cơ sở tiêu thụ 40 byte, ngược lại các tiêu đề mở rộng và dữ liệu từ lớp trên cùng thường chứa tới 65.535 byte thông tin

Tiêu đề cơ sở

Phiên bản: Trường bốn bit này chỉ định phiên bản của IP, tức là 6

trong trường hợp này

Ưu tiên: Nó xác định mức độ ưu tiên của gói liên quan đến tắc

nghẽn giao thông

Nhãn lưu lượng: Lý do để thiết kế giao thức này là để tạo điều kiện

cho việc kiểm soát đặc biệt đối với một luồng dữ liệu nhất định

Độ dài tải trọng: Nó xác định tổng chiều dài của datagram IP ngoại

trừ tiêu đề cơ sở

Tiêu đề tiếp theo: Đó là trường tám bit mô tả tiêu đề theo dõi tiêu đề

cơ sở trong datagram Tiêu đề tiếp theo là một trong những tiêu đề

mở rộng tùy chọn mà IP sử dụng hoặc tiêu đề cho giao thức lớp trên như UDP hoặc TCP

Giới hạn hop: Trường giới hạn hop tám bit này hỗ trợ các chức

năng tương tự tại trường TTL trong IPv4

Địa chỉ nguồn: Đó là một địa chỉ internet 16 byte xác định nguồn của

datagram

Địa chỉ đích: Đây là địa chỉ internet 16 byte thường mô tả đích cuối

cùng của datagram

4 Header của IPv6

Một trong những mục đích thiết kế IPv6 là để cải tiến header IPv4 Nó đơn giản hơn, linh hoạt hơn, và hiệu quả hơn khi sử dụng các tuỳ chọn Một vàitrường IPv4 đã được loại bỏ, một số khác được đổi tên Địa chỉ dài gấp 4 lần, nhưng header chỉ dài gấp đôi Tuỳ chọn mã hoá thay đổi để làm cho việc xử lý hiệu quả hơn và cung cấp sự linh hoạt hơn trong kích thước và thêm tuỳ chọn

Định dạng Header

Version: cho biết version IP (trong trường hợp này là 6).

- Traffic Class: đây là trường thay thế “Type of Service” trong IPv4 Nó tạo

điều kiện xử lí các dữ liệu thời gian thực và những dữ liệu khác đòi hỏi phải xử lí đặc biệt, những node gởi và router chuyển tiếp có thể sử dụng

để xác định và phân biệt giữa các class khác nhau hay độ ưu tiên của các gói tin

- Flow Label: Trường này phân biệt các gói tin được yêu cầu đối xử như

nhau để tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều khiển lưu lượng thời gian thực Host gửi có thể gắn nhãn thứ tự của các gói tin với một tập hợp các tuỳ chọn Các router theo dõi luồng dữ liệu và có thể xử lí các gói tin thuộc cùng một luồng hiệu quả hơn bởi vì chúng không phải xử lí header mỗi gói tin Flow label và địa chỉ node nguồn xác định một dòng chảy duy nhất Các node không hỗ trợ các chức năng của trường Flow label được yêu cầu vượt qua và giữ nguyên trường label khi chuyển tiếp một gói tin và bỏ

qua trường khi nhận được gói tin Tất cả những gói tin thuộc cùng một luồng phải có cùng địa chỉ nguồn và địa chỉ đích.

- Payload Length: là chiều dài của gói tin IP, bao gồm phần header Header

mở rộng được xem là một phần của tải trọng, do đó bao gồm trong chiều dài này

- Next Header: là giá trị mô tả header liền sau header IPv6 Next header có

thể là header của lớp cao hơn hay của header mở rộng

- Hop Limit: giá trị giới hạn của số hop Giá trị này được giảm bởi một node

mà gói tin đi qua Gói tin sẽ bị loại bỏ nếu hop limit đạt đến giá trị 0 Một vàichức năng của IPv6, như Router Advertisement, Neighbor Advertisement and Solicitation và IPv6 Redirect, được sử dụng giữa các thiết bị trên một link duy nhất Một công nghệ được sử dụng bởi IPv6 để xác nhận gói tin không được gởi bởi một node off-link (có thể là một nỗ lực xấu thay đổi hướng dữ liệu) để yêu cầu hop limit đặt là 255, đây là giá trị tối đa của hop limit Nếu gói tin đi qua một router và được gởi bởi một node off-link, giá trị hop limit sẽ nhỏ hơn 255 Một node IPv6 nhận được gói tin này và xác địnhgói tin không hợp lệ và loại bỏ nó

- Source Address/Destination Address: là trường 128 bit cho địa chỉ nguồn

và đích của IPv6 Xem hình sau ta có thể thấy được sự khác nhau giữa header IPv4 và IPv6 Chỉ những trường được yêu cầu xử lí bởi tất cả các node IP trên đường đi của gói tin được duy trì trong header IPv6 Các trường còn lại chứa thông tin có thể hoặc không liên quan đến gói tin IP được chuyển đến phần header IPv6 mở rộng