Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPV6

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG




LÊ TUẤN HƢNG



NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG KỸ THUẬT ĐỊNH
TUYẾN TRONG MẠNG IPV6

Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 60.48.01


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH


Thái Nguyên - 2012

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

2

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

3


MỤC LỤC
MỤC LỤC 1

ĐẶT VẤN ĐỀ 8
LỜI CẢM ƠN 10
CHƢƠNG I . HIỆN TRẠNG VÀ CÁCH THIẾT LẬP BÀI TOÁN 11
1.1 Hiện trạng về không gian địa chỉ IP 11
1.2 Tổng quan về IPv6. 12
1.2.1 Không gian địa chỉ IPv6. 12
1.2.2. Ƣu điểm của IPv6 so với IPv4 13
1.2.3. Cách viết địa chỉ IPv6. 14
1.2.4. Đặc điểm các dạng địa chỉ IPv6. 16
1.2.6 Anycast Address. 20
1.3. Thiết lập bài toán. 21
1.3.1 Tình hình triển khai IPv6 trên toàn cầu. 22
1.3.2. Tình hình triển khai IPv6 ở Việt Nam. 23
1.4 KẾT LUẬN 24
CHƢƠNG II. IPv6 VÀ VẤN ĐỀ CHUYỂN ĐỔI IPv6 SANG IPv4. 25
2.1 Cấu trúc và đặc điểm về địa chỉ IPv6. 25
2.1.1. Tìm kiếm hàng xóm (Neighbor Discovery-ND). 25
2.1.2. Tự động cấu hình địa chỉ. 26
2.1.3. Tự động cấu hình địa chỉ có trạng thái. 27
2.1.4. Tự động cấu hình địa chỉ không trạng thái. 27

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

4
2.2. Cấu trúc gói tin IPv6. 30
2.2.1. IPv6 header. 30
2.2.2 Cấu trúc Header chung. 30
2.2.3 Các trƣờng trong IPv6 header 31
2.3 Vấn đề định tuyến và kỷ thuật chuyển đổi Tunel trong IPv6. 34

2.3.1. Kỹ thuật chuyển đổi tunnel trong IPv6. 37
2.3.1.1. Tổng quan về cơ chế chuyển đổi. 37
2.3.1.2. Kỹ thuật Tunneling. 39
CHƢƠNG III . MÔ PHỎNG CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN ĐỔI TUNNEL
TRONG IPv6. 45
3.1. Lựa chọn công cụ (GNS3). 45
3.1.1 Một số phần mềm mô phỏng mạng phổ biến. 45
3.1.1. Giới thiệu việc mô phỏng mạng trên GNS3 46
3.2. Quá trình mô phỏng. 50
3.3 Mô phỏng kết nối 2 host IPv6 51
3.3.1. Mô hình chuyển đổi giữa hai mạng IPv4 và IPv6. 51
3.3.2. Mô phỏng chuyển đổi trên công cụ GNS3 53
3.4. Kết luận. 61
CHƢƠNG IV. KẾT LUẬN 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO 64


Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

5
DANH MỤC HÌNH VẼ
H ình 1.1 Gói tin gửi tới địa chỉ
14
H ình 1.2 Gói tin gửi tới địa chỉ Anycast
14
H ình 1.3 Gói tin gửi tới địa chỉ Multicast
15
Hình 1.4 Cấu trúc địa chỉ Link-local
15

Hình 1.5 Xem địa chỉ Link-local của máy tính
16
Hình 1.6 Cấu trúc địa chỉ Site-local.
17
Hình 1.7 Cấu trúc địa chỉ Multicast Address.
17
Hình 1.8 Cấu trúc địa chỉ Anycast Address.
19
Hình 1.9 Định dạng chung của địa chỉ IPv6
19
Hình 1.10 Ipv6 Việt Nam
21
Hình 2.1 Địa chỉ IPv6
25
Hình 2.2 Địa chỉ link-local
26
Hình 2.3 Cấu trúc gói tin IPv6
28
Hình 2.4. IPv4 herder và IPv6 herder
30
Hinh 2.5. Chi tiết IPv6 Header
31
H ình 2.6 Bảng định tuyến
34
H ình 2.7 mô hình Dual stack
36
H ình 2.8 công nghệ NAT-PT
37
Hình 2.9 Cơ chế đóng gói khi thực hiện Tunneling
39

Hình 2.10 Cơ chế mở gói khi kết thúc Tunneling
40
Hinh 3.1 Mô hình thử nghiệm kết nối hai host.
49
Hình 3.2 Mô hình thử nghiệm Ipv6 Tunneling
50
Hình 3.3 Mô phỏng bằng phần mềm GNS3.
51


Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

6
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Cơ chế phân bổ địa chỉ IPv6

10
Bảng 1.2 Ví dụ về địa chỉ IPv6 Multicast.

18
Bảng 1.3 Bảng mô tả các loại địa chỉ IPv6 Multicast.

18
Bảng 2.1 Cấu trúc vùng header của IPv4 khi thực hiện
Tunneling Cơ chế mở gói khi thực hiện Tunneling IPv6-over-
IPv4

40
Bảng 3.1 So sánh định tính của OPNET, QuaINet, OMNeT++ và

NS- 2,GNS3
43



Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

7
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AD
Administrative Distance
ARP
Address Resolution Protocol
CIDR
Classless Inter-Domain Routing
DHCP
Dynamic Host Configuration Protocol
DNS
Domain Name System
IANA
Internet Assigned Numbers Authority
ID
Identifier
IETF
Internet Engineering Task Force
IPv4
Internet Protocol version 4
IPv6

Internet Protocol version 6
ICMP
Internet Control Message Protocol
NAT
Network Address Translation
NBMA
Non-Broadcast-Muti-Access
ND
Neighbor Discovery
MAC
Media Assess Control
MTU
Max Tranmission Unit
OSI
Open Systems Interconnection
OSPFv3
Open Shortest Path First Version 3
RA
Router Advertisement
RS
Router Solicitation
RFC
Request For Comment
RIPng
Routing Information Protocol next generation
SVG
Scalable Vector Graphics
WAN
Wide Area Network
ISP

Iternet Service Provider
UDP
User Datagram Protocol
TTL
Transistor – Transistor Logic




Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

8
ĐẶT VẤN ĐỀ
Một trong những vấn đề quan trọng mà kỹ thuật mạng trên thế giới đã và
đang giải quyết là đối mặt với sự phát triển với tốc độ quá nhanh của mạng lƣới
Internet toàn cầu. Sự phát triển này cùng với sự tích hợp dịch vụ, triển khai những
dịch vụ mới, kết nối nhiều mạng với nhau, nhƣ mạng di động với mạng Internet đã
đặt ra vấn đề thiếu tài nguyên dùng chung. Việc sử dụng hệ thống địa chỉ hiện tại
cho mạng Internet là IPv4 đã không thể đáp ứng nổi sự phát triển của mạng Internet
toàn cầu, do đó IPv6 đã ra đời. Hệ thống địa chỉ mới – IPv6 đã giải quyết đƣợc vấn
đề thiếu hụt địa chỉ. Hệ thống địa chỉ IPv6 phát triển khi IPv4 đã đƣợc phát triển
rộng rãi, mạng lƣới Internet hoàn thiện hoạt động tốt. Vì vậy, trong quá trình triển
khai thế hệ địa chỉ IPv6, hai thế hệ mạng IPv4 và IPv6 sẽ cùng tồn tại trong một
thời gian rất dài. Trong quá trình phát triển, các kết nối của IPv6 sẽ tận dụng cơ sở
hạ tầng sẵn có của IPv4. Do vậy cần có những nghiên cứu về quá trình định tuyến,
phục vụ cho việc chuyển đổi từ địa chỉ IPv4 sang địa chỉ IPv6 và đảm bảo không
phá vỡ cấu trúc Internet cũng nhƣ làm gián đoạn hoạt động của mạng Internet. Đề
tài “nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6” nhằm mục đích
nghiên cứu các giao thức định tuyến, chuyển đổi từ IPv6 sang IPv4 và dùng công cụ

mô phỏng mạng để mô phỏng và đánh giá các kỹ thuật định tuyến này.
Chƣơng I Qua nghiên cƣ́ u, tìm hiểu và biết đƣợc sự cạn kiệt của tài nguyên
IPv4, Sự cần thiết của IPv6, tình hình triển khai IPv6 ở Việt Nam và trên thế giới.
IPv6 có một không gian địa chỉ vô cùng lớn so với IPv4, khi IPv4 chỉ dùng 32bit
địa chỉ trong khi IPv6 dùng 128bit. Trong tƣơng lai IPv6 không chỉ phục vụ cho
Internet mà còn dùng cho tất cả các mạng máy tình, hệ thống viễn thông. Có thể sau
này từng chiếc điều hòa, tủ lanh, Tivi hay từng chiếc công tơ điên… cũng mang
một địa chỉ IPv6 để chủ nhân của ta có thể kết nối và điều khiển và ra lệnh từ xa.
Điều quan trọng hơn là Tôi thấy đƣợc ƣu nhƣợc điểm IPv6 so với IPv4 và để có thể
từng bƣớc triển khai thay thế dần mạng IPv4 bằng IPv6.

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

9
Chƣơng II Nghiên cƣ́ u về IPv6, từng cấu trúc, đặc điểm, các trƣờng và vấn
đề định tuyến. Kỷ thuật chuyển đổi Tunneling cơ chế đóng gói tin khi thực hiện
Tunneling, cơ chế mở gói khi kết thúc tunneling.
Chƣơng III Tìm hiểu và so sánh các phần mềm giả lập, ƣu nhƣợc điểm của
nó và GNS3 là phần mềm đƣợ c chọn để mô phỏng, mô phỏng giữa việc kết nối hai
host trực tiếp với nhau bằng địa chỉ IPv6 thông qua router. Và kỷ thuật Tunneling
đã đƣợc thể hiện rõ hơn trong trƣơng trình mô phỏng giữa một Công ty sử dụng
IPv6 trên tài nguyên IPv4.

Thái Nguyên, ngày 15 tháng 09 năm 2012


Học viên: Lê Tuấn Hƣng

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

10
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành chƣơng trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận đƣợc sự
hƣớng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trƣờng Đại học Công nghệ
thông tin và truyền thông - Đại Học Thái Nguyên.
Trƣớc hết, tôi xin chân thành cảm ơn đến quí thầy cô trƣờng Đại học Công
nghệ thông tin và truyền thông - Đại Học Thái Nguyên, Đặc biệt là những thầy cô
đã tận tình dạy bảo cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trƣờng.
Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Lê Quang Minh, Thầy đã dành rất
nhiều thời gian và tâm huyết hƣớng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn
tốt nghiệp.
Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trƣờng Đại học Công
nghệ thông tin và truyền thông- Đại Học Thái Nguyên đã tạo rất nhiều điều kiện để
tôi học tập và hoàn thành tốt khóa học.
Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình
và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong
nhận đƣợc những đóng góp quí báu của quý thầy cô và các bạn.
Lời cảm ơn sau cùng tôi xin dành cho gia đình và những ngƣời bạn đã hết lòng
quan tâm và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này!
Tôi xin chân thành cảm ơn !
Thái Nguyên Tháng 9 năm 2012

Học Viên : Lê Tuấn Hƣng

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

11

CHƢƠNG I . HIỆN TRẠNG VÀ CÁCH THIẾT LẬP BÀI TOÁN
1.1 Hiện trạng về không gian địa chỉ IP
Internet đã và đang phát triển với tốc độ khủng khiếp, theo tính toán của giới
chuyên môn, mạng Internet hiện nay đang kết nối hàng trăm site với nhau, với hàng
trăm triệu host. Trong trƣơng 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 cũng nhƣ công nghệ sử dụng.
Bƣớc sang những năm đầu của thế kỷ XXI, ứng dụng Internet phát triển
nhằm cung cấp cho ngƣời dùng notebook, modem và thậm chí nó còn thâm nhập
vào nhiều ứng dụng khác nhƣ TV… Để có thể đƣa ra những khái niệm mới dựa trên
cở sở TCP/IP này thành hiện thực, ICP/IP phải mở rộng. Nhƣng có một thực tế mà
không chỉ giới chuyên môn mà ngay cả các ISP cũng nhận thức đƣợc 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 ngày càng cạn kiệt, càng về sau thì địa chỉ IP (IPv4) càng không thể đáp ứng
nhu cầu mở rộng mạng đó. Bƣớc tiến quan trọng mang tính chiến lƣợc đối với kế
hoạch mang tính mở rộng này là việc nghiên cứu cho ra đời một thế hệ sau của giao
thức IP, đó chính là IPv6.
Xuất phát điểm của IPv6 có tên gọi là IPng (Internet Protocol Next
Generation) là một phiên bản mới của IP, đƣợc thiết kế để thay cho giao thức IP
đang đƣợc sử dụng rộng rãi hiện nay là IPv4. Quan điểm chính khi thiết kế IPv6 là
từng bƣớc thay thế IPv4, không tạo ra sự biến động lớn đối với hoạt động của mạng
Internet nói chung và của từng dịch vụ Internet nói riêng, đảm bảo đƣợc tính tƣơng
thích tuyệt đối với mạng Internet hiện nay, những chức năng đã đƣợc kiểm duyệt
trong IPv4 vẫn đƣợc duy trì trong IPv6. Chức năng không sử dụng trong IPv4 sẽ bị
loại bỏ và đồng thời triển khai một số chƣc năng mới liên quan đến địa chỉ, bảo mật
và triển khai các dịch vụ mới [6, 11].

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

12
1.2 Tổng quan về IPv6.
1.2.1 Không gian địa chỉ IPv6.
Ipv4 có 32 bit địa chỉ với khả năng lý thuyết có thể cung cấp một không gian
địa chỉ là 2
32
=4 294 967 296 địa chỉ. Còn Ipv6 có 128 bit địa chỉ hơn 4 lần so với
Ipv4 nhƣng khả năng lý thuyết có thể cung cấp một không gian địa chỉ là 2
128
=340
282 366 920 463 463 374 607 431 768 211 456 địa chỉ, nhiều hơn không gian địa
chỉ của Ipv4 là khoản 8 tỷ tỷ tỷ lần vì 2
32
lấy

tròn số là 4. 10
9
còn 2
128
lấy tròn số là
340. 10
36
.
Đây là 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, trong tƣơng lai có thể từng

chiếc điều hoà tủ lạnh, máy giặt, công tơ điện và các thiết bị của từng gia đình một
cũng sẽ mang một địa chỉ IPv6 để chủ nhân của chúng có thể kết nối, kiểm soát và
ra lệnh từ xa. Nhu cầu hiện tại chỉ cần 15% không gian địa chỉ IPv6 còn 85% dự
phòng trong tƣơng lai.
Không gian địa chỉ IPv6 đƣợc chia trên cơ sở các bí t đầu trong địa chỉ, đƣợc
gọi là tiền tố định dạng. Cơ chế phân bổ địa chỉ nhƣ sau [10]:
Bảng 1.1 Cơ chế phân bổ địa chỉ IPv6
Phân bổ
Tiền tố định dạng
Tỷ lệ trong không gian
địa chỉ
Dự phòng
0000 0000
1/256
Dự phòng
0000 0001
1/256
Dự phòng cho địa chỉ
NSAP
0000 001
1/128
Dự phòng cho địa chỉ IPX
0000 010
1/128
Chƣa cấp phát
0000 011
1/128
Chƣa cấp phát
0000 1
1/32

Chƣa cấp phát
0001
1/16
Địa chỉ Global Unicast có
thể tích hợp
001
1/8
Chƣa cấp phát
010
1/8
Chƣa cấp phát
011
1/8
Địa chỉ dựa trên vị trí địa
lý (Hiện đã loại bỏ)
100
1/8

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

13
Chƣa cấp phát
101
1/8
Chƣa cấp phát
110
1/8
Chƣa cấp phát
1110

1/16
Chƣa cấp phát
1111 0
1/32
Chƣa cấp phát
1111 10
1/64
Chƣa cấp phát
1111 110
1/128
Chƣa cấp phát
1111 1110 0
1/512
Địa chỉ link local
1111 1110 10
1/1024
Địa chỉ site local
1111 1110 11
1/1024
Địa chỉ multicast
1111 1111
1/256

1.2.2. Ưu điểm của IPv6 so với IPv4
IPv4 hỗ trợ trƣờng địa chỉ 32 bit do đó IPv4 ngày nay hầu nhƣ không còn
đáp ứng đƣợc 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 không gian địa chỉ tầm trung
(lớp B). Thêm vào đó nhu cầu tự động cấu hình (Auto-Config) ngày càng trở nên
cần thiết.
Ngày càng có nhiều thiết bị tế bào và các dịch vụ mới, “liên tục kết nối, liên

tục xuất hiện”, và điện thoại thời gian thực sự là lý đo để 3GPP và 3GPP2 lựa chọn
phiên bản IPv6 cho mạng vô tuyến, trong đó có mạng truy nhập vô tuyến (RAN),
mạng lõi (CN), do IPv6 có những ƣu điểm có thể giải quyết đƣợc sự hạn chế khi
triển khai IPv4:
-Mở rộng không gian địa chỉ: IPv6 mở rộng không gian địa chỉ từ 32 bit lên
128 bit, cho phép phân chia địa chỉ theo cấu trúc phân cấp để đơn giản hóa việc cấp
địa chỉ và định tuyến. Nó đƣa ra phƣơng thức mới tự động cấu hình địa chỉ và tự
động xây dựng một phép kiểm tra tính duy nhất của định chỉ IP.
Ngoài ra IPv6 còn đƣa ra khái niêm “phạm vi” trong địa chỉ Unicast và khái
niệm đia chỉ anycast dùng để giửi các gói tin đến một tập hợp các node mạng.

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

14
-Đơn giản hóa định dạng Header địa chỉ: Một vài trƣờng trong định dạng
Header địa chỉ các gói tin IPv4 sẽ bị loại bỏ hoặc đƣa vào Header nhằm mục đích
giảm thiểu các chi phí cũng nhƣ băng thông trong việc sử lý các định dạng Header
địa chỉ IPv6 trong các trƣờng hợp chung.
-Cải thiện việc hỗ trợ cho các định dạng mở rộng: Bổ sung nhiều định dạng
Header địa chỉ mở rộng tùy chọn, điều này cho phép thêm các chức năng mạng mới.
-Khả năng đánh nhãn nguồn dữ liệu: hỗ trợ nhiều dạng truyền dẫn theo yêu
cầu nhƣ Video thời gian thực.
-Hỗ trợ khả năng xác thực, tính bảo mật, tính toàn vẹn dữ liệu tại mức mạng.
-IPv6 còn hỗ trợ tính di động: với tính năng này, mạng IPv6 dễ dàng cho
phép ngƣời sử dụng truy cập mạng từ bất kỳ đâu mà không cần thay đổi địa chỉ IP
của mình [22].
1.2.3. Cách viết địa chỉ IPv6.
Ví dụ 1 địa chỉ IPv4 : 192.168.25.234
Địa chỉ IPv4 trên ta phân ra làm 4 vùng, lấy mỗi vùng chia cho 16, ghi kết quả đạt

đƣợc và cả số dƣ.
192 : 16 = 12 dƣ 0
168 : 16 = 10 dƣ 8
25 : 16 = 1 dƣ 9
234 : 16 = 14 dƣ 10
So sánh với giá trị HEX :
A = 10; B = 11; C = 12; D = 13; E = 14; F = 15
Ta ghép kết quả và số dƣ lại, kết quả đứng trƣớc và số dƣ đứng sau, ta đƣợc kết quả
nhƣ sau : C0A8:19EA
=> Địa chỉ IPv6 của 192.168.25.234 là C0A8:19EA
Vì đ/c IPv4 chỉ có 32bit, trong khi đ/c IPv6 là 128bit, ta còn thiếu 96bit. 96bit này
là 1 dãy số 0. Do đó, để ghi chính xác, ta có 2 cách ghi nhƣ sau :
+ Cách ghi đầy đủ :
0000:0000:0000:0000:0000:0000:C0A8:19EA
+ Cách ghi rút gọn :
::C0A8:19EA
Bây giờ ta làm ngƣợc lại. Khi có 1 địa chỉ IPv6 và ta muốn biết địa chỉ IPv4 của nó,
thì ta làm nhƣ sau :

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

15
C0 = (12 x 16) + 0 = 192
A8 = (10 x 16) + 8 = 168
19 = (1 x 16) + 9 = 25
EA = (14 x 16) + 10 = 234
=> Địa chỉ IPv4 là : 192.168.25.234

Địa chỉ IPv6 dài 128 bit (16 octet), khi viết, mỗi nhóm octet (16 bit) đƣợc

biểu diễn thành một số nguyên không dấu, mỗi số đƣợc viết dƣới dạng hệ số hexa
và đƣợc phân tách thành hai dấu chấm(:).
VD: fec0:ba23:ca38:3214:5345:abcd:fe45:4256
Với sự phức tạp của địa chỉ IPv6, ngƣời dùng sẽ khó khăn trong việc viết và
nhớ chúng. Do vậy việc sử dụng tên miền sẽ đƣợc đẩy mạnh và các địa chỉ sẽ chỉ
đƣợc sử dụng trong các giao thức mạng và định tuyến.
Trên thực tế các địa chỉ IPv6 thƣờng có nhiều chữ số 0 trong một địa chỉ, ví
dụ nhƣ: 1080:0000:0000:0000:0008:0800:200c:423a. Do đó cơ chế nén địa chỉ
đƣợc dùng để biểu diễn dễ dàng hơn các loại địa chỉ dạng này. Ta không cần viết
các số không ở đầu mỗi nhóm, ví dụ 0 thay cho 0000, và 8 thay cho 0008. Địa chỉ
trên sẽ trở thành 1080:0:0:0:8:800:200c:423a.
Hơn nữa ta có thể sử dụng ký hiệu :: để chỉ một chuỗi số 0. Địa chỉ trên sẽ
trở thành 1080::8:800:200c:423a. Tuy nhiên ký hiệu trên chỉ đƣợc sử dụng một lần
trong một địa chỉ. Do địa chỉ IPv6 có độ dài cố định, ta có thể tính đƣợc số các bit 0
mà ký hiệu đó biểu diễn. Ta có thể áp dụng ở đầu, hay giữa hay ở cuối các địa chỉ.
Cách viết này đặc biệt có lợi khi biểu diễn các địa chỉ multicast, loopback, hay các
địa chỉ chƣa chỉ định.
VD: Địa chỉ multicast ff01:0:0:0:0:0:0:43 ff01::43.
Địa chỉ loopback 0:0:0:0:0:0:0:1 ::1
Địa chỉ chƣa chỉ định 0:0:0:0:0:0:0:0 ::
Một kiểu địa chỉ khác là địa chỉ IPv6 nhúng địa chỉ IPv4, nhƣ ::10.0.0.1

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

16
Tiền tố địa chỉ IPv6 đƣợc biểu diễn theo cú pháp CIDR nhƣ IPv4 nhƣ sau: IPv6-
adress/prefix length. Trong đó IPv6-adress là bất kỳ biểu diễn địa chỉ nào, còn
prefix length là độ dài tiền tố theo bit.
VD: biểu diễn mạng con có tiền tố 64 bit: fe80::36/64.

1.2.4. Đặc điểm các dạng địa chỉ IPv6.
IPv6 có 3 dạng địa chỉ: unicast, multicast, và anycast.
Địa chỉ IPv6 đƣợc

chia ra thành 3 loại chính sau đây :
* Unicast Address: Unicast Address dùng để xác định một interface trong
phạm vi các Unicast Address. Gói tin (Packet) có đích đến là Unicast Address sẽ
thông qua Routing để chuyển đến 1 interface duy nhất.

H ình 1.1 Gói tin gửi tới địa chỉ
* Anycast Address: Anycast Address dùng để xác định nhiều Interfaces.
Tuy
vậy,
(Packet)

có đích đến

là Anycast Address sẽ thông qua Routing để
chuyển đến một interface trong số các interface có cùng Anycast Address,
thông thƣờng là interface gần nhất. Chữ
“
gần nhất”
ở đây đƣợc xác định thông
qua giao thức định tuyến đang sử dụng.

H ình 1.2 Gói tin gửi tới địa chỉ Anycast

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

17
* Multicast Address: Multicast Address dùng để xác định
nhiều
interfaces.
Packet có đích đến là Multicast Address sẽ thông qua Routing để chuyển
đến tất cả các interfaces có cùng Multicast Address.
Trong IPv6
địa chỉ Broadcast đã bị
loại
bỏ và đƣợc thay bằng địa chỉ Multicast
[10].


H ình 1.3 Gói tin gửi tới địa chỉ Multicast.
1.2.4.1. Unicast Address.
a) Global Unicast Address.
Địa chỉ này đƣợc các ISP cấp cho ngƣời sử dụng có nhu
cầu kết
nối Internet.
Global Unicast Address giống nhƣ

địa chỉ Public của IPv4.

b) Link-local Addresses.
Đây là loại địa chỉ dùng cho các host khi chúng muốn giao
tiếp
với các host khác
trong cùng m
ạ
ng LAN. Tất cả IPv6 của các interface đều có địa chỉ link local.

Hình 1.4 Cấu trúc địa chỉ Link-local


Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

18
Theo ( hình 1.4):
+ 10 bits đầu
là giá trị cố định 1111 1110 10 (Prefix FE80::/10)
+ 54 bits
kế tiếp
có giá trị
bằng
0.
+ 64 bits cuối : là địa chỉ của interface.
+
Kết luận
:
Trong
Link Local Address
:
64 bit đầu là giá trị cố định
không thay
đổi.
Tƣơng ứng với prefix là FE80::/10.
Vào cmd, gõ
lệnh
“

netsh interface ipv6 show addresses
”
để xem giá trị Link-
Local Address.

Hình 1.5 Xem địa chỉ Link-local của máy tính.

Có một lƣu ý là Router không thể chuyển bất kỳ gói tin nào có địa chỉ
nguồ n hoặ c địa chỉ đích là Link Local Addresses.

c) Site-local Addresses:
Site-Local Addresses đƣợc sử dụng trong hệ thống nội bộ (Intranet) tƣơng
tự các

địa chỉ Private IPv4 (10.X.X.X, 172.16.X.X, 192.168.X.X). Phạm vi sử dụng
Site - Local Addresses là trong cùng 1 Site.

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

19

Hình 1.6 Cấu trúc địa chỉ Site-local.

Theo hình 1.6
+ 10
bits đầu là giá trị cố định 1111 1110 11 (Prefix FEC0::/10).
+ 38 bits kế tiếp toàn bộ là bit 0.
+ 16 bits kế tiếp

là giá trị Subnet ID.
+ 64 bits cuối là địa chỉ của interface.
+ Kết luận:Trong Site –Locast Addresses
:
10 bit
đầu
là giá trị cố định
không
thay đổi.
Tƣơng
ứng với prefix là FEC0::/10
1.2.4.2 Multicast Address.
Trong địa chỉ IPv6 không còn tồn tại khái niệm địa chỉ Broadcast. Mọi
chức năng của địa chỉ Broadcast trong IPv4 đƣợc đảm nhiệm thay
bởi địa
chỉ IPv6.
Multicast.

Hình 1.7 Cấu trúc địa chỉ Multicast Address.
+ Địa chỉ
IPv6
Multicast đƣợ c định

nghĩa
với prefix là FF::/8.
+ Từ FF00::
đến
FF0F:: là địa chỉ
dành
riêng đƣợc quy định bởi IANA để sử

dụng cho
mục đích
multicast.


Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

20
+ Octet thứ hai chỉ ra cờ (flag) và vi phạm vi (Scope)
của
địa chỉ multicast.
Flag xác
định thời gian sống
của
địa chỉ. Có 2 giá trị của flag:
Flag = 0 : Địa chỉ multilcast vĩnh
vi
ễ
n.
Flag = 1 : Địa chỉ multilcast tạm thời.
Scope chỉ ra phạm vi
hoạt động của
địa chỉ. Có 7 giá trị của Scope:
Scope = 1 : Interface-local
Scope = 5 : Site-local
Scope = 2 : Link-local
Scope = 8 : Organization
Scope = 3 : Subnet-local
Scope = E : Global

Scope = 4 : Admin-local



Bảng 1.2 Ví dụ về địa chỉ IPv6 Multicast.
Địa chỉ

Loại

Ph
ạ
m vi

FF02::/16
Vĩnh viễn

Link-local
FF08::/16
Vĩnh viễn

Organization
FF14::/16
Tạm thời

Admin-local
FF1E::/16
Tạm thời

Global (toàn cầu)

Ngoài ra địa chỉ IPv6 Multicast còn có quy định giá trị của các bit cuối để xác định đối
tƣợng thuộc phạm vi của Multicast Address
.

Bảng 1.3 Bảng mô tả các loại địa chỉ IPv6 Multicast.
Địa chỉ
Các bit cuối
Đối tƣợng
Phạm vi

FF02::1
1

Tất cả các node
Link-local
FF03::2
2
Tất cả các Router
Subnet-local
FF04::9
9
Tất cả các RIP Router
Admin-local
FF02::1:FFXX:XXXX
FFXX:XXXX
Các Solicited-node
Link-local
FF05::101
101
Tất cả NTP server

Site-local
FF02::1:FFXX:XXXX là
dạng
địa chỉ Multicast với vai trò là các Solicited-
node (thay cho ARP
của
IPv4) dùng để phân giải địa chỉ IPv6
thành
địa chỉ MAC
của các node trong cùng 1 vùng (ở đây vùng trong ví dụ là Link-local).

1.2.6 Anycast Address.
Anycast là địa chỉ hoàn toàn mới trong IPv6. Còn đƣợc

gọi là địa chỉ One-to-
nearest (một đến gần nhất).

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

21

Hình 1.8 Cấu trúc địa chỉ Anycast Address.
+ Địa chỉ Anycast là một địa chỉ Global Unicast đƣợc

gán cho nhiề u
interface của nhiề u Router khác nhau trong cùng một WAN Scope, gói tin
chuyển đến Anycast Address sẽ đƣợc hệ thống định tuyến chuyển đến

router có

metric tốt nhất (router gần nhất).
+ Hiện nay, địa chỉ Anycast đƣợc sử dụng rất hạn chế, rất ít tài liệu nói về
cách sử dụng loại địa chỉ này. Hầu nhƣ Anycast address nhƣ chỉ đƣợc dung để
đặt cho Router
,
không đặt cho Host, lý do là bởi vì hiệ n nay đị a chỉ này chỉ
đƣợc

sử dụng vào mục đích cân bằng tải.
Ví dụ : khi một nhà cung cấp dịch vụ mạng có rất nhiều khách hàng
muốn truy cập dịch vụ từ nhiều nơi khác nhau từ
,
nhà cung cấp muốn tiết kiệm
nên chỉ để một Server trung tâm phục vụ tất cả,

họ xây dựng nhi
ề
u Router kết nối
khách hàng với Server trung tâm
,
khi đó mỗi khách hang có thể có nhiều con đƣờng
để truy cập dịch vụ. Nhà cung cấp dịch vụ đặt địa chỉ Anycast cho các Router
kết
nối đến Server trung tâm, bây giờ mỗi khách hàng chỉ
việc
ghi nhớ và truy
cập
vào một địa chỉ Anycast duy
nhất,
tự động họ sẽ đƣợc kết nối tới Server thông qua

Router gần nhất. Đây thật sự là một cách xử lý đơn giản và hiệu quả.

Địa chỉ Anycast không bao giờ đƣợc sử dụng nhƣ là địa chỉ nguồn của một
gói tin [21, 22].
Hình 1.9 Định dạng chung của địa chỉ IPv6
Global routing prefix
Subnet ID
Interface ID
length = n bits
m bits
128-n-m bits

1.3. Thiết lập bài toán.
Trƣớc nhu cầu sử dụng IPv6 thay thế IPv4 và đồng thời vẫn sử dụng IPv4,
trong luận văn này em đã tập trung nghiên cứu công nghệ IPv6 và các kỹ thuật
chuyển đổi từ IPv6 sang IPv4. Để giải quyết đƣợc vấn đề này, em đã đặt ra các bài
toán cho luận văn.

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

22
+ Nghiên cứu tổng quan về IPv6
+ Tìm hiểu bài toán chuyển đổi IPv6 sang IPv4 dựa trên kỹ thuật Tunnel.
+ Tìm hiểu công cụ mô phỏng mạng (Networking Simulation) và tiến hành
mô phỏng kỹ thuật chuyển đổi Tunnel từ IPv6 sang IPv4. Đánh giá và rút ra bài
học kinh nghiệm.
1.3.1 Tình hình triển khai IPv6 trên toàn cầu.
Tiêu chuẩn hóa và quản lý địa chỉ IPv6:
Tiêu chuẩn hóa IPv6:

- Ý tƣởng về việc phát triển giao thức Internet mới đƣợc giới thiệu tại cuộc
họp IETF 25 tháng 7 năm 1994, trong RFC1752 [7].
- The Recommendationforthe IP Next Generation Protocol (giới thiệu thủ tục
IP phiên bản mới).
Quá trình phát triển, xem xét, sửa đổi, hoàn thiện hóa các thủ tục Internet
phiên bản 6 đƣợc thực hiện bởi nhóm làm việc IETFIPv6 WorkingGroup.
Sau nhiều năm nghiên cứu, những hoạt động cơ bản của thế hệ địa chỉ này đã
đƣợc định nghĩa và công bố năm 1998 trong một chuỗi tài liệu tiêu chuẩn từ
RFC2460 tới RFC2467. Trong đó nổi bật nhất là tiêu chuẩn hóa địa chỉ IPv6 RFC
2460-Internet Protocol, Version6 (IPv6) và hai thủ tục thiết yếu trong hoạt động của
IPv6, hỗ trợ cho IPv6: RFC 2461-mô tả thủ tục IPv6 Neighbor Discovery Protocol,
là thủ tục mới của IPv6 và RF 2463 mô tả ICMPv6 [10].
+ Đồng thời, rất nhiều RFC khác đƣợc công bố, định nghĩa tiêu chuẩn hóa
cho những chức năng của IPv6, mô tả phiên bản mới hỗ trợ IPv6 cho các dịch vụ
nhƣ DNS, DHCP.
+ Thời điểm hiện nay, những tiêu chuẩn cơ bản cho hoạt động của giao thức
Internet phiên bản 6 đã đƣợc hoàn thiện. Tuy nhiên, chúng sẽ tiếp tục đƣợc sửa đổi
nhằm đáp ứng yêu cầu thực tế, song song với việc phát triển đầy đủ những đặc tính
mới trong giao thức IPv6.
- Quản lý địa chỉ IPv6.

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

23
Cũng nhƣ không gian địa chỉ IPv4, địa chỉ IPv6 đƣợc quản lý bởi hệ thống
phân cấp các tổ chức quản lý địa chỉ toàn cầu. Trong đó cấp quản lý cao nhất là
IANA (Internet Assigned Numbers Authority), tiếp đó là các tổ chức quản lý địa
chỉ khu vực (RIR– Regional Internet Registry).
- Khu vực Châu Á – Thái Bình Dƣơng: APNIC http://www. apnic. Net.

- Khu vực Châu Âu : RIPE NCC http://www. ripe. Net.
- Khu vực Bắc Mỹ: ARIN http://www. arin. net.
- Khu vực Mỹ Latinh và biển Caribe: LACNIC http://www. lacnic. net [10].
1.3.2. Tình hình triển khai IPv6 ở Việt Nam.
Hình 1.10 IPv6 Việt Nam

Tại Việt Nam, Ban Công Tác Thúc đẩy IPv6 Quốc gia đã đƣợc thành lập từ
ngày 06/01/2009. Sau gần 2 năm nghiên cứu xây dựng trên cơ sở ý kiến đóng góp
của giới chuyên gia, bộ ngành liên quan và tham khảo kinh nghiệm triển khai của
quốc tế, ban công tác đã hoàn thiện và trình Bộ Thông Tin – Truyền Thông kế
hoạch hành động quốc gia về chuyển đổi địa chỉ IPv6.
Với các định hƣớng, mục tiêu, lộ trình cụ thể, bản kế hoạch là cơ sở để các
doanh nghiệp Internet xây dựng kế hoạch chuyển đổi, ứng dụng IPv6 cho phù hợp
với tình hình thực tế và mạng lƣới của đơn vị mình. Đồng thời các cơ sở đào tạo về
lĩnh vực CNTT trong nƣớc cũng sẽ có kế hoạch cụ thể lồng ghép nội dung về IPv6
trong các trƣơng trình giảng dạy. Cùng với việc ban hành Kế hoạch Hành động
Quốc gia, Bộ trƣởng cũng yêu cầu các IPs phải nhanh chóng xây dựng, triển khai kế
hoạch hành động IPv6 cụ thể của mình, phù hợp với kế hoạch chung quốc gia. Ban

Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

24
công tác cần chuẩn bị nguồn nhân lực đƣợc đào tạo cơ bản về IPv6 để đảm bảo cho
quá trình chuyển đổi tại Việt Nam.
Lộ trình chuyển đổi IPv6 tại Việt Nam chia thành ba giai đoạn:
- Giai đoạn 1 (Từ 2011 – đến 2012): Giai đoạn chuẩn bị
- Giai đoạn 2 (Từ 2013 – đến 2015): Giai đoạn khởi động.
- Giai đoạn 3 (Từ 2016 – đến 2019): Giai đoạn chuyển đổi.
Mục tiêu chung là bảo đảm trƣớc năm 2020, toàn bộ mạng lƣới và dịch vụ

Internet Việt Nam sẽ đƣợc chuyển đổi để hoạt động một cách an toàn, tin cậy với
địa chỉ IPv6 [7, 12].
1.4 KẾT LUẬN.
Thông qua CHƢƠNG I em đã có thể hiểu đƣợc một cách khái quát về IPv6
và những ƣu nhƣợc điểm của nó so với IPv4, để có thể từng bƣớc triển khai và thay
thế dần mạng IPv4 bằng IPv6.


Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu và mô phỏng kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv6
Học viên : Lê Tuấn Hưng Lớp CK09B

25
CHƢƠNG II. IPv6 VÀ VẤN ĐỀ CHUYỂN ĐỔI IPv6 SANG IPv4.
2.1 Cấu trúc và đặc điểm về địa chỉ IPv6.
2.1.1. Tìm kiếm hàng xóm (Neighbor Discovery-ND).
Các node sử dụng giao thức ND để xác định địa chỉ tầng liên kết cho các
hàng xóm gắn trực tiếp vào liên kết. Các host cũng dùng kỹ thuật ND để phát hiện
các router.Ngoài ra kỹ thuật này còn cho biết các hàng xóm nào còn kết nối hay
không cũng nhƣ sự thay đổi tầng liên kết. Khi một router không làm việc thì kỹ
thuật này cũng gúp ta tìm ra một đƣờng đi tƣơng tự.
ND thay thế ARP, ICMP Router Discovery và bản tin ICMP Redirect đƣợc
sử dụng trong IPv4.
Kỹ thuật ND nhằm giải quyết các vấn đề liên quan đến sự tƣơng tác của các
node trên cùng một liên kết. Các vấn đề đó là:
Tìm kiếm Router: Làm sao cho các host có thể tìm kiếm đƣợc router nằm
trên cùng một liên kết với nó.
Tìm kiếm tiền tố: Cách thức host tìm kiếm tiền tố của mạng cho các host trên
cùng một liên kết.
Tìm kiếm tham số: Làm sao cho một node có thể học đƣợc các tham số hoạt
động bao gồm: MTU của liên kết và giới hạn hop… để dùng cho các gói tin đƣợc

gửi ra của mình.
Tự động cấu hình địa chỉ: Cách thức một node tự động thiết lập địa chỉ cho
giao diện của nó.
Phân giải địa chỉ: Cách thức một node xác định địa chỉ lớp liên kết từ một địa
chỉ IP cho trƣớc, đây chính là kỹ thuật ARP trong IPv4.
Xác định hop tiếp theo: Các host dựa trên địa chỉ đích xác định địa chỉ IP của
hàng xóm mà các gói tin phải đƣợc giửi đến nó. Hop tiếp theo có thể là một router
chuyển tiếp trung gian hay chính là đích cuối cùng.
Xác định xem một hàng xóm có còn đƣợc tiếp cận hay không.
Kiểm tra trùng địa chỉ: Làm sao để kiểm tra một địa chỉ mà host muốn sử
dụng không trùng với địa chỉ nào khác.