NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MOBILE IPV6, ĐI SÂU PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA GIAO THỨC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU APNIC Asia Pacific Network ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ CN

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGUYỄN DUY THÁI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ MOBILE IPV6,

ĐI SÂU PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA GIAO THỨC

HẢI PHÒNG - 2015

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Phạm Việt Hưng đã giới thiệu, hướng dẫn đề tài và tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Em cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo trong trường, đặc biệt là các thầy cô giáo

bộ môn Điện Tử - Viễn Thông đã dạy dỗ, chỉ bảo cho em những kiến thức từ cơ bản đến nâng cao, giúp em có được những cơ sở lý thuyết vững vàng và vận dụng được những kiến thức vào chuyên ngành học

Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình và bạn bè, những người luôn ở bên cạnh động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này

Trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp không tránh khỏi những thiếu sót,

em kính mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô giáo và các bạn sinh viên để

em bổ sung và hoàn thiện kiến thức của bản thân được tốt hơn

Em xin trân trọng cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài tốt nghiệp là do chính tôi nghiên cứu và thực hiện Mọi tài liệu đƣợc tôi tổng hợp và trình bày lần đầu tiên trong đồ án tốt nghiệp này và chƣa từng công bố

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình

Hải Phòng, ngày tháng năm 2015

Sinh viên

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU iii

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MOBILE IP 3

1.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỊA CHỈ IP 3

1.2 BỘ GIAO THỨC TCP/IP 3

1.3 GIAO THỨC IPV6 5

1.4 TRIỂN KHAI IPV6 VÀO THỰC TẾ 8

1.4.1 Hiện trạng IPv6 trên thế giới 8

1.4.2 Thúc đẩy và phát triển IPv6 tại Việt Nam 11

1.5 CÔNG NGHỆ MOBILE IP 12

1.5.1 Giới thiệu về Mobile IP 12

1.5.2 Các thành phần của Mobile IPv6 13

1.5.3 Các đặc tính nổi bật của Mobile IPv6 so với Mobile IPv4 14

CHƯƠNG 2: GIAO THỨC MOBILE IPV6 16

2.1 CẤU TRÚC ĐỊA CHỈ IPV6 16

2.1.1 Không gian địa chỉ 16

2.1.2 Biểu diễn địa chỉ IPv6 16

2.1.3 Phân loại địa chỉ IPv6 17

2.2 CẤU TRÚC DỮ LIỆU MOBILE IPV6 19

2.2.1 Binding Cache 19

2.2.2 Binding Update List 21

2.2.3 Home Agent List 21

2.3 CÁC BẢN TIN VÀ CÁC TÙY CHỌN TRONG MOBILE IPV6 22

2.3.1 Định dạng gói tin Mobile IPv6 23

2.3.2 Tùy chọn Home Address cho Destination Options Header 25

2.3.3 Type 2 Routing Header 26

2.3.4 Các bản tin ICMPv6 cho Mobile IPv6 27

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA MOBILE IPV6 31

3.1 SỰ TRAO ĐỔI BẢN TIN MOBILE IPV6 31

3.1.1 Trao đổi dữ liệu giữa một nút di động và một nút đối tác 31

3.1.2 Duy trì ràng buộc 33

3.1.3 Phát hiện đại diện thường trú 37

3.1.4 Phát hiện tiền tố di động 39

3.2 HOẠT ĐỘNG CỦA MOBILE IPV6 41

3.2.1 Khi gắn với liên kết thường trú 41

3.2.2 Di chuyển từ liên kết thường trú đến liên kết ngoài 42

3.2.3 Nút di động thay đổi địa chỉ thường trú của nó 44

3.2.4 Di chuyển từ liên kết ngoài đến một liên kết ngoài khác 45

3.2.5 Nút di động trở lại mạng thường trú 48

KẾT LUẬN 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

APNIC Asia Pacific Network

ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ

CN Correspondent Node Nút đối tác

CNA Correspondent Node Address Địa chỉ của nút đối tác

DHCP Dynamic Host Configuration

Protocol

Giao thức cấu hình động máy chủ

DNS Domain Name System Hệ thống tên miền

ESP Encapsulating Security Payload Cung cấp khả năng bảo mật và

bảo vệ tính toàn vẹn của dữ liệu FMIPv6 Fast Handovers Mobile IPv6 Cơ chế chuyển giao nhanh IPv6 FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền dữ liệu tệp tin

HAA Home Agent Address Địa chỉ đại diện thường trú

HMIPv6 Hierarchical Mobile IPv6 Cơ chế chuyển giao phân cấp

IPv6

IANA Internet Assigned Numbers

Authority

Tổ chức cấp phát số hiệu Internet toàn cầu

ICMP Internet Control Message

IGMP Internet Group Management

Protocol

Giao thức quản lý nhóm

IKE Internet Key Exchange Cơ chế trao đổi khóa Internet

IP Internet Protocol Giao thức Internet

IPsec Internet Protocol Security Bảo mật trong giao thức mạng IPv4 Internet Protocol version 4 Giao thức Internet phiên bản 4 IPv6 Internet Protocol version 6 Giao thức Internet phiên bản 6 ISOC Internet Society Hiệp hội Internet quốc tế

LACNIC Latin American and Caribbean

Internet Addresses Registry

Cơ quan đăng ký địa chỉ Internet khu vực Nam Mỹ

MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập truyền thông

PDAs Personal Digital Assistant Thiết bị hỗ trợ kỹ thuật số cá nhân QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RFC Request For Comments Chuỗi các bản ghi nhớ được đề

xuất và cho ý kiến

RIP Routing Information Protocol Giao thức định tuyến thông tin

theo vectơ khoảng cách RIPE

SNMP Simple Network Management

Protocol

Giao thức quản lý mạng đơn giản

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển giao vận TFTP Trivial File Transfer Protocol Giao thức truyền tệp tin thông

thường UDP User Datagram Protocol Giao thức gói dữ liệu người dùng

VNNIC Vietnam Internet Network

Information Center

Trung tâm Internet Việt Nam

DANH MỤC CÁC HÌNH

2.3 Mô tả đường đi của gói tin đến địa chỉ anycast 19

2.5 Quá trình định tuyến phản hồi (Return Routability

2.6 Cấu trúc của Destination Options Header 26

2.8 Cấu trúc bản tin Home Agent Address Discovery Request 28 2.9 Cấu trúc bản tin Home Agent Address Discovery Reply 28 2.10 Cấu trúc bản tin Mobile Prefix Solicitation 29 2.11 Cấu trúc bản tin Mobile Prefix Advertisement 30

3.1 Cập nhật ràng buộc gửi từ nút di động đến đại diện

3.7 ICMPv6 Mobile Prefix Solicitation đƣợc gửi từ nút di động 39

3.8 ICMPv6 Mobile Prefix Advertisment đƣợc gửi từ đại diện

3.10 Nút di động chuyển đến liên kết ngoài mới 47

MỞ ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ và truyền thông, chúng ta có thể dễ dàng trao đổi thông tin, xử lý công việc thông qua các thiết bị như: điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính xách tay… Mỗi một thiết bị điện

tử khi hoạt động trên hệ thống mạng Internet cần sử dụng một địa chỉ IP để định danh và liên lạc với nhau Quá trình trao đổi dữ liệu giữa các nút địa chỉ đó thường phải thông qua các bộ định tuyến với rất nhiều thủ tục và giao thức khác nhau Trong trường hợp thiết bị di động liên lục thay đổi địa chỉ định danh của mình, các

bộ định tuyến sẽ mất nhiều thời gian hơn để cập nhật dữ liệu và đôi lúc quá trình kết nối có thể bị gián đoạn

Mobile IP là giải pháp được thêm vào trong cấu trúc của địa chỉ mạng giúp các thiết bị di động di chuyển mà vẫn duy trì được kết nối và các bộ định tuyến cũng không nhất thiết phải cập nhật liên tục dữ liệu trong bảng định tuyến Trong kiến trúc mạng Internet hiện thời sử dụng giao thức IPv4, Mobile IP chỉ là một tùy chọn Hầu hết các kết nối IPv4 có hỗ trợ Mobile IP còn rất hạn chế và thường không đáp ứng được các dịch vụ mới Chính vì thế, giao thức IPv6 đã được được giới thiệu với nhiều cải tiến rộng lớn và toàn diện để phục vụ tốt hơn những nhu cầu trong tương lai Đặc biệt là trong thiết kế của thế hệ địa chỉ mới này, Mobile IP đã được tích hợp sẵn để hỗ trợ tính di động hiệu quả hơn

Mobile IPv6 là giao thức Internet thế hệ mới được đề xuất bởi tổ chức IETF với rất nhiều ưu điểm nổi bật như: thêm nhiều tùy chọn linh hoạt, khuôn dạng gói tin được đơn giản hóa, khả năng định tuyến tối ưu, cấu trúc bảo mật tin cậy hơn… Giao thức này mặc dù là một giao thức mở rộng nhưng hiện nay được xem là một phần quan trọng của giao thức Internet Với sự tăng trưởng không ngừng của mạng

di động băng rộng, Mobile IPv6 hứa hẹn trở thành xu hướng tất yếu trong tương lai

và đem lại nhiều tiện ích mới cho người sử dụng

Trong phạm vi kiến thức của mình, em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu công nghệ Mobile IPv6, đi sâu phân tích hoạt động của giao thức” để trình bày trong bản

đồ án tốt nghiệp này

Cấu trúc đề tài gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ Mobile IP

Chương 2: Giao thức Mobile IPv6

Chương 3: Phân tích hoạt động của Mobile IPv6

Mục tiêu của đề tài là giới thiệu một số tính năng vượt trội của thế hệ địa chỉ IPv6 cũng như những đặc điểm về cấu trúc dữ liệu, cấu trúc các bản tin tùy chọn của Mobile IPv6 để từ đó phân tích được hoạt động của giao thức Tuy nhiên do kiến thức còn hạn hẹp cũng như chưa nắm bắt được hết những thông tin công nghệ nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót Em mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu của thầy cô và các bạn để hoàn thiện đồ án tốt hơn

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MOBILE IP

1

1.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỊA CHỈ IP

Địa chỉ IP (Internet Protocol Address) là một địa chỉ đơn giản nhất mà mọi thiết bị điện tử dùng để định danh thiết bị đó trên hệ thống mạng giúp chúng nhận diện và liên lạc với nhau thông qua việc sử dụng giao thức Internet Trong mạng máy tính, có thể coi địa chỉ IP giống như địa chỉ nhà bạn để người đưa thư có thể mang bưu phẩm đến đúng nhà bạn chứ không phải nhà người khác Vì vậy, mỗi địa chỉ IP là duy nhất đối với một thiết bị mạng

Địa chỉ IP do tổ chức cấp phát số hiệu Internet - IANA (Internet Assigned Numbers Authority) quản lý và tạo ra IANA sẽ phân chia dải địa chỉ IP cho các cơ quan Intenet cấp khu vực (APNIC, RIPE NCC, ARIN và LACNIC), sau đó các quốc gia trong từng khu vực sẽ nhận được các dải địa chỉ IP cấp thấp hơn và tiếp tục phân chia cho các nhà cung cấp dịch vụ và doanh nghiệp trong nước Cuối cùng, người dùng sẽ có được địa chỉ IP dùng để kết nối Internet

1.2 BỘ GIAO THỨC TCP/IP

Để các máy tính có thể liên lạc với nhau qua mạng, chúng phải sử dụng cùng một ngôn ngữ hay còn gọi là một giao thức (Protocol) Thành công của mạng Internet với sự phát triển của kiến trúc mạng máy tính chính là giao thức TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) Bộ giao thức này được đặt tên theo hai giao thức chính của nó là giao thức điều khiển giao vận (TCP) và giao thức liên mạng (IP) Cho đến nay TCP/IP là hệ thống giao thức ra đời sớm nhất và cũng

là hệ thống hoàn chỉnh nhất Mô hình TCP/IP và mô hình của các giao thức liên quan khác luôn được duy trì bởi tổ chức IETF (Internet Engineering Task Force)

Mô hình TCP/IP được phân chia thành nhiều tầng khác nhau như hình vẽ:

Hình 1.1 - Mô hình phân tầng TCP/IP

 Tầng giao diện mạng (Network Interface layer):

Tầng giao diện mạng hay còn gọi là tầng kết nối, là nơi tiếp nhận gói dữ liệu

và phát đi theo một phương truyền dẫn đã định Một số giao thức thuộc tầng này: Ethernet, Token Ring, Frame Relay, ATM…

 Tầng liên mạng (Internet layer):

Tầng liên mạng nằm phía trên tầng giao diện mạng, chủ yếu xử lý thông tin giữa các thiết bị như gán địa chỉ, chuyển mạch, đóng gói và định tuyến dữ liệu Đối tượng truyền dẫn giữa tầng liên mạng và tầng giao diện mạng là gói dữ liệu IP (IP Datagram) Tầng này bao gồm 4 giao thức quan trọng là:

 IP (Internet Protocol): có chức năng gán địa chỉ cho gói dữ liệu và định

tuyến chúng trước khi truyền dẫn

 ARP (Address Resolution Protocol): có chức năng biên dịch địa chỉ IP của

máy đích thành địa chỉ MAC

 ICMP (Internet Control Message Protocol): có chức năng thông báo khi gói

dữ liệu bị lỗi trong quá trình truyền dẫn

 IGMP (Internet Group Management Protocol): có chức năng quản lý và điều

khiển dữ liệu truyền đa hướng

 Tầng giao vận (Transport layer):

Tầng giao vận hay tầng truyền dẫn có nhiệm vụ thiết lập thông tin giữa các chương trình ứng dụng, đảm bảo dữ liệu truyền không bị lỗi và điều khiển lưu lượng Tầng này được chia làm 2 loại giao thức chính là TCP và UDP

 Tầng ứng dụng (Application layer):

Đây là tầng cao nhất trong mô hình và bao gồm nhiều giao thức cung cấp cho các ứng dụng người dùng Tầng ứng dụng có nhiệm vụ định dạng, mã hóa và điều khiển việc trao đổi thông tin của người dùng khi họ sử dụng các chương trình ứng dụng để truy nhập mạng Internet

1.3 GIAO THỨC IPV6

IPv6 là một phiên bản của giao thức liên mạng được cải tiến một cách rộng lớn

và toàn diện để thích nghi với sự phát triển không ngừng của Internet Thế hệ địa chỉ mới này đã được thiết kế với những tham vọng và đặc điểm như sau:

 Cung cấp không gian địa chỉ lớn hơn:

Địa chỉ IPv6 có độ dài gấp 4 lần so với IPv4 Với 128 bit được sử dụng ta có tổ hợp 2128

địa chỉ IP, con số này xấp xỉ 3,4 x 1038 và lớn gấp 296 lần địa chỉ IPv4 Lượng địa chỉ này hiện nay mới sử dụng một phần rất nhỏ và có thể đáp ứng hầu hết tất cả các nhu cầu cấp phát địa chỉ trong tương lai

 Khuôn dạng header được đơn giản hóa:

Các header của IPv6 được đơn giản hóa bằng cách chuyển các trường không quan trọng và các trường lựa chọn sang phần header mở rộng được đặt ở phần cuối của tiêu đề IPv6 Khuôn dạng mới tạo sự xử lý hiệu quả hơn cho các bộ định tuyến

 Khả năng tự động cấu hình địa chỉ:

Phương thức cấu hình trở nên rất đơn giản và hoàn toàn tự động IPv6 hỗ trợ

cả hai chế độ tự động cấu hình là Stateful (khả năng cấu hình server DHCP) và Stateless (khả năng cấu hình không trạng thái không có server DHCP)

 Cấu trúc định tuyến và định vị địa chỉ hiệu quả hơn:

Các địa chỉ của IPv6 được thiết kế để tạo ra một hạ tầng định tuyến hiệu quả

và phân cấp hóa Thông tin trong header được đơn giản hóa nên việc tạo các quyết định định tuyến hoặc chuyển tiếp dữ liệu của bộ định tuyến cũng sẽ nhanh hơn

 Hỗ trợ Muticast và Anycast tốt hơn:

IPv6 sử dụng địa chỉ muticast để giao tiếp với nhiều host hơn và loại bỏ hoàn toàn các địa chỉ broadcast Bên cạnh đó, anycast như là một đặc trưng chỉ có ở phiên bản IPv6 Trong chế độ này, việc định tuyến gói dữ liệu được chỉ định cùng các anycast IP giúp bộ định tuyến gửi dữ liệu tới đích đến gần nhất

 Khả năng xác thực và bảo mật an ninh:

Bảo mật trên Internet hiện nay là một vấn đề quan trọng và ngay trong thiết kế của IPv6 đã bắt buộc phải có bảo mật IPsec (IP Security) Với việc IPsec được kích hoạt trên tất cả các nút địa chỉ IPv6 và luôn sẵn sàng được sử dụng, nó được xem là một đặc điểm đáng chú ý của phiên bản IPv6, làm cho nó đáng tin cậy hơn IPv4

 Hỗ trợ tốt hơn về chất lượng dịch vụ QoS:

Các thiết bị có thể gửi và nhận thông tin với nhau nhờ sự phân luồng một cách hiệu quả và xử lý mức ưu tiên các gói dữ liệu, dựa trên việc sử dụng hạng truyền tải

và nhãn dòng (Traffic Class - Flow Label) được chỉ định sẵn cho các bộ định tuyến

 Tính di động cao:

Tính di động (Mobility) là một tính năng quan trọng trong các kết nối mạng hiện nay Mobile IP cho phép các thiết bị di chuyển mà không mất kết nối Trong phiên bản mới này, khả năng sử dụng Mobile IP được hỗ trợ nhiều hơn và tận dụng các ưu điểm của IPv6 so với IPv4

 Khả năng mở rộng:

Lợi thế lớn nhất của IPv6 là phần header có thể dễ dàng mở rộng khi có nhu cầu nhập thêm thông tin trong phần tùy chọn Các tùy chọn của IPv6 được thiết kế một cách linh hoạt để đáp ứng mọi sự phát triển trong tương lai

Chúng ta có thể thấy rõ nhiều điểm khác biệt của địa chỉ IPv6 và địa chỉ IPv4 được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 1.1 - Sự khác biệt giữa địa chỉ IPv6 và IPv4

Độ dài địa chỉ 32 bit (4 byte) 128 bit (16 byte)

Header Bao gồm cả trường kiểm tra

Loại bỏ địa chỉ broadcast và thay vào đó là địa chỉ muticast

Trường nhãn dòng và hạng truyền tải cho phép xác định luồng dữ liệu của gói tin nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS

Việc phân

đoạn gói tin

Được thực hiện bởi cả bộ định tuyến và máy chủ gửi gói tin

Chỉ được thực hiện bởi máy chủ phía gửi mà không có sự tham gia của bộ định tuyến

IGMP Sử dụng để quản lý thành

viên các mạng con cục bộ

Được thay thế bằng các thông báo MLD

ICMP

Được dùng để tìm kiếm địa chỉ của cổng Gateway phù hợp nhất, là tùy chọn

Được dùng để tìm kiếm định tuyến và thông báo quảng bá bộ định tuyến, là bắt buộc

Cấu hình Thiết lập thủ công hoặc thông

1.4 TRIỂN KHAI IPV6 VÀO THỰC TẾ

1.4.1 Hiện trạng IPv6 trên thế giới

Nhu cầu sử dụng nguồn tài nguyên IPv6 trên thế giới bắt đầu phát triển mạnh vào thời điểm năm 2008 Tính đến tháng 6/2010 đã có hơn 150 quốc gia và vùng lãnh thổ triển khai mạng lưới IPv6 Ngày 08/06/2011 được tổ chức Internet toàn cầu (Internet Society - ISOC) chọn làm ngày IPv6 thế giới (World IPv6 Day) nhằm thúc đẩy hơn nữa các hoạt động triển khai, ứng dụng thế hệ địa chỉ IPv6 Một năm sau đó, nhiều tổ chức quốc tế, các nhà sản xuất và cung cấp dịch vụ lớn trên thế giới đã chính thức công bố triển khai vĩnh viễn IPv6 cho các hoạt động mạng lưới Internet của mình World IPv6 Launch (06/06/2012) trở thành dấu mốc quan trọng, đánh dấu bước chuyển mình mạnh mẽ của thế hệ địa chỉ mới IPv6

Tuy nhiên theo một số thống kê đến cuối năm 2014 thì con số địa chỉ IPv6 được sử dụng mới chỉ chiếm khoảng 5% không gian địa chỉ rộng lớn

Hình 1.2 - Tình hình triển khai IPv6 trên thế giới

(nguồn http://6lab.cisco.com/index.php, cập nhật 15/11/2015)

Kết quả đánh giá tỉ lệ triển khai IPv6 được tính theo công thức dưới đây:

X = %A + 3 %B × %C

4Trong đó: X là tỉ lệ triển khai IPv6 (Deployment Ratio), A là chuyển đổi AS (Transit AS), B là nội dung IPv6 (Content) và C là người sử dụng IPv6 (User)

Bảng 1.2 - Đánh giá quá trình triển khai IPv6 của một số quốc gia hàng đầu và

các quốc gia trong khu vực Đông Nam Á tính đến tháng 11/2015

(nguồn: http://6lab.cisco.com/index.php, cập nhật 13/11/2015)

Quốc gia Tỉ lệ triển

khai

Chuyển tiếp AS

Nội dung IPv6

Người sử dụng IPv6

Điểm tương đối (thang 10)

So sánh với kết quả đánh giá tháng 3/2014

Bảng 1.3 - Đánh giá tình hình triển khai IPv6 của một số quốc gia

tại thời điểm tháng 3/2014

(nguồn: http://6lab.cisco.com/index.php)

Quốc gia Tỉ lệ triển

khai

Chuyển tiếp AS

Nội dung IPv6

Người sử dụng IPv6

Điểm tương đối (thang 10)

Bảng 1.4 - So sánh tỉ lệ triển khai IPv6 trong năm 2014 và 2015

của một số quốc gia

Theo biểu đồ ta thấy, Trung Quốc là một trong những cường quốc hàng đầu thế giới nhưng lại không nằm trong top những quốc gia có mạng lưới IPv6 phát triển Trong khi đó, Malaysia là một quốc gia Đông Nam Á nhỏ bé nhưng lại có tỉ

lệ mạng lưới được đánh giá cao và nằm trong top những nước có tỉ lệ triển khai IPv6 lớn nhất Những nước có khả năng đáp ứng lưu lượng IPv6 tốt nhất có thể kể đến như: Mỹ, Đức, Bỉ, Thụy Sĩ, Hà Lan…

1.4.2 Thúc đẩy và phát triển IPv6 tại Việt Nam

Cùng với sự phát triển chung của thế giới, Việt Nam cũng đã và đang có những hành động tích cực trong việc thúc đẩy triển khai thế hệ địa chỉ mới Ngày 06/05/2008, Bộ Trưởng Bộ Thông Tin và Truyền Thông đã ban hành chỉ thị số 03/2008/CT-BTTTT về việc thúc đẩy sử dụng địa chỉ Internet thế hệ mới IPv6, đánh dấu một mốc quan trọng trong quá trình triển khai IPv6 ở Việt Nam Đến ngày 06/01/2009, Bộ đã ban hành quyết định số 05/QĐ-BTTTT thành lập Ban Công Tác thúc đẩy phát triển IPv6 quốc gia (IPv6 Task Force) do Thứ Trưởng thường trực Lê Nam Thắng làm trưởng ban Theo đó, lộ trình chuyển đổi sang IPv6 được chia thành ba giai đoạn chính:

 Giai đoạn 1 (Từ 2011 - đến 2012): Giai đoạn chuẩn bị

 Đánh giá thực trạng và tính sẵn sàng của mạng lưới

 Đưa vào thử nghiệm mạng lưới IPv6 quốc gia

 Tổ chức truyền thông, trao đổi, học hỏi kinh nghiệm và đào tạo nguồn nhân lực để phát triển IPv6 tại Việt Nam

 Giai đoạn 2 (Từ 2013 - đến 2015): Giai đoạn khởi động

 Chuyển đổi mạng lưới từ IPv4 sang hỗ trợ đồng thời IPv4 và IPv6

 Xây dựng và hình thành mạng cơ sở hạ tầng IPv6 quốc gia

 Cung cấp dịch vụ IPv6 thử nghiệm tới người sử dụng

 Giai đoạn 3 (Từ 2016 - đến 2019): Giai đoạn chuyển đổi

 Hoàn thiện mạng lưới và dịch vụ IPv6, đảm bảo hoạt động ổn định với thế hệ địa chỉ IPv6

 Các tổ chức, doanh nghiệp chính thức sử dụng và cung cấp dịch vụ trên nền tảng công nghệ IPv6

Mục tiêu chung là đến trước năm 2020, mạng lưới và dịch vụ Internet của Việt Nam sẽ được chuyển đổi hoàn toàn và hoạt động một cách tin cậy, an toàn với địa chỉ IPv6 Tuy nhiên theo đánh giá chung của Cisco, Việt Nam mặc dù gặt hái được nhiều thành công trong bước đầu triển khai thế hệ địa chỉ IPv6 nhưng tốc độ phát triển mạng lưới vẫn còn chậm và số người sử dụng chưa đáng kể Vì vậy, chúng ta cần quyết tâm và đẩy mạnh hơn nữa để IPv6 thực sự phát triển trong tương lai

1.5 CÔNG NGHỆ MOBILE IP

1.5.1 Giới thiệu về Mobile IP

Ngày nay Internet đã trở nên quen thuộc với tất cả chúng ta Hàng nghìn người mỗi ngày vẫn đang sử dụng Internet để giải quyết công việc, trao đổi thông tin hoặc phục vụ nhu cầu giải trí Với sự bùng nổ của mạng lưới Internet toàn cầu, việc hỗ trợ khả năng di động cho các thiết bị sử dụng Internet là điều vô cùng quan trọng

Do đó, tổ chức IETF đã chuẩn hoá một giao thức hỗ trợ các thiết bị di động có tên

là Mobile IP Giao thức này đã được đề xuất và trình bày cụ thể trong tài liệu RFC

5944 (IP Mobility Support for IPv4, Revised) và RFC 6275 (Mobility Support in IPv6), các phiên bản RFC tương ứng đã được sử dụng trước đó là 3344 và 3775 Giao thức Mobile IP được xây dựng trên nền tảng của giao thức TCP/IP nhằm mục đích cho phép các thiết bị di động luôn duy trì được kết nối hiện thời trong suốt quá trình sử dụng mà không quan tâm đến vị trí hiện tại của thiết bị Mobile IP được sử dụng và phát triển với nhiều dạng khác nhau: Mobile IPv4, Mobile IPv6, Fast Handovers Mobile IPv6 (FMIPv6), Hierarchical Mobile IPv6 (HMIPv6) Trong đó, Mobile IPv6 giao thức là mở rộng của giao thức IPv6 hỗ trợ di động và được tích hợp sẵn trong gói tin IPv6 bằng cách sử dụng các header mở rộng Cùng với sự phát triển của mạng băng rộng, công nghệ Mobile IPv6 hứa hẹn sẽ đem lại nhiều tính năng và dịch vụ mới cho các thiết bị di động trong tương lai

1.5.2 Các thành phần của Mobile IPv6

Mạng IPv6

Correspondent Node

Mobile Node

CoA

Home

Address

Home Agent

Home

Link

Foreign Link

Hình 1.3 - Các thành phần của mạng Mobile IPv6

 Mobile Node (MN): nút di động có khả năng thay đổi vị trí khi truy cập vào

mạng, được biết đến như các loại cell phones, máy tính bảng, máy tính xách tay hoặc các thiết bị kỹ thuật số cá nhân PDAs (Personal Digital Assistant) Việc thay đổi vị trí có thể là kết quả của một chuyển động vật lý (thiết bị được gắn trên ô tô, tàu hỏa đang di chuyển) hoặc thay đổi cách thức liên kết (MN phát hiện các bộ định tuyến khác nhau xung quanh nó)

 Correspondent Node (CN): nút đối tác là một nút IPv6 đang trao đổi thông tin

với nút di động CN không phải là một thành phần của Mobile IPv6 nhưng được thêm vào để mô tả hoạt động của mạng IPv6 Nếu một nút đối tác là nút Mobile IPv6, nó có thể là một nút di động đã rời khỏi nhà

 Care of Address (CoA): địa chỉ tạm trú, là một địa chỉ được sử dụng bởi nút di

động khi nó được gắn với một liên kết ngoài Một nút di động có thể được phân bố nhiều địa chỉ tạm trú Tuy nhiên, chỉ duy nhất một địa chỉ tạm trú được đăng ký như là một địa chỉ CoA sơ cấp với đại diện thường trú của nút di động Sự kết hợp

giữa một địa chỉ thường trú với một địa chỉ tạm trú CoA của nút di động được gọi

là một binding CN và HA duy trì thông tin về các ràng buộc trong một bộ nhớ đệm gọi là binding cache

 Home Link: liên kết thường trú là một liên kết mà tiền tố mạng con thường trú

được phân bố sẵn, từ đó nút di động có thể lấy được địa chỉ thường trú của nó

 Home Agent (HA): đại diện thường trú nằm trên liên kết thường trú, thường là

các bộ bị định tuyến có vai trò thay thế khi MN di chuyển ra khỏi mạng thường trú Khi đó, HA sẽ tiếp nhận thông tin được gửi đến MN và chuyển tiếp thông tin đó đến địa chỉ mới của nút di động

 Home Address (HoA): địa chỉ thường trú là một địa chỉ được gắn cố định cho

nút di động trong liên kết thường trú và nhờ đó nút di động luôn có khả năng kết nối bất kể nó đang ở vị trí nào trong một mạng IPv6 Nếu nút di động rời khỏi mạng thường trú, các gói tin gửi đến địa chỉ thường trú của nút di động sẽ bị chặn lại bởi đại diện thường trú và được truyền qua đường hầm (tunnel) tới vị trí hiện tại của nút di động trong mạng IPv6 Vì nút di động luôn được gắn với địa chỉ thường trú nên nó luôn duy trì kết nối logic với liên kết thường trú

 Foreign Link: liên kết ngoài là các liên kết khác không phải liên kết thường trú

của nút di động

1.5.3 Các đặc tính nổi bật của Mobile IPv6 so với Mobile IPv4

Khả năng hỗ trợ tính di động trong Mobile IPv6 được kế thừa từ nền tảng của Mobile IPv4 kết hợp những ưu điểm của thế hệ địa chỉ IPv6 mới Tuy có nhiều điểm khá giống với Mobile IPv4 nhưng Mobile IPv6 được bổ sung rất nhiều đặc tính mới và được tích hợp hoàn toàn trong IPv6 Dưới đây là một số đặc tính nổi bật của Mobile IPv6:

a Vai trò của một đại diện tạm trú (Foreign Agent) trong Mobile IPv4 là sử dụng

cùng một địa chỉ cho nhiều nút di động nhằm làm giảm nguy cơ thiếu hụt địa chỉ IPv4 Nhưng với không gian địa chỉ rộng lớn của IPv6 thì trong Mobile IPv6 không

còn khái niệm Foreign Agent, một nút di động luôn được gán địa chỉ tạm trú CoA duy nhất trong phạm vi mạng toàn cầu Nút di động sử dụng địa chỉ CoA đó làm địa chỉ nguồn trong phần tiêu đề gói tin gửi đi

b Trong Mobile IPv6, hầu hết các gói tin được gửi đến nút di động bằng cách sử

dụng tiêu đề định tuyến trong gói tin IPv6 mà không sử dụng cách đóng gói một gói tin IP như trước kia Việc sử dụng tiêu đề định tuyến yêu cầu số byte ít hơn phải thêm vào trong phần tiêu đề của gói tin, do đó làm giảm được kích thước của gói tin Mobile IP

c Mỗi bản tin điều khiển trong Mobile IPv4 cần phải sử dụng những gói tin UDP

riêng biệt Trong khi đó, với việc sử dụng các tiêu đề mở rộng trong phiên bản IPv6 cho phép toàn bộ lưu lượng điều khiển của Mobile IPv6 đều được đặt trên những gói tin IPv6 có sẵn

d Các cơ chế đăng ký và tối ưu hóa đường đi trong Mobile IPv6 đã được tích hợp

vào trong cùng một giao thức Do đó, các quá trình định tuyến và xử lý gói tin được tiến hành trực tiếp giữa các nút di động, tránh được các vấn đề về định tuyến tam giác hay đi qua hai lần như trong Mobile IPv4

e Cơ chế phát hiện đại diện thường trú trong Mobile IPv4 sử dụng các gói tin

broadcast nên một nút di động luôn phải nhận phản hồi từ tất cả các HA đã đăng

ký Trong khi đó, Mobile IPv6 sử dụng các gói tin anycast có khả năng phát hiện một đại diện gần nhất giúp cho cơ chế phát hiện HA hiệu quả và đáng tin cậy hơn

CHƯƠNG 2:

GIAO THỨC MOBILE IPV6

2

2.1 CẤU TRÚC ĐỊA CHỈ IPV6

2.1.1 Không gian địa chỉ

Việc mở rộng không gian địa chỉ là một trong những lý do chính để phát triển thế hệ địa chỉ IPv6 Địa chỉ IPv6 có chiều dài 128 bit và cung cấp một số lượng địa chỉ khổng lồ, gần như là vô tận Một địa chỉ IPv6 thường có cấu trúc chung như sau (một số dạng địa chỉ IPv6 có thể không tuân theo cấu trúc này):

Tiền tố (n bit) (64 – n) bit Định danh giao diện (Interface ID)

 Bit định danh giao diện (Interface ID): gồm 64 bit định danh giao diện sử dụng các thuật toán ngẫu nhiên để đảm bảo địa chỉ định danh là tạm thời và thay đổi theo thời gian

2.1.2 Biểu diễn địa chỉ IPv6

Địa chỉ IPv6 được biểu diễn dưới dạng một dãy số thập lục phân (Hexa - Decimal) Người ta chia 128 bit thành 8 nhóm, mỗi nhóm lại được chia thành nhóm

4 bit, chuyển đổi từng nhóm 4 bit thành số hexa tương ứng Kết quả, một địa chỉ

IPv6 được biểu diễn dưới dạng dãy gồm 8 nhóm số hexa, được ngăn cách nhau bằng dấu “:” Trong một số trường hợp ta có cách biểu diễn khác gắn gọn hơn Quy tắc để biểu diễn một địa chỉ IPv6 như sau:

 Loại bỏ các chữ số (0) nằm trước trong mỗi nhóm octet

 Thay các nhóm liên tiếp có toàn số (0) bằng dấu “::”

 Dấu “::” chỉ được sử dụng một lần với một địa chỉ IPv6

2.1.3 Phân loại địa chỉ IPv6

Không gian địa chỉ IPv6 được phân thành nhiều loại địa chỉ khác nhau Khái niệm địa chỉ quảng bá Broadcast trong IPv4 không còn được sử dụng trong phiên bản IPv6 này Thay vào đó, theo cách thức các gói tin được gửi tới đích, IPv6 bao gồm 3 loại địa chỉ là: Unicast, Muticast và Anycast

a Địa chỉ đơn hướng (Unicast Address)

Địa chỉ unicast xác định một giao diện duy nhất trong một nút mạng IPv6 Một gói tin có đích đến là địa chỉ unicast thì gói tin đó sẽ được gửi đến một giao diện

mà địa chỉ đó xác định Địa chỉ unicast được sử dụng trong các giao tiếp đơn hướng một - một và các bộ định tuyến được chỉ rõ đích đến

Có nhiều loại địa chỉ unicast, bao gồm:

 Địa chỉ định danh toàn cầu (Global Unicast Address)

 Địa chỉ liên kết nội bộ (Link Local/ Site Local Address)

 Địa chỉ đặc biệt (Special Address)

 Địa chỉ tương thích (Compatibility Address)

b Địa chỉ đa hướng (Muticast Address)

Địa chỉ muticast xác định nhiều giao diện trong một nút mạng IPv6 Gói dữ liệu sẽ được gửi đến tất cả các giao diện mạng có cùng một địa chỉ muticast Địa chỉ muticast được sử dụng trong các giao tiếp đa hướng một - nhiều

Hình 2.2 - Cấu trúc địa chỉ IPv6 muticast

Chúng ta dễ dàng nhận thấy một địa chỉ muticast IPv6 vì chúng luôn bắt đầu bằng 8 bit prefix 1111 1111 (FF) 4 bit tiếp theo là các bit cờ, trong đó 3 bit đầu chưa dùng đến nên được gán bằng 0, bit cuối cùng là bit T (T = 0 là địa chỉ đã được IANA định nghĩa trước, T = 1 là địa chỉ dành cho người sử dụng và không được định nghĩa trước) Kế tiếp là 4 bit phạm vi dùng để giới hạn và xác định phạm vi vùng địa chỉ muticast

Bảng 2.1 - Phạm vi của địa chỉ IPv6 muticast

Bit nhị phân Giá trị Hexa Phạm vi (scope)

c Địa chỉ hướng bất kỳ (Anycast Address)

Địa chỉ anycast là một khái niệm mới trong phiên bản IPv6 Một địa chỉ anycast được gán cho nhiều thiết bị, xác định tập hợp nhiều giao diện mạng khác nhau Dựa vào các thủ tục định tuyến, gói dữ liệu sẽ được gửi đến một giao diện gần nhất có địa chỉ đích là địa chỉ anycast đã được xác định

1111 1111

(FF)

Cờ (Flags)

Phạm vi (Scope) 000000…………0 Định danh nhóm

(Group ID)

Về mặt cấu trúc, có thể nhận thấy địa chỉ anycast được sử dụng không khác gì

so với địa chỉ unicast Khi một địa chỉ unicast được gán đồng thời cho nhiều giao diện nó sẽ trở thành địa chỉ anycast Vì vậy khi cấu hình địa chỉ ta cần chỉ rõ đó là địa chỉ unicast hay anycast Hiện nay, địa chỉ anycast chỉ được dùng làm địa chỉ

đích cho các bộ định tuyến mà không được gán cho các host IPv6

Hình 2.3 - Mô tả đường đi của gói tin đến địa chỉ anycast

2.2 CẤU TRÚC DỮ LIỆU MOBILE IPV6

Các cấu trúc dữ liệu dưới đây là cần thiết để tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình xử lý của Mobile IPv6:

 Bộ nhớ đệm ràng buộc (Binding Cache)

 Danh sách cập nhật ràng buộc (Binding Update List)

 Danh sách đại diện thường trú (Home Agent List)

2.2.1 Binding Cache

Tất cả các nút IPv6 đều có một bộ nhớ đệm ràng buộc dùng để lưu giữ các thông tin ràng buộc trên nút di động đó Mối quan hệ giữa địa chỉ thường trú và địa chỉ tạm trú CoA của một nút di động hiện thời được gọi là một ràng buộc Bộ nhớ đệm ràng buộc duy trì thông tin ràng buộc hiện thời của một nút di động với một nút đối tác thông qua đại diện thường trú Trong mỗi binding cache thường bao gồm những thông tin sau:

Nguồn

Anycast đích

Anycast đích

Anycast đích

 Địa chỉ thường trú cho nút di động

 Địa chỉ tạm trú CoA cho nút di động

 Thời gian tồn tại của mỗi mục trong bộ nhớ đệm ràng buộc: thời gian này được lấy từ trường Lifetime của bản tin cập nhật ràng buộc mới nhất nhận được cho bộ nhớ đệm này

 Một cờ báo hiệu để kiểm tra xem bộ nhớ ràng buộc có phải là một đăng ký thường trú hay không Cờ này được thiết lập để chỉ cho một bộ nhớ ràng buộc duy nhất ở trên các đại diện thường trú

 Thời gian mà các yêu cầu ràng buộc mới nhất đã được gửi

Bảng 2.2 - Bộ nhớ Binding Cache Mobile IPv6

Home Address Care of Address (CoA) Lifetime Home

Agent 3ffe:2101:0:b00:10 2001:2101:0:a00:260:97ff:fe8b:4c56 120 Yes 3ffe:2101:0:b00:15 2001:2101:0:b00:a00:6aff:fe2b:137c 43 No Mỗi binding cache chứa đựng các thành phần thông tin quan trọng trong hoạt động của Mobile IPv6 Trong mọi trường hợp, các thông tin trong bộ nhớ đệm ràng buộc luôn được ưu tiên hơn các thông tin trong bộ nhớ đích

Với một thiết bị di động khi rời khỏi mạng thường trú, các gói tin sẽ được gửi đến địa chỉ thường trú của nút di động thông qua địa chỉ tạm trú Trường địa chỉ thường trú trong bộ nhớ đệm ràng buộc sẽ được tìm kiếm và đối chiếu, nếu không tìm thấy địa chỉ thường trú phù hợp thì gói tin sẽ được truyền dẫn theo bảng định tuyến IPv6 thông thường Tuy nhiên, nếu có địa chỉ thường trú phù hợp được tìm thấy thì các gói tin sẽ được đóng gói trước khi truyền dẫn và tái định hướng đến địa chỉ tạm trú CoA trong binding cache

Trong một vài trường hợp, thông tin trong bộ nhớ đệm ràng buộc có thể đưa ra quyền ưu tiên dựa trên thông tin trong bộ nhớ đệm lân cận Nếu các gói tin được gửi trực tiếp đến địa chỉ thường trú trong khi nút di động đã rời khỏi nhà thì đại