Nghiên Cứu Công Nghệ IPV6

Đây là một không gian địa chỉ cực lớn với mục đích ko chỉ cho Internet mà còn cho tất cả các mạng máy tính, hệ thống viễn thông, hệ thồng điều khiển và thậm chí cho từng vật dụng gia đìn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

……….

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

……….

………

………

Hưng Yên, ngày tháng năm 2012

Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

……… Hưng Yên, ngày tháng năm 2012

Giáo viên phản biện 1

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng Yên, ngày tháng năm 2012 Giáo viên phản biện 2

Mục lục

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……… Error: Reference source

not found Giáo viên hướng dẫn Error: Reference source not found NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Error: Reference source not found Giáo viên phản biện 1 Error: Reference source not found NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Error: Reference source not found Giáo viên phản biện 2 Error: Reference source not found

MỤC LỤC…… ……….5

Lời nói đầu

Địa chi IPv6 được nhóm chuyên trách về kỹ thuật của IETF (Internet Engineering Task Force) của hiệp hôi Internet đề xuất thựuc hiện trênc cơ sở kế thừa cấu trúc và tổ chức của IPv4

IPv4 có 32 bits địa chỉ với khả năng lý thuyết có thể cung cấp 1 không gian địa chỉ

32

2 =4.294.967.296 địa chỉ Còn IPv6 với 128 bits địa chỉ, dài gấp 4 lần IPv4, có khả năng cung cấp 1 không gian địa chỉ gấp 96

2 lần Số địa chỉ này nếu rải đều trên bề mặt quả đất thì mỗi mét vuông có khoảng 656.570 tỷ tỷ địa chỉ Đây là một không gian địa chỉ cực lớn với mục đích ko chỉ cho Internet mà còn cho tất cả các mạng máy tính, hệ thống viễn thông, hệ thồng điều khiển và thậm chí cho từng vật dụng gia đình

Với tốc độ phát triển hiện nay, ko gian địa chỉ IPv4 đã cạn kiệt Vấn đề chuyển đổi sang IPv6 là tất yếu trong tương lại Việc nắm bắt trước các kỹ thuật truyển đồi và thực hiện các dịch vụ trên nền IPv6 là vấn đề hết sức cần thiết Trong quá trình làm bài tập nhóm,chúng em đã tiến hành nghiên cứu về các vấn đề khó khăn của IP v4 hiện nay và lý thuyết tổng quan về IPv6

CÔNG NGHỆ IPv6

1.Tổng quan IPv6

1.1 Những giới hạn IPv4

IPv4 hỗ trợ trường địa chỉ 32 bit, IPv4 ngày nay hầu như không còn đáp ứng được nhu cầu sử dụng của mạng Internet Hai vấn đề lớn mà IPv4 đang phải đối mặt là việc thiếu hụt các địa chỉ, đặc biệt là các không gian địa chỉ tầm trung (lớp B) và việc phát triển về kích thước rất nguy hiểm của các bảng định tuyến trong Internet

Thêm vào đó, nhu cầu tự động cấu hình (Auto-config) ngày càng trở nên cần thiết Địa chỉ IPv4 trong thời kỳ đầu được phân loại dựa vào dung lượng của địa chỉ đó (số lượng địa chỉ IPv4) Địa chỉ IPv4 được chia thành 5 lớp A, B, C, D 3 lớp đầu tiên được

sử dụng phổ biến nhất Các lớp địa chỉ này khác nhau ở số lượng các bit dùng để định nghĩa Network ID

Ví dụ: Địa chỉ lớp B có 16 bit đầu dành để định nghĩa Network ID và 16 bit cuối cùng dành cho Host ID Trong khi địa chỉ lớp C có 21 bit dành để định nghĩa Network

ID và 8 bit còn lại dành cho Host ID… Do đó, dung lượng của các lớp địa chỉ này khác nhau

1.2 Sự ra đời của IPv6

Năm 1973, TCP/IP được giới thiệu và ứng dụng vào mạng ARPANET Vào thời điểm

đó, mạng ARPANET chỉ có khoảng 250 Site kết nối với nhau, với khoảng 750 máy tính Internet đã và đang phát triển với tốc độ khủng khiếp, đến nay đã có hơn 60 triệu người dùng trên toàn thế giới Theo tính toán của giới chuyên môn, mạng Internet hiện nay đang kết nối hàng trăm ngàn Site với nhau, với hàng trăm triệu máy tính Trong tương lai không xa, những con số này không chỉ dừng lại ở đó Sự phát triển nhanh chóng này đòi hỏi phải kèm theo sự mở rộng, nâng cấp không ngừng của cơ sở hạ tầng mạng và công nghệ sử dụng Bước sang những năm đầu của thế kỷ XXI, ứng dụng của Internet phát triển nhằm cung cấp dịch vụ cho người dùng trên các thiết bị mới ra đời: Notebook, Cellualar modem, Tablet, Smart-Phone, Smart TV… Để có thể đưa những khái niệm mới dựa trên cơ sở TCP/IP này thành hiện thực, TCP/IP phải mở rộng Nhưng một thực tế mà không chỉ giới chuyên môn, mà ngay cả các ISP cũng nhận thức được đó là tài nguyên mạng ngày càng hạn hẹp Việc phát triển về thiết bị, cơ sở hạ tầng, nhân lực… không phải là một khó khăn lớn Vấn đề ở đây là địa chỉ IP, không gian địa chỉ IP đã cạn kiệt, địa chỉ IP (IPv4) không thể đáp ứng nhu cầu mở rộng mạng đó Bước tiến quan trọng mang tính chiến lược đối với kế hoạch mở rộng này là việc nghiên cứucho ra đời một thế

hệ sau của giao thức IP, đó chính là IP version 6

IPv6 ra đời không có nghĩa là phủ nhận hoàn toàn IPv4 (công nghệ mà hạ tầng mạng chúng ta đang dùng ngày nay) Vì là một phiên bản hoàn toàn mới của công nghệ IP, việc nghiên cứu, ứng dụng vào thực tiễn luôn là một thách thức rất lớn Một trong những thách thức đó liên quan đến khả năng tương thích giữa IPv6 và IPv4, liên quan đến việc chuyển đổi từ IPv4 lên IPv6, làm thế nào mà người dùng có thể khai thác những thế mạnh của IPv6 nhưng không nhất thiết phải nâng cấp đồng loạt toàn bộ mạng (LAN, WAN, Internet…) lên IPv6

1.3 Kiến trúc IPv6

Khi phát triển phiên bản địa chỉ mới, IPv6 hoàn toàn dựa trên nền tảng IPv4 Nghĩa là hầu hết những chức năng của IPv4 đều được tích hợp vào IPv6 Tuy nhiên, IPv6 đã lượt

bỏ một số chức năng cũ và thêm vào những chức năng mới tốt hơn Ngoài ra IPv6 còn có nhiều đặc điểm hoàn toàn mới

Một so sánh thú vị là nếu nói IPv4 là một trái banh golf thì IPv6 là một mặt trời

IPv6 sử dụng 128 bit địa chỉ, tăng gấp 4 lần số bit so với IPv4 (32bit) Nghĩa là trong khi IPv4 chỉ có 232 ~ 4,3 tỷ địa chỉ, thì IPv6 có tới 2128~ 3,4 * 1038 địa chỉ IP Gấp 296 lần so với địa chỉ IPv4 Với số địa chỉ của IPv6 nếu rãi đều trên bề mặt trái đất (diện tích

bề mặt trái đất là 511263 tỷ mét vuông) thì mỗi mét vuông có khoảng 665.570 tỷ tỷ địa chỉ

Địa chỉ IPv6 được biểu diễn bởi ký tự Hexa với tổng cộng 8 Octet Mỗi Octet chứa 4

ký tự Hexa tương ứng với 16 bit nhị phân Dấu hai chấm ngăn cách giữa các octet Giao thức IPv4 hiện tại được duy trì bởi kỹ thuật NAT và cấp phát địa chỉ tạm thời Tuy nhiên

vì vậy mà việc thao tác dữ liệu trên payload của các thiết bị trung gian là một bất lợi các lợi ích về truyền thông ngang hàng (peer-peer), bảo mật đầu cuối và chất lượng dịch vụ (QoS) Với số lượng cực kỳ lớn địa chỉ IPv6 thì sẽ không cần đến kỹ thuật NAT hay cấp phát địa chỉ tạm thời nữa Vì lúc đó, mỗi thiết bị (Máy tính, điện thoại, tivi, robot, thiết

bị dân dụng…) đều sẽ có một địa chỉ IP toàn cầu

Đây là một không gian địa chỉ cực lớn với mục đích không chỉ cho Internet mà còn cho tất cả các mạng máy tính, hệ thống viễn thông, hệ thống điều khiển và thậm chí cho từng vật dụng trong gia đình Trong tương lai, mỗi chiếc điều hòa, tủ lạnh, máy giặt hay nồi cơm điện… của mọi gia định trên thế giới cũng sẽ mang một địa chỉ IPv6 để chủ nhân của chúng có thể kết nối và ra lệnh từ xa Nhu cầu hiện tại chỉ cần 15% không gian địa chỉ IPv6, còn 85% dự phòng cho tương lai

1.4 So sánh Header của IPv4 và IP6

Header của IPv6 có 40 octet (hay độ lớn 40 byte) trái ngược với 20 octet trong IPv4 Tuy nhiên IPv6 có một số lượng các trường ít hơn, nên giảm được thời gian xử lý Header, tăng độ linh hoạt Trường địa chỉ lớn hơn 4 lần so với IPv4 Không có Header checksum: Trường checksum của IPv4 được bỏ đi vì các liên kết ngày nay nhanh hơn và

có độ tin cậy cao hơn vì vậy chỉ cần các Host tính checksum còn Router thì khỏi cần Ngoài ra Header checksum là 1 tham số sử dụng để kiểm tra lỗi trong thông tin header, được tính toán ra dựa trên những con số của header Tuy nhiên, có một vấn đề nảy sinh là header chứa trường TTL (Time to Live), giá trị trường này thay đổi mỗi khi gói tin được truyền qua 1 router Do vậy, header checksum cần phải được tính toán lại mỗi khi gói tin

đi qua 1 router Nếu giải phóng router khỏi công việc này, chúng ta có thể giảm được trễ Không có sự phân đoạn theo từng hop Trong IPv4, khi các packet quá lớn thì Router có thể phân đoạn nó Tuy nhiên, việc này sẽ làm tăng thêm Overhead cho packet Trong IPv6 chỉ có Host nguồn mới có thể phân đoạn một packet theo các giá trị thích hợp dựa vào một MTU path mà nó tìm được Do đó, để hỗ trợ Host thì IPv6 chứa một hàm giúp tìm ra MTU từ nguồn đến đích

Các trường có trong IPv6 Header :

+ Version : Trường chứa 4 bit 0110 ứng với số 6 chỉ phiên bản của IP.

+ Traffic Class : Trường 8 bit tương ứng với trường Type of Service (ToS)

trongIPv4 Trường này được sử dụng để biểu diễn mức ưu tiên của gói tin, ví dụ có nên được truyền với tốc độ nhanh hay thông thường, cho phép thiết bị có thể xử lý gói một cách tương ứng

+ Flow Label : Trường hoàn toàn mới trong IPv6, có 20 bit chiều dài Trường này

biểu diễn luồng cho gói tin và được sử dụng trong các kỹ thuật chuyển mạch đa lớp (multilayer switching), nhờ đó các gói tin được chuyển mạch nhanh hơn trước Bằng cách sử dụng trường này, nơi gửi gói tin hoặc thiết bị hiện thời có thể xác định một chuỗi các gói tin, ví dụ VoIP, thành 1 dòng, và yêu cầu dịch vụ cụ thể cho dòng đó Ngay cả trong IPv4, một số các thiết bị giao tiếp cũng được trang bị khả năng nhận dạng dòng lưu lượng và gắn mức ưu tiên nhất định cho mỗi dòng Tuy nhiên, những thiết bị này không những kiểm tra thông tin tầng IP ví dụ địa chỉ nơi gửi và nơi nhận, mà còn phải kiểm tra cả số port là thông tin thuộc về tầng cao hơn Trường Flow Label trong IPv6 cố gắng đặt tất cả những thông tin cần thiết vào cùng nhau và cung cấp chúng tại tầng IP

+ Payload Length : Trường 16 bit T uơng tự trường Toal Length trong IPv4, xác

định tổng kích thước của gói tin IPv6 (không chứa header)

+ Next Header : Trường 8 bit Trường này sẽ xác định xem extension header có tồn

tại hay không, nếu không được sử dụng, header cơ bản chứa mọi thông tin tầng IP Nó sẽ được theo sau bởi header của tầng cao hơn, tức là header của TCP hay UDP, và trường Next Header chỉ ra loại header nào sẽ theo sau

+ Hop Limit : Trường 8 bit Trường này tương tự trường Time to live của IPv4 Nó

có tác dụng chỉ ra số hop tối đa mà gói tin IP được đi qua Qua mỗi hop hay router, giá trị của trường sẽ giảm đi 1

+ Source Address : Trường này gồm 16 octet (hay 128 bit), định danh địa chỉ nguồn

của gói tin

+ Destination Address : Trường này gồm 16 octet (hay 128 bit), định danh chỉ đích

của gói tin

1.5 Một số tính năng mới nổi trội hơn so với IPv4

+ Đơn giản hóa việc đặt địa chỉ Host: IPv6 sử dụng 64 bit sau cho địa chỉ Host Một

kỹ thuật gọi là EUI-64 làm đơn giản việc đặt địa chỉ host rất nhiều so với IPv4 Kỹ thuật này tận dụng 48 bit địa chỉ MAC để làm địa chi host.Và chèn thêm chuỗi “FFFE” vào

giữa mỗi 16 bit của địa chỉ MAC để hoàn chỉnh 64 bit phần địa chỉ host Bằng cách này, mọi Host sẽ có một Host ID duy nhất trong mạng

+ Tự động cấu hình địa chỉ: Để đơn giản cho việc cấu hình các trạm, IPv6 hỗ trợ cả

việc tự cấu hình địa chỉ Stateful như khả năng cấu hình DHCP server hoặc tự cấu hình Stateless (phi trạng thái).Với khả năng cấu hình phi trạng thái, các máy trạm trong mạng

tự động liên kết với Router và nhận về địa chỉ prefix của phần mạng Thậm chí nếu không có Router, các máy trạm trên cùng một liên kết có thể tự cấu hình và giao tiếp với nhau mà không cần bất kỳ một thiết lập thủ công nào khác

+ Hiệu suất cao hơn: Với IPv4 có sử dụng private address để tránh hết địa chỉ Do

đó, xuất hiện kỹ thuật NAT để chuyển đổi địa chỉ, dẫn đến tăng Overhead cho gói tin Trong IPv6 do không thiếu địa chỉ nên không cần đến private address, do đó NAT được loại bỏ  Giảm được thời gian xử lý Header, giảm Overhead vì chuyển dịch địa chỉ Giảm được thời gian xử lý định tuyến: nhiều khối địa chỉ IPv4 được phân phát cho các user nhưng lại không tóm tắt được, nên phải cần các entry trong bảng định tuyến làm tăng kích thước của bảng định tuyến và thêm Overhead cho quá trình định tuyến Ngược lại, các địa chỉ IPv6 được cấp phát qua các ISP theo một kiểu phân cấp địa chỉ giúp giảm được Overhead

Trong IPv4 sử dụng nhiều Broadcast như ARP Request, trong khi IPv6 sử dụng Neighbor Discovery Protocol để thực hiện chức năng tương tự trong quá trình tự cấu hình mà không cần sử dụng Broadcast Bên cạnh đó, Multicast có giới hạn trong IPv6, một địa chỉ Multicast có chứa một trường scope (phạm vi) có thể hạn chế các gói tin Multicast trong các node, trong các link, hay trong một tổ chức

+ Hỗ trợ tính năng di động: Tính di động (Mobility) là một tính năng rất quan trọng

trong hệ thống mạng ngày nay Mobile IP là một tiêu chuẩn của IETF cho cả IPv4 và IPv6 Mobile IP cho phép thiết bị di chuyển mà không bị đứt kết nối, vẫn duy trì được kết nối hiện tại Trong IPv4, mobile IP là một tính năng mới cần phải được thêm vào nếu cần sử dụng Ngược lại với IPv6, tính di động được tích hợp sẵn, có nghĩa là bất kỳ node IPv6 nào cũng có thể sử dụng được khi cần thiết

Thêm vào đó phần header của định tuyến trong IPv6 làm cho Mobile IPv6 hoạt động hiệu quả hơn Mobile IPv4 Chính vì vậy, trong tương lai các thiết bị di động như laptop, máy tính bảng, smartphone… sẽ dùng địa chỉ IPv6 tích hợp sử dụng trên cơ sở hạ tầng của mạng viễn thông

+ Bảo mật cao: IPSec (IP Security) là một tiêu chuẩn do IETF đưa ra cho lĩnh vực

an ninh mạng IP, được sử dụng cho cả IPv4 và IPv6 Mặc dù các chức năng cơ bản là giống hệt nhau trong cả hai môi trường, nhưng với IPv6 thì IPSec là tính năng bắt buộc IPsec được kích hoạt trên tất cả các node IPv6 và sẵn sàng để sử dụng Tính sẵn sàng của IPsec trên tất cả các node làm cho IPv6 Internet an toàn hơn

+ Tổng hợp địa chỉ: Addresss Aggregation là kỹ thuật tương tự với kỹ thuật Address

Summarize trong IPv4 Một ISP sẽ tổng hợp tất cả các prefix của các khách hàng thành một tiền tố duy nhất và thông báo tiền tố này với cấp cao hơn Việc tổng hợp địa chỉ sẽ làm cho bảng định tuyến gọn hơn và khả năng mở rộng định tuyến nhiều hơn trên các Router Dẫn đến sự mở rộng hơn các chức năng mạng như tối ưu hóa băng thông và tăng thông lượng sử dụng để kết nối được tới nhiều hơn các thiết bị và dịch vụ trên mạng như: VoIP, tryền hình theo yêu cầu, Video độ nét cao, ứng dụng thời gian thực, game-online, học tập hay hội thảo qua mạng…

1.6 Các quy tắc biểu diễn

128 bit của IPv6, được chia ra thành 8 Octet, mỗi Octet chiếm 2 byte (4 bit), gồm 4

số được viết dưới hệ cơ số Hexa, và mỗi nhóm được 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 lược 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 được 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 như sau: 1088::8:800:200C:463A Qua ví dụ trên, ta sẽ rút ra được 3 nguyên tắc:

+ Trong dãy địa chỉ IPv6, nếu có số 0 đứng đầu có thể loại bỏ Ví dụ 0800 sẽ được viết thành 800, hoặc 0008 sẽ được 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 được viết ::AB65:8952::, vì nếu viết như thế sẽ gây nhầm lần khi dịch ra đầy đủ.