đồ án :CÁC CƠ CHẾ CHUYỂN DỊCH VÀ BẢO MẬT TỪ IPv4 SANG IPv6

Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông
Khoa Viễn thông I
o0o
Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
o0o
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Họ và tên: Phạm Văn Nhuận
Lớp: Đ2004VT1
Khoá: 2004-2008
Tên đề tài:
CÁC CƠ CHẾ CHUYỂN DỊCH VÀ BẢO MẬT TỪ
IPv4 SANG IPv6
Nội dung đồ án:
• Sự cần thiết phải chuyển đổi sang IPv6
• Các cơ chế chuyển dịch từ IPv4 sang IPv6
• Vấn đề bảo mật trong quá trình chuyển sang IPv6
Ngày giao đề tài: 28/7/2008
Ngày nộp đồ án: 17/10/2008
Ngày tháng năm 2008
Giáo viên hướng dẫn
TS Dư Đình Viên

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
ACL Access Control List Danh sách điều khiển truy nhập
AH Authentication Header Nhận thực tiêu đề
ALG Application Layer Gateway Cổng lớp ứng dụng

API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng
BIA Bump In the Application Đệm trong ứng dụng
BIS Bump In the Stack Đệm trong ngăn xếp
CPU Central Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm
DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình máy tự động
DNS Domain Name System Hệ thống phân giải tên miền
DoD Department of Defense Bộ quốc phòng Hoa Kỳ
DoS Denial of Service Từ chối dịch vụ
DSL Digital Subscrible Line Đường dây thuê bao số
ESP Encapsulating Security Payload Đóng gói tải tin an toàn
FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tải tệp
IANA Internet Assigned Number Authority Tổ chức cấp phát số hiệu internet
ICMP Internet Control Message Protocol
Giao thức bản tin điều khiển
internet
IETF Internet Enginering Task Force Nhóm đặc trách kỹ thuật internet
IKE Internet Key Exchange Trao đổi khóa internet
IP Internet Protocol Giao thức internet
IPSec IP Security Bảo mật IP
IPTV Internet Protocol Television Truyền hình IP
ISATAP
Intrasite Automatic Tunnel
Addressing Protocol
Giao thức đánh địa chỉ đường hầm
tự động bên trong
ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ internet
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường
NAT
Network Address Translator

Thiết bị biên dịch địa chỉ mạng
NAT-PT
Network Address Translation-
Protocol Translation
Biên dịch địa chỉ mạng-Biên dịch
giao thức
NBMA Non Broadcast Multiple Access Đa truy nhập không quảng bá
ND Neighbour Discovery Dò tìm hàng xóm
PDA Personal Digital Assistant Thiết bị hỗ trợ số cá nhân
PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức
PSD Packet Switched Data Dữ liệu chuyển mạch gói
RFC Request for Comment Yêu cầu bình luận
RIR Regional Internet Registry Tổ chức quản lý internet cấp vùng
SA Security Association Thỏa hiệp bảo mật
SIIT
Stateless IP/ICMP Translation
Algorithm
Thuật toán biên dịch IP/ICMP
không trạng thái
SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên
SOHO Small Office/Home Office Văn phòng nhỏ/ Văn phòng tại nhà
SPI Security Parameter Index Chỉ số bảo mật
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn
TRT Transport Relay Translator
Biên dịch chuyển tiếp lớp truyền
dẫn
UDP User Datagram Protocol Giao thức dữ liệu người dùng
VLAN Virtual Local Area Network Mạng LAN ảo
VNPT
Vietnam Posts and

Telecommunications
Tập đoàn bưu chính viễn thông
Việt Nam
VoIP Voice Over IP Thoại qua IP
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
LỜI NÓI ĐẦU
Địa chỉ IPv4 đã đồng hành với việc phát triển như vũ bão của hoạt động
Internet trong hơn hai thập kỷ vừa qua. Song nguồn tài nguyên IPv4 sắp cạn kiệt
trước tốc độ tiêu thụ quá nhanh của toàn cầu trước nhu cầu phát triển không ngừng
các dịch vụ mới. Bên cạnh nguy cơ cạn kiệt nguồn IPv4, xu hướng hội nhập mạng
viễn thông và internet với khái niệm mạng thế hệ mới NGN đã khiến IPv4 bộc lộ
một số hạn chế trong cấu trúc thiết kế, khiến những nhà nghiên cứu, những tổ chức
tiêu chuẩn hóa chịu trách nhiệm về hoạt động mạng toàn cầu nhận thấy cần có sự
phát triển lên một tầm cao hơn của giao thức internet. Thủ tục IPv6 phát triển khi
IPv4 đã được sử dụng rộng rãi, mạng lưới IPv4 internet hoàn thiện, hoạt động tốt.
Trong quá trình triển khai thế hệ địa chỉ IPv6 trên mạng internet, không thể có một
thời điểm nhất định mà tại đó, địa chỉ IPv4 được hủy bỏ, thay thế hoàn toàn bởi thế
hệ địa chỉ mới IPv6. Hai thế hệ mạng IPv4, IPv6 sẽ cùng tồn tại trong một thời gian
rất dài. Trong quá trình phát triển, các kết nối IPv6 sẽ tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có
của IPv4. Đồ án sẽ phân tích kỹ các vấn đề liên quan đến quá trình chuyển dịch từ
IPv4 sang IPv6. Nội dung đồ án bao gồm các phần sau:
Chương 1: Trình bày sự cần thiết phải chuyển đổi sang IPv6. Trong chương
này sẽ trình bày về sự cạn kiệt tài nguyên IPv4 và các hạn chế của nó. Đồng thời
trình bày các đặc điểm và lợi ích của việc chuyển đổi sang IPv6.
Chương 2: Trình bày các cơ chế chuyển dịch từ IPv4 sang IPv6. Trong
chương này sẽ trình bày về ngăn xếp kép, biên dịch và cơ chế đường hầm
Chương 3: Trình bày về cơ chế bảo mật khi chuyển sang IPv6. Tập trung vào
bảo mật trong cơ chế đường hầm 6to4 và sử dụng IPSec hỗ trợ cho bảo mật.
Chương 4: Trình bày về hoạt động triển khai IP6 trên toàn cầu.
Trong quá trình hoàn thành đồ án em chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình

của các thầy cô giáo trong bộ môn chuyển mạch - khoa Viễn Thông I và đặc biệt là
sự nhiệt tình của thầy giáo trực tiếp hướng dẫn – TS Dư Đình Viên và các thầy cô
trong Khoa Viễn thông I.
Mặc dù có nhiều cố gắng nhưng do sự hạn chế về trình độ và sự bỡ ngỡ khi
tiếp xúc với những công nghệ mới nên đề tài chắc chắn không tránh khỏi những
thiếu sót rất mong sự phê bình, đóng góp ý kiến chân thành của thầy cô và các bạn.
CHƯƠNG I: SỰ CẦN THIẾT PHẢI CHUYỂN ĐỔI SANG IPv6
1.1. Sự hạn chế của địa chỉ IPv4
1.1.1. Sự cạn kiệt của địa chỉ IPv4
Những thập kỷ vừa qua, do tốc độ phát triển mạnh mẽ của internet, không
gian địa chỉ IPv4 đã được sử dụng trên 60%. Những tổ chức quản lý địa chỉ quốc tế
đặt mục tiêu “sử dụng hiệu quả” lên hàng đầu. Những công nghệ góp phần giảm
nhu cầu địa chỉ IP như NAT (công nghệ biên dịch để có thể sử dụng địa chỉ IP
private), DHCP (cấp địa chỉ tạm thời) được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, hiện nay,
nhu cầu địa chỉ tăng rất lớn:
+ Internet phát triển tại những khu vực dân cư đông đảo như Trung Quốc, Ấn
Độ.
+ Những dạng dịch vụ mới đòi hỏi không gian địa chỉ IP cố định (tỉ lệ sử dụng
địa chỉ/khách hàng là 1:1) và kết nối dạng đầu cuối – đầu cuối: dịch vụ DSL, cung
cấp dịch vụ Internet qua đường cáp truyền hình, việc phát triển các mạng giáo dục,
game trực tuyến, thiết bị di động tham gia vào mạng Internet, truyền tải thoại,
audio, video trên mạng…
Bảng 1.1: Số lượng địa chỉ IPv4 tiêu thụ trên toàn cầu.
Thời điểm không gian địa chỉ IPv4 cạn kiệt hiện đang là một vấn đề chưa
thống nhất và gây nhiều tranh cãi. Tháng 10/2003, BBC và một số hãng thông tấn
đăng những bản tin phân tích rằng IPv4 sẽ chính thức cạn kiệt vào năm 2005. Ngay
sau đó, các tổ chức quản lý địa chỉ cấp vùng RIR (Regional Internet Registry) đã có
những phản ứng, đưa ra những bài phân tích tính chưa chính xác của thông tin này
và khẳng định RIR sẽ còn đủ tài nguyên để tiếp tục cấp phát với tốc độ như hiện
nay trong vòng 20 năm nữa, dựa trên những số liệu thống kê về địa chỉ IPv4 còn lại

thời điểm đó và số lượng tiền tố địa chỉ được quảng bá trên bảng thông tin định
tuyến toàn cầu. Theo đó, Internet toàn cầu còn lại 91 khối địa chỉ /8. Trong khi đó
tốc độ phân bổ địa chỉ của RIR là 4,25 khối /8 năm 2002 và 5,5 khối /8 năm 2003.
Tuy nhiên, với tốc độ tăng vọt về không gian địa chỉ các RIR phân bổ trong năm
2004, đặc biệt cho các dịch vụ DSL và modem cáp, kết luận các RIR đưa ra lại trở
nên không còn chính xác. Khoảng thời gian các RIR có thể phân bổ không gian địa
chỉ IPv4 cho cộng đồng Internet toàn cầu sẽ ngắn hơn 20 năm rất nhiều.
1.1.2. Hạn chế về công nghệ và nhược điểm của IPv4
Thế hệ địa chỉ IPv4 có những hạn chế thấy rõ sau:
 Cấu trúc định tuyến không hiệu quả
Địa chỉ IPv4 có cấu trúc định tuyến vừa phân cấp, vừa không phân cấp. Mỗi
router phải duy trì bảng thông tin định tuyến lớn, đòi hỏi router phải có dung lượng
bộ nhớ lớn. IPv4 cũng yêu cầu router phải can thiệp xử lý nhiều đối với gói tin
IPv4, ví dụ thực hiện phân mảnh, điều này tiêu tốn CPU của router và ảnh hưởng
đến hiệu quả xử lý (gây trễ, hỏng gói tin).
 Hạn chế về tính bảo mật và kết nối đầu cuối – đầu cuối
Trong cấu trúc thiết kế của địa chỉ IPv4 không có cách thức bảo mật nào đi
kèm. IPv4 không cung cấp phương tiện hỗ trợ mã hóa dữ liệu. Kết quả là hiện nay,
bảo mật ở mức ứng dụng được sử dụng phổ biến, không bảo mật lưu lượng truyền
tải giữa các host. Nếu áp dụng IPSec là một phương thức bảo mật phổ biến tại tầng
IP, mô hình bảo mật chủ yếu là bảo mật lưu lượng giữa các mạng, việc bảo mật lưu
lượng đầu cuối – đầu cuối được sử dụng rất hạn chế.
Để giảm nhu cầu tiêu dùng địa chỉ, hoạt động mạng IPv4 sử dụng phổ biến
công nghệ biên dịch NAT (Network Address Translator). Trong đó, máy chủ biên
dịch địa chỉ (NAT) can thiệp vào gói tin truyền tải và thay thế trường địa chỉ để các
máy tính gắn địa chỉ private có thể kết nối vào mạng internet (hình 1.1).
Hình 1.1: Mô hình thực hiện NAT của địa chỉ IPv4.
Mô hình sử dụng NAT của địa chỉ IPv4 có nhiều nhược điểm:
+ Không có kết nối điểm – điểm và gây trễ: Làm khó khăn và ảnh hưởng tới
nhiều dạng dịch vụ (VPN, dịch vụ thời gian thực). Thậm chí đối với nhiều dạng

dịch vụ cần xác thực port nguồn/ đích, sử dụng NAT là không thể được. Trong khi
đó, các ứng dụng mới hiện nay, đặc biệt các ứng dụng client-server ngày càng đòi
hỏi kết nối trực tiếp end-to-end.
+ Việc gói tin không được giữ nguyên tình trạng từ nguồn tới đích, có những
điểm trên đường truyền tải tại đó gói tin bị can thiệp, như vậy tồn tại những lỗ hổng
về bảo mật.
Nguy cơ thiếu hụt không gian địa chỉ, cùng những hạn chế của IPv4 thúc đẩy
sự đầu tư nghiên cứu một giao thức internet mới, khắc phục những hạn chế của
giao thức IPv4 và đem lại những đặc tính mới cần thiết cho dịch vụ và cho hoạt
động mạng thế hệ tiếp theo. Giao thức Internet IETF đã đưa ra, quyết định thúc đẩy
thay thế cho IPv4 là IPv6 (Internet Protocol Version 6), giao thức Internet phiên
bản 6, còn được gọi là giao thức IP thế hệ mới (IP Next Generation – IPng). Địa chỉ
Internet phiên bản 6 có chiều dài gấp 4 lần chiều dài địa chỉ IPv4, bao gồm 128 bít.
1.2. Các đặc tính của IPv6
1.2.1. Giới thiệu chung
Giao thức internet được thiết kế vào những năm 1970 để kết nối các máy tính
trong các khu vực địa lý riêng rẽ nhau. Các máy tính trong một khu liên hợp được
kết nối vào trong các mạng nội hạt, nhưng các mạng cục bộ này về bản chất là nằm
riêng rẽ như các ốc đảo. Internet xuất hiện đã thực hiện kết nối giữa những mạng
nội hạt này với nhau. Vào thời điểm ban đầu giao thức internet được quân đội sử
dụng, nhưng các máy tính ở các trường đại học và các công ty đã nhanh chóng
được bổ sung thêm vào. Internet như một mạng thông tin toàn cầu là kết quả của
ứng dụng thực tế của IP, kết nối một tập hợp lớn các mạng thông tin. Khởi đầu từ
những năm 1990, các nhà phát triển đã hiện thực hóa được rằng truyền thông trong
thế kỷ 21 bao gồm một giao thức với các đặc tính mới và các tính năng duy trì các
đặc tính hữu ích của giao thức tồn tại.
Mặc dù truyền thông mức liên kết nói chung không yêu cầu xác định nút (định
địa chỉ) bởi vì thiết bị mạng về bản chất là đã xác định với địa chỉ mức liên kết,
truyền thông qua một nhóm liên kết (một mạng) yêu cầu duy nhất một địa chỉ
mạng. Địa chỉ IP là một xác nhận được gán vào mỗi thiết bị được kết nối tới mạng

IP. Trong cài đặt này, các phần tử khác nhau trong mạng (các máy chủ, bộ định
tuyến, các máy tính của người dùng,…) giao tiếp với nhau sử dụng địa chỉ IP của
chúng như một thực thể xác định. Trong phiên bản 4 của IP, địa chỉ bao gồm 4
octet. Để dễ dàng trong giao tiếp giữa người và máy, địa chỉ IP được phân tách theo
chu kỳ, ví dụ như 166.74.110.83, với các số thập phân tương ứng với mã nhị phân
của mỗi octet trong địa chỉ (mỗi 8 bit trong octet lấy giá trị trong dải từ 0 đến 255).
Bởi vì địa chỉ IP có 32 bit, nên theo danh nghĩa sẽ có 2
32
địa chỉ IP khác nhau
(khoảng 4 tỷ nút nếu tất cả các kết nối được sử dụng).
IPv6 trong giao thức thế hệ kế tiếp của internet còn được gọi là IPng (Interet
thế hệ kế tiếp). IETF đã phát triển các đặc tính cơ bản trong suốt nhưng năm 1990
để hỗ trợ việc di chuyển sang một môi trường mới.
1.2.2. Các lợi ích của IPv6
IPv4 đã chứng minh, trong suốt chiều dài của nó, một sự linh hoạt và sức
mạnh trong các cơ cấu hoạt động của mạng lưới. Tuy nhiên, IPv4 đang bắt đầu biểu
hiện các hạn chế, không chỉ trong khía cạnh sự tăng lên của các nhu cầu về không
gian địa chỉ do sự tăng trưởng dân số ở các nước đặc biệt là Trung Quốc hay Ấn Độ
và các công nghệ mới với các thiết bị luôn luôn kết nối (DSL, PDA, các điện thoại
di động 2.5/3G,…) mà còn liên quan đến sự phát triển của VoIP. IPv6 tạo ra một
định dạng địa chỉ mới sao cho số các địa chỉ IP không bị cạn kiệt trong vài thập kỷ
tới thậm chí toàn bộ các mẫu thiết bị mới đều được kết nối Internet.
IPv6 cũng bổ sung các cải thiện trong các khu vực như định tuyến hay tự động
cấu hình mạng. Đặc biệt một thiết bị mạng mới mà kết nối tới Internet sẽ là các
thiết bị cắm-và-chạy (plug-and-play). Với IPv6 nó không yêu cầu cấu hình động
các địa chỉ IP nội hạt, địa chỉ cổng (gateway), mặt nạ mạng con (subnetwork mask)
và bất cứ một tham số nào khác. Thiết bị khi được cắm vào trong mạng tự động thu
được tất cả các yêu cầu về dữ liệu cần cấu hình.
Các ưu điểm của IPv6 có thể được tóm tắt như sau:
+ Tính mở rộng: IPv6 có 128 bit địa chỉ nhiều hơn rất nhiều so với 32 bit của

địa chỉ IPv4 theo lý thuyết có số địa chỉ khả dụng 2
32
~ 10
10
. IPv6 có không gian địa
chỉ là 2
128
~ 10
39
lớn hơn rất nhiều so với không gian địa chỉ của IPv4.
+ Tính bảo mật: IPv6 bao gồm các đặc tính bảo mật như mật mã hóa tải mạng
và nhận thực của nguồn trong truyền thông.
+ Các ứng dụng thời gian thực: Để cung cấp tốt hơn việc hỗ trợ cho lưu lượng
thời gian thực (như VoIP), IPv6 có chứa “các luồng được gán nhãn” trong các chi
tiết kỹ thuật của nó. Tức là, các router có thể nhận ra luồng đầu cuối-tới-đầu cuối
mà các gói được truyền đi.
+ Plug-and-Play: IPv6 có chứa một cơ chế gọi là cắm-và-chạy tạo điều kiện
cho việc kết nối các thiết bị trong mạng. Việc cấu hình diễn ra hoàn toàn tự động.
+ Tính di động: IPv6 có chứa các cơ chế có hỗ trợ khả năng di động với hiệu
quả cao, đặc biệt quan trọng cho các mạng di động.
+ Giao thức được tối ưu hóa: IPv6 kế thừa những đặc tính IPv4 tốt nhất và
loại bỏ các đặc tính IPv4 vô ích không được sử dụng. Kết quả là giao thức internet
được tối ưu hóa.
+ Định địa chỉ và định tuyến: IPv6 được cải thiện trong phương pháp đánh địa
chỉ và phân cấp định tuyến.
+ Tính mở rộng: IPv6 được thiết kế có tính năng mở rộng và hỗ trợ nhiều tùy
chọn mới giúp khả năng mở rộng mạng tốt hơn.
1.2.3. Không gian địa chỉ IPv6
Định dạng địa chỉ IPv6 được mô tả trong RFC2373. Một địa chỉ IPv6 bao
gồm 128 bit lớn hơn nhiều so với 32 bit của địa chỉ IPv4. Số các bit tương ứng với

không gian địa chỉ như sau:
Bảng 1.2: Không gian địa chỉ của IPv4 và IPv6.
Không gian địa chỉ lớn của IPv6 được thiết kế chia vào các vùng định tuyến
phân cấp phản ánh topo mạng internet hiện nay. Sử dụng 128 bit cho phép cung cấp
nhiều mức phân cấp và sự mềm dẻo trong thiết kế địa chỉ phân cấp và định tuyến.
Mạng internet hiện tại thiếu đi sự mềm dẻo này.
Địa chỉ IPv6 được trình bày thành 8 nhóm 16 bit, được phân tách bởi ký tự
“:”. Mỗi nhóm 16 bit này được trình bày bởi 4 sẽ hệ hexa mà mỗi số có giá trị từ 0
tới F. Ví dụ về một địa chỉ IPv6:
3223:0BA0:01E0:D001:0000:0000:D0F0:0010
Nếu một hoặc nhiều nhóm gồm toàn 0000, thì chúng có thể được loại bỏ và
thay thế bằng ký hiệu “::”. Ví dụ:
3223:0BA0::
được viết tắt từ địa chỉ sau:
3223:0BA0:0000:0000:0000:0000:0000:0000
Tương tự, địa chỉ
3223:0BA::1234
được viết tắt từ địa chỉ sau:
3223:0BA0:0000:0000:0000:0000:0000:1234
Có một phương pháp thiết kế các nhóm của địa chỉ IP hay các mạng con mà
dựa trên cách xác định số bit tạo ra mạng con đó, bắt đầu từ trái sang phải, dùng
các bít còn lại để gán vào các thiết bị trong mạng. Ví dụ, ký hiệu:
3223:0BA0:01A0::/48
chỉ định rằng phần địa chỉ IP dùng dành cho mạng con bao gồm 48 bít. Bởi vì
mỗi ký tự hexa có 4 bít, nên ta có 12 ký tự hexa là 3223:0BA0:01A0. Các ký tự còn
lại của địa chỉ IP sẽ được dùng để biểu diễn các nút trong mạng.
Có một số các địa chỉ IPv6 đặc biệt:
+ Địa chỉ tự trả về hay địa chỉ loopback ảo: Địa chỉ này được xác định như
trong IPv4 là địa chỉ 127.0.0.1. Trong IPv6, địa chỉ này được trình bày là ::1.
+ Địa chỉ không chỉ rõ (::): Địa chỉ này không được cấp phát cho bất cứ nút

nào. Bởi vì nó được dùng để chỉ định phần thiếu của một địa chỉ.
+ Địa chỉ IPv6 qua IPv4 động/đường hầm tự động: Những địa chỉ này được
thiết kế như địa chỉ IPv6 tuơng thích địa chỉ IPv4 và cho phép gửi lưu lượng IPv6
qua các mạng IPv4 một cách trong suốt. Ví dụ, ::155.55.23.5.
+ Các địa chi IPv4 qua IPv6 tự động. Những địa chỉ này cho phép các nút
mạng chỉ sử dụng địa chỉ IPv4 vẫn làm việc với các mạng IPv6. Chúng được thiết
kế như các địa chi IPv6 được ánh xạ từ địa chỉ IPv4 và được trình bày là ::FFFF:, ví
dụ như ::FFFF:155.55.43.3.
1.2.4. Các loại địa chỉ IPv6
1.2.4.1. Vấn đề đánh địa chỉ
Mỗi địa chỉ IPv6 được định nghĩa một phạm vi ảnh hưởng. Bảng 1.3 trình bày
về địa chỉ và phạm vi ảnh hưởng. Khả năng ảnh hưởng của các địa chỉ node-local là
trong cùng một nút; của các địa chỉ link-local là trong phạm vi liên kết nội bộ; của
các địa chỉ site-local là trong mạng intranet riêng và của các địa chỉ toàn cầu là
mạng internet được phép sử dụng IPv6. Các giao diện IPv6 có thể có nhiều địa chỉ
có phạm vi ảnh hưởng khác nhau. Ví dụ, một nút có thể có một địa chỉ link-local,
địa chỉ site-local và địa chỉ toàn cầu.
Bảng 1.3: Địa chỉ IPv6 và phạm vi ảnh hưởng.
Tương tự như không gian địa chỉ IPv4, không gian địa chỉ IPv6 được phân
chia theo giá trị của các bit mức cao (tiền tố định dạng) trong địa chỉ. Bảng 1.4 mô
tả cấp phát không gian địa chỉ bởi các tiền tố định dạng. Tập các địa chỉ unicast có
thể được sử dụng bởi các các nút IPv6 bao gồm địa chỉ unicast định danh toàn cầu,
địa chỉ unicast link-local và địa chỉ unicast site-local (những địa chỉ này chứa
khoảng 12.6% toàn bộ không gian địa chỉ vào khoảng 3.4x10
37
). Tiền tố là phần địa
chỉ được gắn các bit với giá trị cố định hay các bít nhận dạng phần mạng.
Bảng 1.4: Cấp phát không gian địa chỉ IPv6.
1.2.4.1. Địa chỉ IPv6 unicast
Một địa chỉ IPv6 xác định một giao diện đơn trong phạm vi của loại địa chỉ

unicast. Đây có thể là một máy cầm tay VoIP trong môi trường VoIPv6, một máy
tính cá nhân trong một mạng LAN… Tận dụng một topo định tuyến unicast, các
đơn vị dữ liệu giao thức (PDU) được đánh một địa chỉ unicast được dẫn xuất từ
một giao diện đơn.
Hình 1.2: Truyền gói tin unicast
Địa chỉ unicast được chia thành các loại sau:
+ Địa chỉ unicast định danh toàn cầu.
+ Địa chỉ link-local.
+ Địa chỉ site-local.
+ Các địa chỉ đặc biệt.
+ Các địa chỉ tương thích.
1.2.4.1.1. Địa chỉ unicast định danh toàn cầu
Mạng internet dựa trên IPv6 được thiết kế để hỗ trợ có hiệu quả lược đồ địa
chỉ phân cấp và định tuyến (điều này đối ngược với mạng internet dựa trên IPv4, có
sự pha trộn giữa định tuyến phân cấp và phẳng). Địa chỉ unicast định danh toàn cầu
có khả năng định tuyến toàn bộ phần IPv6 của mạng internet IPv6. Địa chỉ unicast
định danh toàn cầu là duy nhất trong toàn bộ mạng IPv6. Như trong bảng 1.4 địa
chỉ unicast định danh toàn cầu được xác định bằng tiền tố 001. Loại địa chỉ này có
thể được dùng để tạo kết nối internet qua điện thoại VoIP từ bất cứ điểm nào.
Hình 1.3 trình bày làm thế nào các trường trong địa chỉ unicast định danh toàn
cầu tạo ra cấu trúc topo ba mức với địa chỉ duy nhất trên toàn cầu. 48 bit đầu bao
gồm 3 bit tiền tố định dạng, trường TLA ID gồm 13 bit tiếp theo, 8 bit tiếp theo
được dành riêng và 24 bit còn lại được dùng cho trường NLA ID. Sự kết nối này
tạo ra hai mức kết nối đầu tiên. 16 bit tiếp theo trong topo dành cho trường SLA ID
bởi công ty hay tổ chức để xác định các mạng con trong vùng (intranet); các tổ
chức có thể dùng 16 bit trong khu vực của nó để tạo ra 65536 subnet hoặc nhiều
mức của lược đồ địa chỉ phân cấp có thể tạo điều kiện cho việc xử lý định tuyến.
(chú ý rằng với không gian địa chỉ 2 octet cho các mạng con, một tiền tố unicast
định danh toàn cầu được cấp cho một công ty tương đương với việc cấp cho công
ty đó một mạng IPv4 lớp A. Hơn nữa, cấu trúc mạng của khách hàng không hiển

thị tới nhà cung cấp dịch vụ (ISP)). Cuối cùng các cổng nằm trên giao diện của một
nút nằm trên một mạng con xác định.
Các địa chỉ loại này có thể được nhóm vào để cung cấp một cơ sở hạ tầng định
tuyến hiệu quả.
Hìn
h
1.3
:
Địa
chỉ
uni
cas
t
1.2.4.1.2. Địa chỉ unicast link-local
Các địa chỉ link-local được sử dụng bởi các nút khi giao tiếp với các nút hàng
xóm trên cùng liên kết. Ví dụ các địa chỉ link-local được dùng giao tiếp giữa các
host trên liên kết của mạng IPv6 liên kết đơn mà không có sự can thiệp/sự sử dụng
của một router (như trong một phân đoạn LAN, VLAN, …). Loại địa chỉ này có thể
được dùng cho những người trong cùng công ty sử dụng điện thoại VoIP qua kết
nối LAN.
Phạm vi của địa chỉ link-local là kết nối nội bộ (trong một LAN hay VLAN).
Một router IPv6 không chuyển tiếp lưu lượng link-local ra ngoài. Một địa chỉ link-
local được yêu cầu cho các tiến trình dò tìm hàng xóm (ND) và luôn được tự động
cấu hình thậm chí cả khi không có sự có mặt của các địa chỉ unicast khác. Như
trong bảng 1.4, các địa chỉ link-local được xác định bằng tiền tố nhận dạng là 1111
1110 10. Địa chỉ này bắt đầu bằng FE (ví dụ, 1111 1110 1000 là 0xFE8, 1111 1110
1001 là 0xFE9). Với nhận dạng giao diện 64 bit tiền tố địa chỉ link-local luôn được
quy ước là FE80::/64.
1.2.4.1.3. Địa chỉ unicast site-local
Các địa chỉ site-local được sử dụng giữa các nút mà giao tiếp với các nút khác

trong cùng một khu vực (tổ chức). Phạm vi của các địa chỉ site-local là khu vực nội
bộ của tổ chức. Loại địa chỉ này có thể được sử dụng cho những người cùng công
ty sử dụng điện thoại VoIP qua các kết nối intranet, những người đồng nghiệp ở hai
chi nhánh của công ty ở hai thành phố.
Như trình bày trong bảng 1.4, các địa chỉ site-local được xác định bởi các tiền
tố định dạng là 1111 1110 11 (chúng tương đương với các địa chỉ IPv4 riêng như
10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 và 192.168.0.0/16). Do đó, nếu có các mạng intranet
riêng mà không có kết nối được định tuyến trực tiếp tới mạng Internet IPv6, chúng
có thể sử dụng các địa chỉ site-local mà không xung đột với địa chỉ địa chỉ unicast
định danh toàn cầu. Điều này là do các địa chỉ site-local không thể sử dụng để giao
tiếp với các khu vực (các tổ chức) khác và các router không thể chuyển tiếp lưu
lượng ra bên ngoài nó. Không giống như các địa chỉ link-local, các địa chỉ site-
local không tự động được cấu hình mà phải được cấp phát thông qua tiến trình cấu
hình địa chỉ không trạng thái.
1.2.3.1.4. Địa chỉ unicast không xác định
Địa chỉ không xác định 0:0:0:0:0:0:0:0 chỉ định sự vắng mặt của một địa chỉ
và điển hình được dùng như địa chỉ nguồn của các PDU mà đang cố gắng xác minh
tính duy nhất của một địa chỉ tạm thời. Nó tương đương với địa chỉ không xác định
0.0.0.0 trong IPv4. Địa chỉ không xác định không bao giờ được gán cho một giao
diện hoặc dùng như là địa chỉ đích.
1.2.4.1.5. Địa chỉ unicast loopback
Địa chỉ loopback 0:0:0:0:0:0:0:1 hay ::1 xác định một giao diện loopback, cho
phép một nút gửi các PDU tới chính nó. Nó tương đương với địa chỉ loopback của
IPv4 là 127.0.0.1. Các PDU được đánh địa chỉ loopback không bao giờ được gửi
tới một liên kết hoặc được chuyển tiếp tới router IPv6.
1.2.4.1.6. Địa chỉ unicast tương thích
IPv6 cung cấp loại địa chỉ 6to4 để tạo điều kiện cho các môi trường cùng tồn
tại từ IPv4 tới IPv6 và di chuyển từ IPv4 sang môi trường IPv6. Địa chỉ 6to4 này
được dùng để giao tiếp giữa hai nút hoạt động đồng thời cả hai ngăn xếp IPv4 và
IPv6 thông qua cơ sở hạ tầng định tuyến IPv4. Địa chỉ 6to4 này được cấu thành bởi

tiền tố 2002::/16 cùng với 32bit của địa chỉ IPv4 public của nút và 48 bit tiền tố.
1.2.4.2. Địa chỉ IPv6 multicast
Một đặc tính hữu dụng được hỗ trợ trong IPv6 là khả năng multicast. Sử dụng
multicast trong các mạng IP được định nghĩa trong RFC1112, mô tả các địa chỉ và
máy trạm mở rộng phương cách các máy trạm IP hỗ trợ multicast-các khái niệm
ban đầu được phát triển cho IPv4 cũng được sử dụng trong IPv6. Ngoài sự đa dạng
của chức năng lớp giao thức được hỗ trợ bởi multicast, nó cũng có thể dùng cơ chế
này để hỗ trợ chức năng VoIP/IPTV (TV trên nền IP). Lưu lượng multicast được
biết bởi sự tận dụng một địa chỉ đích đơn trong tiêu để IPv6 nhưng gói IPv6 được
nhận và được xử lý bởi nhiều máy trạm. Các máy trạm và các thiết bị lắng nghe
trên một địa chỉ multicast xác định bao gồm một nhóm multicast. Những thiết bị
này nhận và xử lý lưu lượng đã gửi tới địa chỉ nhóm. Như trình bày trong bảng 1.4,
các địa chỉ IPv6 multicast có tiền tố là 1111 1111, tức là nó luôn được bắt đầu bằng
0xFF.
Thành viên trong nhóm multicast có tính động, cho phép các máy trạm gia
nhập và tách ra khỏi nhóm bất cứ thời điểm nào. Các nhóm có thể từ nhiều phân
đoạn mạng (các liên kết hoặc subnet) nếu các router kết nối hỗ trợ lưu lượng
multicast và thông tin thành viên nhóm. Một máy trạm có thể gửi lưu lượng tới một
nhóm địa chỉ mà không phụ thuôc vào nhóm. Trên thực tế, việc gia nhập một
nhóm, một máy trạm gửi một bản tin thành viên nhóm. Mỗi nhóm multcast được
xác định bởi một địa chỉ IPv6 multicast. Tất cả các thành viên nhóm nghe và nhận
các bản tin IPv6 gửi từ địa chỉ nhóm chia sẻ địa chỉ nhóm. Các router multicast
theo định kỳ thăm dò thông tin trạng thái thành viên nhóm.
Hình 1.4: Truyền gói tin multicast.
Một vài địa chỉ IPv6 multicast được dành riêng như trình bày trong bảng 1.5.
Một địa chỉ multicast là một cơ chế đánh địa chỉ xác định nhiều giao diện, nó
được dùng cho các giao tiếp một máy với nhiều máy. Với topo định tuyến multicast
tương ứng, PDU sử dụng địa chỉ multicast được dẫn xuất tới tất cả các giao diện
được xác định bởi địa chỉ.
Để xác định tất cả các nút trong phạm vi node-local và link-local, các địa chỉ

multicast sau được định nghĩa:
+ FF01::1 địa chỉ cho tất cả các nút phạm vi node-local.
+ FF02::1 địa chỉ cho tất cả các nút phạm vi link-local.
Để xác định tất cả các router cho node-local, link-local và site-local, các địa
chỉ multicast sau được định nghĩa:
+ FF01::2 địa chỉ cho tất cả cả các router phạm vi node-local.
+ FF02::2 địa chỉ cho tất cả cả các router phạm vi link-local.
+ FF05::2 địa chỉ cho tất cả cả các router phạm vi site-local.
Tiếp theo ta tìm hiểu về địa chỉ solicited-node. Địa chỉ solicited-node hỗ trợ
hiệu quả truy vấn các nút mạng cho mục đích phân giải địa chỉ. IPv6 sử dụng bản
tin khẩn nài hàng xóm (Neighbor Solicitation) để thực hiện phân giải địa chỉ. Địa
chỉ multicast này bao gồm tiền tố FF02::1:FF00:0/104 cùng với 24 bit cuối của địa
chỉ IPv6 được phân giải. Đối lập với IPv4, khung yêu cầu ARP được gửi thông qua
địa chỉ broadcast ở lớp điểu khiển truy nhập môi trường (MAC). Trong IPv6 địa chỉ
multicast solicited-node được dùng như một bản tin khẩn nài hàng xóm đích. Điều
này giúp tránh sự lớn lên ở tất cả các nút IPv6 trên liên kết nội bộ bởi sử dụng các
địa chỉ cho tất cả các nút phạm vi liên kết nội bộ.
Bảng 1.5: Các địa chỉ IPv6 multicast dành riêng.
Hìn
h
1.5
:
Địa
chỉ
mul
tica
st.
1.2.4.3. Địa chi unicast
Địa chỉ anycast được gắn cho một nhóm nhiều giao diện. Gói tin được gửi tới
địa chỉ anycast sẽ được chuyển đi theo cấu trúc định tuyến tới giao diện gần nhất

trong nhóm (tính theo thủ tục định tuyến). RFC3513 định nghĩa địa chỉ anycast với
những đặc điểm như sau:
 Anycast không có không gian địa chỉ riêng mà thuộc vùng địa chỉ unicast.
Khi một địa chỉ unicast được gắn đồng thời cho nhiều giao diện, nó sẽ trở thành địa
chỉ anycast.
 Một địa chỉ anycast có thể được gắn cho nhiều giao diện của nhiều node.
Địa chỉ anycast không bao giờ được sử dụng làm địa chỉ nguồn của một gói
tin ipv6. Hiện nay, địa chỉ anycast không được gắn cho ipv6 host mà chỉ được gắn
cho ipv6 router. Một trong những ứng dụng mong muốn của địa chỉ anycast là sử
dụng để xác định một tập các router thuộc về một tổ chức cung cấp dịch vụ
Internet.
Hiện nay, mới chỉ có một dạng địa chỉ anycast được định nghĩa và ứng dụng.
Đó là địa chỉ anycast subnet-router. Một địa chỉ anycast subnet-router tương ứng
với một tiền tố địa chỉ trong mạng con.
1.2.5. Gán địa chỉ cho host và router
Đối lập với IPv4 mỗi một host với bộ thích ứng mạng đơn có một địa chỉ IPv4
gán cho bộ thích ứng đó, một host IPv6 (như proxy SIP) có nhiều địa chỉ IPv6 thậm
chí trong trường hợp giao diện mạng đơn. Việc sử dụng địa chỉ host và router IPv6
như sau:
+ Host: Các host IPv6 điển hình sẽ có ít nhất hai địa chỉ mà chúng có thể nhận
các PDU. Mỗi host được gán địa chỉ unicast như sau:
 Một địa chỉ link-local cho mỗi giao diện. Địa chỉ này được dùng cho lưu
lượng nội bộ.
 Một địa chỉ cho mỗi giao diện. Đây có thể là một địa chỉ site-local có thể
định tuyến được và một hay nhiều địa chỉ toàn cầu.
 Địa chỉ loopback (::1) cho giao diện loopback.
Thêm vào đó, mỗi host lắng nghe lưu lượng qua các địa chỉ multicast sau:
 Địa chỉ tất cả các nút phạm vi node-local (FF01::1).
 Địa chỉ tất cả các nút phạm vi link-local (FF02::1).
 Địa chỉ solicited-node cho mỗi địa chỉ unicast trên mỗi giao diện.

 Các địa chỉ multicast được cho vào nhóm trên mỗi giao diện.
+ Router: Một router IPv6 được gán các địa chỉ unicast sau:
 Một địa chỉ link-local cho mỗi giao diện. Địa chỉ này được dùng cho lưu
lượng nội bộ.
 Một địa chỉ cho mỗi giao diện. Đây có thể là một địa chỉ site-local có thể
định tuyến được và một hay nhiều địa chỉ toàn cầu.
 Địa chỉ loopback (::1) cho giao diện loopback.
+ Mỗi router IPv6 được gán địa chỉ anycast sau:
 Một địa chỉ anycast subnet-router cho mỗi mạng con.
 Địa chỉ anycast bổ sung (tùy chọn)
+ Mỗi router lắng nghe lưu lượng trên các địa chỉ multicast sau:
 Địa chỉ tất cả các nút phạm vi node-local (FF01::1).
 Địa chỉ tất cả các nút phạm vi node-local (FF01::2).
 Địa chỉ tất cả các nút phạm vi link-local (FF02::1).
 Địa chỉ tất cả các nút phạm vi link-local (FF02::2).
 Địa chỉ tất cả các nút phạm vi site-local (FF05::2).
 Địa chỉ solicited-node cho mỗi địa chỉ unicast trên mỗi giao diện.
 Các địa chỉ multicast được cho vào nhóm trên mỗi giao diện.
1.3. Các yêu cầu trong quá trình cùng tồn tại và chuyển dịch IPv4/IPv6
1.3.1. Các kịch bản chuyển dịch
Có 6 kịch bản chuyển đổi có thể xảy ra như sau:
+ Hệ thống IPv4 kết nối tới một hệ thống IPv4 đi qua một mạng IPv4.
+ Một hệ thống IPv6 kết nối tới một hệ thống IPv6 đi qua một mạng IPv6.
+ Một hệ thống IPv4 kết nối tới hệ thống IPv4 thông qua một mạng IPv6.
+ Một hệ thống IPv6 kết nối tới hệ thống IPv6 đi qua một mạng IPv4.
+ Một hệ thống IPv4 kết nối tới một hệ thống IPv6.
+ Một hệ thống IPv6 kết nối tới một hệ thống IPv4.
1.3.1.1. Các kịch bản chuyển dịch đơn giản
Các kịch bản đồng tồn tại đơn giản nhất là hệ thống IPv4 kết nối tới một hệ
thống IPv4 đi qua một mạng IPv4 hay hệ thống IPv6 kết nối tới một hệ thống IPv6

đi qua một mạng IPv6. Trường hợp ngăn xếp kép, cả hai điểm đầu cuối và các ứng
dụng đều hỗ trợ IPv4 và IPv6 còn mạng thì hỗ trợ ít nhất một trong các giao thức.
IETF khuyến nghị sử dụng kịch bản này bởi vì các vấn đề hoạt động được
thực hiện đơn giản nhất. Cho đến khi mạng internet bị cạn kiệt nguồn địa chỉ IPv4,
một địa chỉ IPv4 và IPv6 có thể được sử dụng cho mỗi giao diện và các ứng dụng
được hỗ trợ. Khi thật sự cần thiết chỉ sử dụng các địa chỉ IPv6, do tất cả các hệ
thống khác đã có cả hai, các hệ thống thuần IPv6 sẽ được triền khai để có thể hoạt
động cùng với các hệ thống đang tồn tại.
1.3.1.2. Các kịch bản chuyển dịch không yêu cầu biên dịch
RFC4213 thảo luận kịch bản trong hình 1.6 trong đó các router kết nối hai
miền cách ly thông qua một miền thuần IPv4. Một cách hiển nhiên, điều này có thể