Xây dựng chương trình trao đổi thông tin mạng dựa trên giao thức IPv6

Xây dựng chương trình trao đổi thông tin mạng dựa trên giao thức IPv6

BỘ MÔN MẠNG VÀ TRUYỀN THÔNG

ĐỒ ÁN LẬP TRÌNH MẠNG

Đề tài:Xây dựng chương trình trao đổi thông tin

mạng dựa trên giao thức IPv6

Cán bộ hướng dẫn : T.S Nguyễn Tấn Khôi

Đà Nẵng 2013

Mục Lục

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

1.1 GIỚI THIỆU 8

1.2 KHÁI QUÁT VỀ GIAO THỨC INTERNET 9

1.2.1 Giao thức TCP/IP 9

1.2.2 Giao thức Internet(IP) 11

1.3 TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC MẠNG IPV6 VÀ MÔ HÌNH CLIENT-SEVER 12

1.3.1 Giới thiệu về giao thức mạng IPv6 12

1.3.2 Đặc tính của IPv6 14

1.3.3 Cấu trúc địa chỉ của IPv6 14

1.3.4 Các loại IPv6 15

1.3.5 Mô hình client-server 19

1.Khái niệm: 19

2.Quá trình trao đổi dữ liệu của mô hình client-sever 19

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH 21

2.1 PHÂN TÍCH YÊU CẦU 21

2.2 PHÂN TÍCH CÁC CHỨC NĂNG 21

CHƯƠNG 3 TRIỂN KHAI VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 24

3.1 MÔI TRƯỜNG TRIỂN KHAI 24

3.2 KẾT QUẢ CÁC CHỨC NĂNG CỦA CHƯƠNG TRÌNH 24

3.3 ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT 24

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

IPv6 Internet Protocol Version 6 Phiên bản giao thức internetATM Asynchromous Transfer Mode Chế độ trruyền không đồng bộCIDR Classless Inter Domain Routing Định tuyến liên vùng không phân lớp

DHCM Dinamic Host Configuration

FTP File Tranfer Protocol Giao thức truyền tập tin

GSM Global System for Mobie Hệ thống truyền thông dịch vụ toàn cầuHTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bảnICMP Internet Control Message Protocol Giao thức thông tin điều khiển InternetIETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kỹ thuật Internet

ISDN Intergrated Services Digital

ISP Internet service Providers Nhà cung cấp dịch vụ Internet

MAC Medium Access Control Kiểm soát truy nhập môi trườmg truyền thông

PPP Point to Point Protocol Giao thức liên kết điểm điểm

RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyếnSNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lý mạng đơn giảnTCP TransmisstionControl Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫnTFTP Trivial File Tranfer Protocol Giao thức truyền tập tinUDP User Datagram Protocol Giao thức gói dữ liệu người dungUMTS Universal Mobi Telephony Service Dịch vụ điện thoại di động toàn cầu

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 : Mô hình phân lớp TCP/IP

Hình 2: Khuôn dạnh datagram của IPv4

Hình 3: Hệ lục phân và nhị phân

Hình 4: Cấu trúc Global Unicast Address

Hình 5: Sơ đồ phân cấp của Global Unicast AddressHình 6:Giá trị Linhk-LocalAddress

Hình 7: Cấu trúc của Unique Local Addres

Hình 8: Mô hình Client- Server

Hình 9:Kết quả demo chương trình

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

2 Phương pháp triển khai đề tài

 Tìm kiếm tài liệu liên quan

 Tìm hiểu về giao thức mạng IPV6

 Định hướng chương trình cần làm

 Xây dựng chương trình trao đổi thông tin mạng qua IPv6

 Kết luận

3 Kết cấu của báo cáo

 Chương 1 : Trình bày cơ sở lý thuyết về giao thức IPv6,mô hình server

client- Chương 2 : Xây dựng chương trình trao đổi thông tin mạng qua IPv6

 Chương 3 : Chạy Demo và kết luận về chương trình, đánh giá kết quả

Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Giới thiệu

Giao thức Internet (IP) là một giao thức gói không định hướng đã giúp cho hàng triệu máy tính được kết nối với nhau Từ khi ra đời cách đây 30 năm , IP đã trở thành ngôn ngữ chung cho truyền thông dữ liệu – một giao thức hỗ chợ cho tất

cả các ứng dụng Mức độ liên mạng toàn cầu mà IP đem lại đã cho chúng ta biết

về giá trị của sự hợp tác

Trong phạm vi của những mạng thế hệ mới , IP quan trọng bởi nhiều nguyên nhân Nó là giao thức hợp nhất giữa máy tính và viễn thông Nó cung cấp một giải pháp cho việc hợp nhất công nghệ mới trên nguyên tắc kế thừa hạ tầng cơ sở

cũ Nó không mang tính chất độc quyền và luôn là giao thức mở Nó đưa ra những phương thức hiệu quả và tiết kiệm để hợp nhất thoại và số liệu trên một nền chung , thậm chí nó còn cho phép tạo ra những ứng dụng mới như “ không gian dùng chung ” Mặc dù tồn tại nhiều giao thức khác nhưng không giao thức nào có thể sánh được với IP về kinh tế hiệu quả và phạm vi hoạt động toàn cầu của nó Khi các ứng dụng mới xuất hiện qua nhiều năm mỗi ứng dụng yêu cầu sự cải tiến tương ứng chất lượng mạng , những sự cải tiến đã tạo điều kiện cho IP thích hợp với những đòi hỏi mới Thậm chí khi các công nghệ và các giao thức khác được phát triển để đáp ứng những nhu cầu khác nhau như LAN, ATM và chuyển tiếp khung (FR)– những tiến bộ của IP có thể được giữ lại bằng cách chạy phía trên chúng Có thể nói thực sự về IP rằng nó là giao thức của quá khứ và tương lai Tuy nhiên với sự phát triển nhanh chóng của của các ứng dụng máy tính , phiên bản IP hiện giờ - phiên bản 4 (IPv4) đang tiến tới giới hạn của nó Cụ thể với nhu cầu địa chỉ IP tăng nhanh , không gian địa chỉ 32 bít trong phiên bản 4 đang bị cạn kiệt Đây không phải là một vấn đề mới Cuối những năm 1990, một

số tiến bộ kỹ thuật đã được đưa ra để giảm bớt sức ép về địa chỉ IP Việc sử dụng rộng dãi phương pháp cấp địa chỉ động (DHCP) , việc sử dụng có hiệu quả hơn các dải địa chỉ (CIDR) và yêu cầu bảo vệ nghiêm ngặt hơn áp dụng bởi những cơ quan đăng ký địa chỉ Đồng thời cái gốc của vấn đề đã được giải quyết thông qua sự phát triển của một phiên bản IP nâng cấp - phiên bản 6 (IPv6)

IPv6 bây giờ đã là hiện thực Đặc tính hiển nhiên nhất là sự mở rộng cực lớn phương thức đánh địa chỉ của phiên bản 4 Bên cạnh đó , nó cung cấp những phương tiện xác thực và bảo vệ tính bí mật của truyền dẫn , cộng với nhiều tính năng nâng cao khác mà một số tính năng đó hỗ trợ rất lớn cho dịch vụ dữ liệu di động

Vậy IPv6 là gì ? đặc tính và ứng dụng của nó ra sao ? Chúng ta hãy cùng tìm hiểu và nghiên cứu về nó

1.2 Khái quát về giao thức internet

Thành công của mạng Internet và Intranet bắt kịp với sự phát triển của kiến trúc mạng máy tính còn gọi là Internet Protocol Suite , được biết đến đó là TCP/IP Giao thức TCP/IP được sử dụng trong mạng Internet hơn 30 năm qua đã khẳng định rõ ràng khả năng đứng trước những thách thức của truyền thông thế kỷ 21

1.2.1 Giao thức TCP/IP

Cho đến nay TCP/IP là hệ thống giao thức ra đời sớm nhất Cũng là hệ thống Internet hoàn chỉnh nhất Để đơn giản hoá việc thiết kế và thực hiện giao thức , thông tin mạng thường căn cứ vào thứ tự lớp khác nhau rồi phân chúng thành những vấn đề con tương ứng Toàn bộ giao thức cũng phân thành nhiều lớp giao thức khác nhau Theo ý tưởng này , TCP/IP đã hình thành mô hình phân lớp như sau :

Hình 1 : Mô hình phân lớp TCP/IP

Kiến trúc phân tầng TCP/IP cũng tuân theo mô hình tham chiếu OSI với 4 tầng tuơng ứng như sau :

Physical Netwoks ( LAN , ATM ,FR )

IP ( Internet Protocol)

Mô hình OSI Mô hình TCP/IP

a Lớp giao truy cập mạng mạng (Network access layer) : Hay còn gọi là lớp kết nối , nó tiếp nhận gói dữ liệu IP và phát gói dữ liệu đi theo mạng đã định

b Lớp mạng (Internet layer) : Còn gọi là lớp IP nằm ở lớp thứ 3 trong mô hình OSI , chủ yếu xử lý thông tin giữa các thiết bị Đối tượng truyền dẫn giữa lớp Internet và lớp giao diện mạng là gói dữ liệu IP ( IP Datagram)

c Lớp truyền dẫn (Transport layer) : Nhiệm vụ là cung cấp dịch vụ thông tin giữa các chương trình ứng dụng , đảm bảo số liệu truyền đến đích không có lỗi Lớp truyền dẫn gói chia làm 2 loại TCP và UDP

d Lớp ứng dụng ( Application layer) : Là lớp cao nhất trong mô hình phân lớp Thuê bao dùng chương trình ứng dụng để truy nhập mạng Internet TCP/IP và để sử dụng các loại dịch vụ do mạng cung cấp

1.2.2 Giao thức Internet(IP)

IP là giao thức cơ bản để thiết lập mạng TCP/IP Mục đích của giao thức IP

là cung cấp khả năng kết nối các mạng con thành liên mạng truyền dữ liệu Tất cả các hệ thống thành viên của liên mạng đòi hỏi phải cài đặt IP ở tầng mạng

IP là giao thức truyền thông kiểu không kết nối (Connectionless) nghĩa là không cần có giai đoạn thiết lập trước khi truyền dữ liệu Mỗi gói tin truyền đi trên mạng một cách độc lập , chính việc dữ liệu đi tới đích theo nhiều đường khác nhau tạo nên tính mền dẻo cho mạng Internet

IP là giao thức hoạt động trong lớp 3 của mô hình OSI

Đơn vị thông tin là gói ( Packet) , đơn vị dữ liệu truyền trong IP gọi là Datagram

Khuôn dạng của IP (IPv4) như sau :

Ver

(4bits)

IHL (4bits)

TOS ( 8bits) Total Length (16bits) Identification (16 bits) Flags

(3bits)

Fragment offset (13bit)

TTL

(8bits)

Protocol (8 bits) Header Checksum (16 bits) Source Address (32 bits)

Destination Address (32 bits)

Options Data

Hình 2: Khuôn dạnh datagram của IPv4

Trong RFC 791 đã mô tả chi tiết IPv4 bao gồm các trường sau :

a Version ( Phiên bản ) : 4 bits mang giá trị là 4 , chỉ phiên bản của giao thức IP

b IHL ( Internet Header Length ) : 4 bits chỉ thị độ dài mào đầu của Interet , được tính theo đơn vị từ bằng 32 bits

c TOS ( Type Of Service – Loại hình dịch vụ ) : 8 bits thiết lập về mức

độ ưu tiên và loại hình dịch vụ

của gói IP bao gồm cả Header và Data

e Indentification ( Nhận Dạng ) : 16 bits dùng để xác định gói IP hiện thời , sắp xếp lại gói IP theo thứ tự khi gói IP trong chuỗi có gói gửi đi bị hỏng

f Flags (cờ) : 3bits được dùng để kiểm soát sự phân đoạn ( fragments )

g Fragment Offset ( Mã phân đoạn ) : 13 bits chỉ vị trí của đơn vị dữ liệu gốc được truyền trong phân đoạn

h TTL ( Time To Live - Thời gian sống) : 8 bits chỉ thời gian tồn tại của đơn vị dữ liệu trong liên mạng trước khi bị coi là mất

i Protocol ( Giao thức ) : 8 bits chỉ ra gói tin thuộc loại liên kết nào ( UDP sử dụng số 17 , TCP sử dụng số 6)

j Checksum ( Tổng kiểm tra ) : 16 bits mã kiểm soát lỗi phần tiêu đề IP Các gói bị sai ở giá trị này sẽ bị huỷ bỏ

k Source Address ( Địa chỉ nguồn ) : 32 bits cung cấp cho phần mềm giao thức IP địa chỉ đích , sử dụng khi phát trở lại

l Destanation Address ( Địa chỉ đích ) : 32 bits dùng cho IP đích kiểm tra số liệu truyền dẫn có chính xác không

m Opption : Có thể có hoặc không , trường này dùng cho mào đầu lớn hơn 5 từ

n Data : Thông thường bao gồm các thông tin số liệu TCP , UDP , ICMP

1.3 Tổng quan về giao thức mạng IPv6 và mô hình client-sever.

1.3.1 Giới thiệu về giao thức mạng IPv6

Một câu hỏi được đặt ra là tại sao lại phải phát triển IPv6?

Để trả lời được câu hỏi trên chúng ta cần phải hiểu về giao thức mạng IPv4 :

1 Như chúng ta biết địa chỉ IPv4 sử dụng kết cấu 32 bits , trên lý thuyết thì địa chỉ 32 bit có thể cung cấp một không gian địa chỉ là 2^32= 4.294.967.296 địa chỉ Vậy nguyên nhân nào khiến cho giao thức mạng IPv4 không đạt yêu cầu

Class A: Gồm 128 mạng và mỗi mạng với 16 777 214 máy chủ

Class B: Gồm 16.382 mạng và mỗi mạng với 65.534 máy chủ

Class C :Gồm 2.097.150 mạng và mỗi mạng với 254 máy chủ

Tình trạng thiếu hụt địa chỉ của IPv4 được nhận ra vào năm 1991.Trong năm

đó yêu cầu về cung cấp địa chỉ Internet tăng rất nhanh Nó có tầm quan trọng đặc biệt khi Internet trở thành mạng cho mọi người Đầu tiên nó được sử dụng cho các công ty công và tư , cho chính phủ Tiếp theo là cho cơ quan , trường học , cho các trung tâm nghiên cứu và hơn hết là cho mọi người dân Nó có tính khả thi bởi các nhà cung cấp dịch vụ Internet ( ISP- Internet service Provides) và vì được cung cấp khả năng truy nhập Internet với giá rẻ qua đường điện thoại sử dụng Modem , hay gần đây là qua mạng đa dịch vụ ISDN ( Intergrated Services Digital Network )Cũng trong năm này đã có dự báo là vào năm 1994 địa chỉ lớp B sẽ được sử dụng hết Đối diện với thực tế này , tổ chức IETF ( Internet Enginneering Task Force ) có quyết định lựa chọn kỹ thuật và cung cấp địa chỉ IP cho mạng Internet , quyết định không chỉ cung cấp địa chỉ cho không gian lớp B mà còn cho một khối của lớp C

Ví dụ : Một tổ chức có 100 máy tính , dự báo là sẽ phát triển thêm 500 máy tính nữa , thay vì được cấp một mạng thuộc lớp B sẽ cấp 4 mạng thuộc lớp C cho

1000 địa chỉ

Việc này sẽ duy trì việc cung cấp địa chỉ IPv4 cho đến khoảng 2005

2 Ngoài ra , IPv4 không xây dựng khái niệm về chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) , với nỗ lực tốt nhất nó truyền phát các gói tin , nhưng nó không đảm bảo gì từ các lớp trên , không giới hạn phần trăm các gói vận chuyển , không giới hạn thời gian thi hành vận chuyển Trong khi đó , một số ứng dụng của Internet mới như dịch vụ truyền tiếng nói , hình ảnh tức thời đòi hỏi giao thức đảm bảo độ trễ nhất địmh , nếu không một số dịch vụ Internet mới không thể thực hiện được Do đó IP trong tương lai phải giải quyết một số vấn đề trên , đề ra một cơ chế mới , làm cho một gói số liệu (datagram) và tài nguyên phân phối trước liên quan mật thiết với nhau Ngoài ra , do nhiều ứng dụng của Internet mới đòi hỏi thông tin tin cậy , an toàn mà hệ thống TCP/IP không thể giải quyết vấn đề an toàn được tốt

Vậy việc cải cách IPv4 là tất yếu và nó được khắc phục bằng IPv6

Giao thức mạng IPv6 bao gồm các tính năng sau:

1 Mở rộng không gian địa chỉ ,tăng đường truyền

2 Cấu hình địa chỉ tự động (Automatic Configuration )

3 Phát hiện láng giềng(Neighbor discovery)

4 Đơn giản hóa việc đặt địa chỉ Host

5 Kiểm soát an toàn

6 Chất lượng dịch vụ QoS ( Quality Of Service )

1.3.3 Cấu trúc địa chỉ của IPv6

IPv6 có tổng cộng là 128 bit được chia làm 2 phần: 64 bit đầu được gọi là network, 64 bit còn lại được gọi là host Phần network dùng để xác định subnet, địa chỉ này được gán bởi các ISP hoặc những tổ chức lớn như IANA (Internet Assigned Numbers Authority) Còn phần host là một địa chỉ ngẫu nhiên dựa trên

Địa chỉ IPv6 có 128 bit, do đó việc nhớ được địa chỉ này rất khó khăn Cho nên để viết địa chỉ IPv6, người ta đó chia 128 bit ra thành 8 nhóm, mỗi nhóm chiếm 2 bytes, gồm 4 số được viết dưới hệ số 16, và mỗi nhóm được ngăn cách nhau bằng dấu hai chấm

Hình 3: Hệ lục phân và nhị phân

Ví du:

1.3.4 Các loại IPv6

Địa chỉ IPv4 chia thành 3 lớp chính : A,B,C và hai lớp khác: D dùng chomulticast và lớp E dùng cho mục đích nghiên cứu Còn địa chỉ IPv6 lại chia thành

3 loại chính như sau:

Unicast Address: Còn được gọi là địa chỉ đơn hướng Địa chỉ này được dùng

để đến một Node, thông tin này liên quan đến thông tin định tuyến

Multicast Address: Địa chỉ này cũng dùng để nhận dang một tập hợp các

Node Nhưng khác với địa chỉ Anycast, một gói tin khi chuyển đến địa chỉ

Multicast được chuyển đến tất cả các Node mang địa chỉ Multicast này Loại địa chỉ này cũng giống với địa chỉ Multicast trong IPv4 (lớp D)

1 Unicast Address:

Được chia thành 4 nhóm:

a/ Global Unicast Address:

Địa chỉ này được sử dụng để hỗ trợ cho các ISP Nó giống như địa chỉ Public của IPv4

Hình 4: Cấu trúc Global Unicast Address

001: 3 bits đầu luôn luôn có giá trị = 001

TLA ID( Top Level Aggregation): Xác định nhà cung cấp cao nhất trong hệ thống các nhà cung cấp dịch vụ

Res: chưa sử dụng

NLA ID (Next Level Aggregation): Xác định nhà cung cấp tiếp theo trong hệ thống các nhà cung cấp dịch vụ

SLA ID (Site Level Aggregation): Xác định các site để tạo các subnet

Interface ID: Là địa chỉ của Interface trong subnet