khái quát về lộ trình phát triển của công nghệ di động qua các thế hệ 1G, 2G và 3G

Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
MỤC LỤC
MỤC LỤC..........................................................................................................................i
Danh mục bảng biểu..........................................................................................................v
Danh sách hình vẽ.............................................................................................................vi
Ký hiệu viết tắt.................................................................................................................ix
LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................................1
Chương 1
BỘ GIAO THỨC TCP/IP..................................................................................................3
1.1 Khái niệm mạng Internet.........................................................................................3
1.2 Mô hình phân lớp bộ giao thức TCP/IP..................................................................4
1.3 Các giao thức trong mô hình TCP/IP......................................................................5
1.3.1 Giao thức Internet......................................................................................................5
1.3.1.1 Giới thiệu chung.....................................................................................................5
1.3.1.2. Cấu trúc IPv4.........................................................................................................6
1.3.1.3. Phân mảnh IP và hợp nhất dữ liệu........................................................................8
1.3.1.4. Địa chỉ và định tuyến IP........................................................................................8
1.3.1.5. Cấu trúc gói tin IPv6 ............................................................................................9
1.3.2. Giao thức lớp vận chuyển.......................................................................................11
1.3.2.1. Giao thức UDP....................................................................................................11
1.3.2.2. Giao thức TCP.....................................................................................................12
1.4 Tổng kết.................................................................................................................17
Chương 2
CÔNG NGHỆ MẠNG RIÊNG ẢO TRÊN INTERNET IP-VPN...................................18
2.1 Gới thiệu về mạng riêng ảo trên Internet IP-VPN.................................................18
2.1.1 Khái niệm về mạng riêng ảo trên nền tảng Internet.............................................18
2.1.2 Khả năng ứng dụng của IP-VPN............................................................................18
2.2 Các khối cơ bản trong mạng IP-VPN....................................................................19

2.2.1 Điều khiển truy nhập................................................................................................19
2.2.2 Nhận thực..................................................................................................................20
2.2.3 An ninh......................................................................................................................20
2.2.4 Truyền Tunnel nền tảng IP-VPN...........................................................................21
2.2.5 Các thỏa thuận mức dịch vụ....................................................................................23
2.3 Phân loại mạng riêng ảo theo kiến trúc.................................................................23
i
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
2.3.1 IP-VPN truy nhập từ xa...........................................................................................23
2.3.2 Site-to-Site IP-VPN...................................................................................................25
2.3.2.1 Intranet IP-VPN ...................................................................................................25
2.3.2.2 Extranet IP-VPN ..................................................................................................26
2.4 Các giao thức đường ngầm trong IP-VPN............................................................26
2.4.1 PPTP (Point - to - Point Tunneling Protocol).......................................................28
2.4.1.1 Duy trì đường ngầm bằng kết nối điều khiển PPTP............................................28
2.4.1.2 Đóng gói dữ liệu đường ngầm PPTP...................................................................29
2.4.1.3 Xử lí dữ liệu đường ngầm PPTP .........................................................................29
2.4.1.4 Sơ đồ đóng gói......................................................................................................30
2.4.2 L2TP (Layer Two Tunneling Protocol)..................................................................31
2.4.2.1 Duy trì đường ngầm bằng bản tin điều khiển L2TP............................................31
2.4.2.2 Đường ngầm dữ liệu L2TP...................................................................................32
2.4.2.3 Xử lý dữ liệu đường ngầm L2TP trên nền IPSec.................................................33
2.4.2.4 Sơ đồ đóng gói L2TP trên nền IPSec...................................................................33
2.5 Tổng kết.................................................................................................................35
Chương 3
GIAO THỨC IPSEC CHO IP-VPN................................................................................35
3.1 Gới thiệu................................................................................................................36

3.1.1 Khái niệm về IPSec ..................................................................................................36
3.1.2 Các chuẩn tham chiếu có liên quan.......................................................................37
3.2 Đóng gói thông tin của IPSec................................................................................38
3.2.1 Các kiểu sử dụng......................................................................................................38
3.2.1.1 Kiểu Transport......................................................................................................38
3.1.1.2 Kiểu Tunnel...........................................................................................................39
3.2.2 Giao thức tiêu đề xác thực AH................................................................................40
3.2.2.1 Giới thiệu..............................................................................................................40
3.2.2.2 Cấu trúc gói tin AH...............................................................................................41
3.2.2.3 Quá trình xử lý AH................................................................................................42
3.2.3 Giao thức đóng gói an toàn tải tin ESP..................................................................45
3.2.3.1 Giới thiệu..............................................................................................................45
3.2.3.2 Cấu trúc gói tin ESP.............................................................................................46
3.2.3.3 Quá trình xử lý ESP..............................................................................................48
3.3 Kết hợp an ninh SA và giao thức trao đổi khóa IKE.............................................53
3.3.1 Kết hợp an ninh SA.................................................................................................53
3.3.1.1 Định nghĩa và mục tiêu.........................................................................................53
3.3.1.2 Kết hợp các SA......................................................................................................54
3.3.1.3 Cơ sở dữ liệu SA...................................................................................................55
3.3.2 Giao thức trao đổi khóa IKE...................................................................................56
3.3.2.1 Bước thứ nhất.......................................................................................................57
3.3.2.2 Bước thứ hai..........................................................................................................59
ii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
3.3.2.3 Bước thứ ba...........................................................................................................61
3.3.2.4 Bước thứ tư...........................................................................................................63
3.3.2.5 Kết thúc đường ngầm............................................................................................63

3.4 Những giao thức đang được ứng dụng cho xử lý IPSec.......................................63
3.4.1 Mật mã bản tin..........................................................................................................63
3.4.1.1 Tiêu chuẩn mật mã dữ liệu DES...........................................................................63
3.4.1.2 Tiêu chuẩn mật mã hóa dữ liệu gấp ba 3DES.....................................................64
3.4.2 Toàn vẹn bản tin.......................................................................................................64
3.4.2.1 Mã nhận thực bản tin băm HMAC.......................................................................65
3.4.2.2 Thuật toán MD5....................................................................................................65
3.4.2.3 Thuật toán băm an toàn SHA...............................................................................65
3.4.3 Nhận thực các bên....................................................................................................65
3.4.3.1 Khóa chia sẻ trước................................................................................................66
3.4.3.2 Chữ ký số RSA.......................................................................................................66
3.4.3.3 RSA mật mã nonces.............................................................................................66
3.4.4 Quản lí khóa..............................................................................................................66
3.4.4.1 Giao thức Diffie-Hellman.....................................................................................67
3.4.4.2 Quyền chứng nhận CA..........................................................................................68
3.5 Ví dụ về hoạt động của một IP-VPN sử dụng IPSec.............................................69
3.6 Tổng kết.................................................................................................................70
Chương 4
AN TOÀN DỮ LIỆU TRONG IP-VPN..........................................................................71
4.1 Giới thiệu...............................................................................................................71
4.2 Mật mã...................................................................................................................72
4.2.1 Khái niệm mật mã.....................................................................................................72
4.2.2 Các hệ thống mật mã khóa đối xứng......................................................................73
4.2.2.1 Các chế độ làm việc ECB, CBC...........................................................................73
4.2.2.2 Giải thuật DES (Data Encryption Standard).......................................................75
4.2.2.3 Giới thiệu AES (Advanced Encryption Standard)................................................77
4.2.2.4Thuật toán mật mã luồng (stream cipher).............................................................78
4.2.3 Hệ thống mật mã khóa công khai...........................................................................78
4.2.3.1 Giới thiệu và lý thuyết về mã khóa công khai......................................................78
4.2.3.2 Hệ thống mật mã khóa công khai RSA.................................................................80

4.2.4 Thuật toán trao đổi khóa Diffie-Hellman..............................................................82
4.3 Xác thực................................................................................................................83
4.3.1 Xác thực tính toàn vẹn của dữ liệu.........................................................................83
4.3.1.1 Giản lược thông điệp MD dựa trên các hàm băm một chiều..............................83
4.3.1.2 Mã xác thực bản tin MAC dựa trên các hàm băm một chiều sử dụng khóa.......87
4.3.1.3 Chữ ký số dựa trên hệ thống mật mã khóa công khai..........................................89
4.3.2 Xác thực nguồn gốc dữ liệu.....................................................................................90
iii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
4.3.2.1 Các phương thức xác thực....................................................................................90
4.3.2.2 Các chứng thực số (digital certificates)...............................................................92
Chương 5
THỰC HIỆN IP-VPN......................................................................................................96
5.1 Giới thiệu...............................................................................................................96
5.2 Các mô hình thực hiện IP-VPN.............................................................................97
5.2.1 Access VPN...............................................................................................................98
5.2.1.1 Kiến trúc khởi tạo từ máy khách..........................................................................98
5.2.1.2 Kiến trúc khởi tạo từ máy chủ truy nhập NAS...................................................98
5.2.2 Intranet IP-VPN và Extranet IP-VPN....................................................................99
5.2.3 Một số sản phẩm thực hiện VPN..........................................................................100
5.3 Ví dụ về thực hiện IP-VPN.................................................................................100
5.3.1 Kết nối Client-to-LAN............................................................................................101
5.3.2 Kết nối LAN-to-LAN..............................................................................................103
KẾT LUẬN...................................................................................................................104
Tài liệu tham khảo.........................................................................................................105
Các website tham khảo..................................................................................................106
iv

Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
Danh mục bảng biểu
Bảng 3.1: Các RFC đưa ra có liên quan đến IPSec.........................................................37
Bảng 3.2: Kết quả khi kết hợp lệnh permit và deny........................................................59
Bảng 3.3: Tổng kết chương các giao thức của IPSec......................................................70
Bảng 4.1: Một số giao thức và thuật toán ứng dụng thông dụng.....................................71
Bảng 4.2: Thời gian bẻ khóa trong giải thuật RSSA/DSS và ECC.................................80
Bảng 4.3: Tóm tắt giải thuật RSA và độ phức tạp...........................................................81
Bảng 4.4: Các bước thực hiện để trao đổi khóa Diffie Hellman.....................................82
Bảng 5.1: Ví dụ về các sản phẩm của Cisco và Netsreen..............................................100
v
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
Danh sách hình vẽ
Hình 1.1: Mô hình phân lớp bộ giao thức TCP/IP.............................................................4
Hình 1.2: Định tuyến khi sử dụng IP Datagram................................................................5
Hình 1. 3: Giao thức kết nối vô hướng..............................................................................6
Hình 1.4: Cấu trúc gói tin IPv4..........................................................................................6
Hình 1.5: Hiện tượng phân mảnh trong IP........................................................................8
Hình 1.6: Các lớp địa chỉ IPv4..........................................................................................9
Hình 1.7: Cấu trúc tiêu đề IPv6.......................................................................................10
Hình 1.8: Cấu trúc tiêu đề UDP.......................................................................................11
Hình 1.9: Cấu trúc tiêu đề TCP........................................................................................12
Hình 1.10: Thiết lập kết nối theo giao thức TCP.............................................................14
Hình 1.11: Thủ tục đóng kết nối TCP..............................................................................15

Hình 1.12: Cơ chế cửa sổ trượt với kích thước cố định..................................................17
Hình 2.1: Truyền Tunnel trong nối mạng riêng ảo..........................................................21
Hình 2.2: Che đậy địa chỉ IP riêng bằng truyền Tunnel..................................................22
Hình 2.3: IP-VPN truy nhập từ xa...................................................................................25
Hình 2.4: Intranet IP-VPN...............................................................................................26
Hình 2.5: Extranet IP-VPN..............................................................................................26
Hình 2.6: Gói dữ liệu của kết nối điều khiển PPTP.........................................................28
Hình 2.7: Dữ liệu đường ngầm PPTP..............................................................................29
Hình 2.8: Sơ đồ đóng gói PPTP.......................................................................................30
Hình 2.9: Bản tin điều khiển L2TP..................................................................................32
Hình 2.10: Đóng bao gói tin L2TP..................................................................................32
Hình 2.11: Sơ đồ đóng gói L2TP.....................................................................................34
Hình 3.1 Gói tin IP ở kiểu Transport...............................................................................39
Hình 3.2: Gói tin IP ở kiểu Tunnel..................................................................................39
Hình 3.3: Thiết bị mạng thực hiện IPSec kiểu Tunnel....................................................40
Hình 3.4: Cấu trúc tiêu đề AH cho IPSec Datagram.......................................................41
Hình 3.5: Khuôn dạng IPv4 trước và sau khi xử lý AH ở kiểu Transport.......................43
Hình 3.6: Khuôn dạng IPv6 trước và sau khi xử lý AH ở kiểu Traport..........................43
vi
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
Hình 3.7: Khuôn dạng gói tin đã xử lý AH ở kiểu Tunnel..............................................44
Hình 3.8: Xử lý đóng gói ESP.........................................................................................46
Hình 3.9: Khuôn dạng gói ESP........................................................................................46
Hình 3.10: Khuôn dạng IPv4 trước và sau khi xử lý ESP ở kiểu Transport....................48
Hình 3.11: Khuôn dạng IPv6 trước và sau khi xử lý ESP ở kiểu Transport....................49
Hình 3.12: Khuôn dạng gói tin đã xử lý ESP ở kiểu Tunnel...........................................49
Hình 3.13: Kết hợp SA kiểu Tunnel khi 2 điểm cuối trùng nhau....................................55

Hình 3.14: Kết hợp SA kiểu Tunnel khi một điểm cuối trùng nhau................................55
Hình 3.15: Kết hợp SA kiểu Tunnel khi không có điểm cuối trùng nhau.......................55
Hình 3.16: Các chế độ chính, chế độ tấn công, chế độ nhanh của IKE...........................57
Hình 3.17: Danh sách bí mật ACL..................................................................................58
Hình 3.18: IKE pha thứ nhất sử dụng chế độ chính (Main Mode)..................................59
Hình 3.19: Các tập chuyển đổi IPSec..............................................................................62
Hình 3.20: Ví dụ về hoạt động của IP-VPN sử dụng IPSec............................................69
Hình 4.1: Các khái niệm chung sử dụng trong các thuật toán mật mã............................72
Hình 4.2: Chế độ chính sách mã điện tử ECB.................................................................74
Hình 4.3: Thuật toán mật mã khối ở chế độ CBC...........................................................74
Hình 4.4: Sơ đồ thuật toán DES......................................................................................75
Hình 4.5: Mạng Fiestel....................................................................................................76
Hình 4.6: Phân phối khóa trong hệ thống mật mã khóa đối xứng...................................77
Hình 4.7: Mật mã luồng...................................................................................................78
Hình 4.8: Sơ đồ mã khóa công khai.................................................................................79
Hình 4.9: Một bít thay đổi trong bản tin dẫn đến 50% các bít MD thay đổi...................85
Hình 4.10: Các hàm băm thông dụng MD5, SHA...........................................................86
Hình 4.11: Cấu trúc cơ bản của MD5, SHA....................................................................86
Hình 4.12: Xác thực tính toàn vẹn dựa trên mã xác thực bản tin MAC..........................87
Hình 4.13: Quá trình tạo mã xác thực bản tin MAC........................................................88
Hình 4.14: Chữ ký số.......................................................................................................90
Hình 4.15: Giao thức hỏi đáp MAC................................................................................91
Hình 4.16: Giao thức hỏi đáp sử dụng chữ ký số............................................................92
Hình 4.17: Mô hình tin tưởng thứ nhất (PGP Web of Trust)...........................................93
vii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
Hình 4.18: Mô hình tin tưởng thứ hai (phân cấp tin tưởng với các CAs)........................94

Hình 4.19: Cấu trúc chung của một chứng thực X.509...................................................95
Hình 5.1: Ba mô hình IP-VPN.........................................................................................97
Hình 5.2: Truy nhập IP-VPN từ xa khởi tạo từ phía người sử dụng...............................98
Hình 5.3: Truy nhập IP-VPN khởi tạo từ máy chủ..........................................................99
Hình 5.4: IP-VPN khởi tạo từ routers..............................................................................99
Hình 5.5: Các thành phần của kết nối Client-to-LAN...................................................101
Hình 5.6: Đường ngầm IPSec Client-to-LAN...............................................................102
Hình 5.7: Phần mềm IPSec Client.................................................................................103
Hình 5.8: Đường ngầm IPSec LAN-to-LAN.................................................................103
viii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
Ký hiệu viết tắt
Viết tắt Chú giải tiếng Anh Chú giải tiếng Việt
3DES Triple DES Thuật toán mã 3DES
AA Acccess Accept Chấp nhận truy nhập
AAA Authentication, Authorization
and Accounting
Nhận thực, trao quyền và thanh toán
AC Access Control Điều khiển truy nhập
ACK Acknowledge Chấp nhận
ACL Acess Control List Danh sách điều khiển truy nhập
ADSL Asymmetric Digital Subscriber
Line
Công nghệ truy nhập đường dây thuê
bao số không đối xứng
AH Authentication Header Giao thức tiêu đề xác thực
ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ

ARPA Advanced Research Project
Agency
Cục nghiên cứu các dự án tiên tiến của
Mỹ
ARPANET Advanced Research Project
Agency
Mạng viễn thông của cục nghiên cứu
dự án tiên tiến Mỹ
ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng bộ
BGP Border Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng miền
B-ISDN Broadband-Intergrated Service
Digital Network
Mạng số tích hợp đa dịch vụ băng rộng
BOOTP Boot Protocol Giao thức khởi đầu
CA Certificate Authority Thẩm quyền chứng nhận
CBC Cipher Block Chaining Chế độ chuỗi khối mật mã
CHAP Challenge - Handshake
Authentication Protocol
Giao thức nhận thực đòi hỏi bắt tay
CR Cell Relay Công nghệ chuyển tiếp tế bào
CSU Channel Service Unit Đơn vị dịch vụ kênh
DCE Data communication Equipment Thiết bị truyền thông dữ liệu
DES Data Encryption Standard Thuật toán mã DES
DH Diffie-Hellman Giao thức trao đổi khóa Diffie-Hellman
DLCI Data Link Connection Identifier Nhận dạng kết nối lớp liên kết dữ liệu
DNS Domain Name System Hệ thông tên miền
DSL Digital Subscriber Line Công nghệ đường dây thuê bao số
DSLAM DSL Access Multiplex Bộ ghép kênh DSL
DTE Data Terminal Equipment Thiết bị đầu cuối số liệu
EAP Extensible Authentication Giao thức xác thực mở rộng

ix
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
Protocol
ECB Electronic Code Book Mode Chế độ sách mã điện tử
ESP Encapsulating Sercurity Payload Giao thức đóng gói an toàn tải tin
FCS Frame Check Sequence Chuỗi kiểm tra khung
FDDI Fiber Distributed Data Interface Giao diện dữ liệu cáp quang phân tán
FPST Fast Packet Switched
Technology
Kỹ thuật chuyển mạch gói nhanh
FR Frame Relay Công nghệ chuyển tiếp khung
FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file
GRE Generic Routing Encapsulation Đóng gói định tuyến chung
HMAC Hashed-keyed Message
Authenticaiton Code
Mã nhận thực bản tin băm
IBM International Bussiness Machine Công ty IBM
ICMP Internet Control Message
Protocol
Giao thức bản tin điều khiển Internet
ICV Intergrity Check Value Giá trị kiểm tra tính toàn vẹn
IETF Internet Engineering Task Force Cơ quan tiêu chuẩn kỹ thuật cho Internet
IKE Internet Key Exchange Giao thức trao đổi khóa
IKMP Internet Key Management
Protocol
Giao thức quản lí khóa qua Internet
IN Intelligent Network Công nghệ mạng thông minh

IP Internet Protocol Giao thức lớp Internet
IPSec IP Security Protocol Giao thức an ninh Internet
ISAKMP Internet Security Association
and Key Management Protocol
Giao thức kết hợp an ninh và quản lí
khóa qua Internet
ISDN Intergrated Service Digital
Network
Mạng số tích hợp đa dịch vụ
ISO International Standard
Organization
Tổ chức chuẩn quốc tế
ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet
IV Initial Vector Véc tơ khởi tạo
L2F Layer 2 Forwarding Giao thức chuyển tiếp lớp 2
L2TP Layer 2 Tunneling Protocol Giao thức đường ngầm lớp 2
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
LCP Link Control Protocol Giao thức điều khiển đường truyền
MAC Message Authentication Code Mã nhận thực bản tin
MD5 Message Digest 5 Thuật toán tóm tắt bản tin MD5
x
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
MTU Maximum Transfer Unit Đơn vị truyền tải lớn nhất
NAS Network Access Server Máy chủ truy nhập mạng
NGN Next Generation Network Mạng thế hệ kế tiếp
NSA National Sercurity Agency Cơ quan an ninh quốc gia Mỹ
OSI Open System Interconnnection Kết nối hệ thống mở

OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến OSPF
PAP Password Authentication
Protocol
Giao thức nhận thực khẩu lệnh
PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức
PKI Public Key Infrastructure Cơ sở hạn tầng khóa công cộng
POP Point - Of - Presence Điểm hiển diễn
PPP Point-to-Point Protocol Giao thức điểm tới điểm
PPTP Point-to-Point Tunneling
Protocol
Giao thức đường ngầm điểm tới điểm
PSTN Public Switched Telephone
Network
Mạng chuyển mạch thoại công cộng
RADIUS Remote Authentication Dial-in
User Service
Dịch vụ nhận thực người dùng quay số
từ xa
RARP Reverse Address Resolution
Protocol
Giao thức phân giải địa chỉ ngược
RAS Remote Access Service Dịch vụ truy nhập từ xa
RFC Request for Comment Các tài liệu về tiêu chuẩn IP do IETF
đưa ra
RIP Realtime Internet Protocol Giao thức báo hiệu thời gian thực
RSA Rivest-Shamir-Adleman Tên một quá trình mật mã bằng khóa
công cộng
SA Security Association Liên kết an ninh
SAD SA Database Cơ sở dữ liệu SA
SHA-1 Secure Hash Algorithm-1 Thuật toán băm SHA-1

SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền thư đơn giản
SN Sequence Number Số thứ tự
SPI Security Parameter Index Chỉ số thông số an ninh
SS7 Signalling System No7 Hệ thống báo hiệu số 7
TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải
TFTP Trivial File Transfer Protocol Giao thức truyền file bình thường
TLS Transport Level Security An ninh mức truyền tải
xi
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
UDP User Data Protocol Giao thức dữ liệu người sử dụng
VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo
WAN Wide Area Network Mạng diện rộng
Các ký hiệu toán học
Ký hiệu Ý nghĩa
C Văn bản mật mã.
D Thuật toán giải mã.
D
K
Thuật toán giải mã với khóa K.
E Thuật toán mật mã.
E
K
Thuật toán mật mã với khóa K.
IV Vectơ khởi tạo.
K Khóa K.
KR Khóa bí mật.
KU Khóa công cộng.

L
i
, R
i
Bít bên trái và bên phải tại vòng thứ i của thuật toán mã hóa DES.
P Văn bản rõ.
xii
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với xu thế toàn cầu hóa, sự mở rộng giao lưu hợp tác quốc tế ngày càng
tăng, quan hệ hợp tác kinh doanh không chỉ dừng lại trong phạm vi một huyện, một tỉnh,
một nước mà còn mở rộng ra toàn thế giới. Một công ty có thể có chi nhánh, có các đối
tác kinh doanh ở nhiều quốc gia và giữa họ luôn có nhu cầu trao đổi thông tin với nhau.
Để bảo đảm bí mật các thông tin được trao đổi thì theo cách truyền thống người ta dùng
các kênh thuê riêng, nhưng nhược điểm là nó đắt tiền, gây lãng phí tài nguyên khi dữ liêu
trao đổi không nhiều và không thường xuyên. Vì thế người ta đã nghiên cứu ra những
công nghệ khác vẫn có thể đáp ứng được nhu cầu trao đổi thông tin như thế nhưng đỡ tốn
kém và thuận tiện hơn, đó là giải pháp mạng riêng ảo.
VPN được định nghĩa là mạng kết nối các site khách hàng đảm bảo an ninh trên
cơ sở hạ tầng mạng chung cùng với các chính sách điều khiển truy nhập và đảm bảo an
ninh như một mạng riêng. Đã có rất nhiều phương án triển khai VPN như: X.25, ATM,
Frame Relay, leased line… Tuy nhiên khi thực hiện các giải pháp này thì chi phí rất lớn
để mua sắm các thiết bị, chi phí cho vận hành, duy trì, quản lý rất lớn và do doanh nghiệp
phải gánh chịu trong khi các nhà cung cấp dịch vụ chỉ đảm bảo về một kênh riêng cho số
liệu và không chắc chắn về vấn đề an ninh của kênh riêng này.
Các tổ chức, doanh nghiệp sử dụng dịch vụ IP VPN sẽ tiết kiệm được rất nhiều chi
phí trong việc muốn kết nối các chi nhánh văn phòng với nhau, truy cập từ xa vào mạng

nội bộ, gọi điện thoại VoIP, với độ bảo mật cao. Hiện nay ADSL đã trở nên phổ biến, chi
phí thấp, nên việc thực hiện IP VPN trở nên rất đơn giản, hiệu quả vì tận dụng được
đường truyền Internet tốc độ cao. Tính tương thích của IP VPN cao vì sự phổ biến của
nó, nên bạn có thể kết hợp nhiều thiết bị của những sản phẩm thương hiệu khác nhau.
Trên cơ sở đó, tôi quyết định chọn hướng nghiên cứu đô án của mình là công nghệ
IP-VPN.
Mục đích của đồ án là tìm hiểu những vấn đề kỹ thuật cơ bản có liên quan đến
việc thực hiện IP-VPN.
Bố cục của đồ án gồm 5 chương:
- Chương 1: Bộ giao thức TCP/IP. Chương này trình bày khái quát về bộ giao
thức của TCP/IP.
- Chương 2: Công nghệ mạng riêng ảo trên Internet IP-VPN. Chương này trình
bày các khái niệm VPN, bắt đầu với việc phân tích khái niệm IP-VPN, ưu điểm của nó có
thể trở thành một giải pháp có khả năng phát triển mạnh trên thị trường. Tiếp theo là
1
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
trình bày về các khối chức năng cơ bản của IP-VPN, phân loại mạng riêng ảo theo cấu
trúc của nó. Cuối cùng là trình bày về các giao thức đường ngầm sử dụng cho IP-VPN.
Chương 3: Giao thức IPSec cho IP-VPN. Chương này trình bày các vấn đề về giao
thức IPSec. Bộ giao thức rấ quan trọng IPSec dung cho IP - VPN để đảm bảo tính toàn
vẹn dữ liệu, tính nhất quán, tính bí mật và xác thực của truyền dữ liệu trên một hạ tầng
mạng công cộng.
Chương 4: An toàn dữ liệu trong IP-VPN. Trình bày một số thuật toán được áp
dụng để đảm bảo an toàn dữ liệu cho IP-VPN dựa trên IPSec
Chương 5: Thực hiện IP – VPN. Chương này trình bày các phương pháp thực hiện
IP – VPN hiện đang được sử dụng.
Công nghệ IP - VPN không phải là một vấn đề mới mẻ trên thể giới và cũng đang

được triển khai rộng rãi ở Việt Nam. Tuy nhiên để có thể triển khai được một cách hoàn
chỉnh thì còn có rất nhiều khó khăn phải giải quyết, đồ án chỉ dừng lại ở mức độ nghiên
cứu lý thuyết và có những phân tích cơ bản.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Trường Đại học Vinh, các thầy cô trong
Khoa Công Nghệ đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu. Và
đặc biệt em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến Ts. Phạm Văn Bình, giảng
viên Đại học Bách Khoa Hà Nội, người đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo em trong quá
trình nghiên cứu, xây dựng và hoàn thành đồ án.
Mặc dù nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn, các thầy cô giáo và
sự cố gắng của bản thân nhưng đồ án không tránh khỏi sai sót vì vậy tôi mong nhận
được sự đóng góp nhiều hơn nữa ý kiến từ phía các thầy cô và ban bè cùng những người
quan tâm đến lĩnh vực này.
Vinh, tháng 5 năm 2009
Sinh viên: Bùi Văn Nhật
2
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
Chương 1
BỘ GIAO THỨC TCP/IP
1.1 Khái niệm mạng Internet
Tháng 6/1968, một cơ quan của Bộ Quốc phòng Mỹ là Cục các dự án nghiên cứu
tiên tiến (Advanced Research Project Agency - viết tắt là ARPA) đã xây dựng dự án nối
kết các trung tâm nghiên cứu lớn trong toàn liên bang với mục tiêu là chia sẻ, trao đổi tài
nguyên thông tin, đánh dấu sự ra đời của ARPANET - tiền thân của mạng Internet hôm
nay. Ban đầu, giao thức truyền thông được sử dụng trong mạng ARPANET là NCP
(Network Control Protocol), nhưng sau đó được thay thế bởi bộ giao thức TCP/IP
(Transfer Control Protocol/ Internet Protocol). Bộ giao thức TCP/IP gồm một tập hợp các
chuẩn của mạng, đặc tả chi tiết cách thức cho các máy tính thông tin liên lạc với nhau, cũng

như quy ước cho đấu nối liên mạng và định tuyến cho mạng.
Trước đây, người ta định nghĩa “Internet là mạng của tất cả các mạng sử dụng giao
thức IP”. Nhưng hiện nay, điều đó không còn chính xác nữa vì nhiều mạng có kiến trúc
khác nhau nhưng nhờ các cầu nối giao thức nên vẫn có thể kết nối vào Internet và vẫn có
thể sử dụng đầy đủ các dịch vụ Internet. Internet không chỉ là một tập hợp các mạng được
liên kết với nhau, Internetworking còn có nghĩa là các mạng được liên kết với nhau trên
cơ sở cùng đồng ý với nhau về các quy ước mà cho phép các máy tính liên lạc với nhau,
cho dù con đường liên lạc sẽ đi qua những mạng mà chúng không được đấu nối trực tiếp
tới. Như vây, kỹ thuật Internet che dấu chi tiết phần cứng của mạng, và cho phép các hệ
thống máy tính trao đổi thông tin độc lập với những liên kết mạng vật lý của chúng.
TCP/IP có những đặc điểm sau đây đã làm cho nó trở nên phổ biến:
Độc lập với kến trúc mạng: TCP/IP có thể sử dụng trong các kiến trúc Ethernet, Token
Ring, trong mạng cục bộ LAN cũng như mạng diện rộng WAN.
 Chuẩn giao thức mở: vì TCP/IP có thể thực hiện trên bất kỳ phần cứng hay hệ
điều hành nào. Do đó, TCP/IP là tập giao thức lý tưởng để kết hợp phần cứng cũng như
phần mềm khác nhau.
 Sơ đồ địa chỉ toàn cầu: mỗi máy tính trên mạng TCP/IP có một địa chỉ xác định
duy nhất. Mỗi gói dữ liệu được gửi trên mạng TCP/IP có một Header gồm địa chỉ của
máy đích cũng như địa chỉ của máy nguồn.
 Khung Client - Server: TCP/IP là khung cho những ứng dụng client - server
mạnh hoạt động trên mạng cục bộ và mạng diện rộng.
 Chuẩn giao thức ứng dụng: TCP/IP không chỉ cung cấp cho người lập trình
phương thức truyền dữ liệu trên mạng giữa các ứng dụng mà còn cung cấp nhiều phương
3
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
thức mức ứng dụng (những giao thức thực hiện các chức năng dùng như E-mail, truyền
nhận file).

1.2 Mô hình phân lớp bộ giao thức TCP/IP
Bộ giao thức TCP/IP là sự kết hợp của các giao thức khác nhau ở các lớp khác
nhau, không chỉ có các giao thức TCP và IP. Mỗi lớp có chức năng riêng. Mô hình
TCP/IP được tổ chức thành 4 lớp (theo cách nhìn từ phía ứng dụng xuống lớp vật lý) như
sau:
Hình 1.1: Mô hình phân lớp bộ giao thức TCP/IP
Lớp ứng dụng (Application layer): Điều khiển chi tiết từng ứng dụng cụ thể. Nó
tương ứng với các lớp ứng dụng, trình diễn trong mô hình OSI. Nó gồm các giao thức
mức cao, mã hóa, điều khiển hội thoại … Các dịch vụ ứng dụng như SMTP, FTP, TFTP
… Hiện nay có hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn các giao thức thuộc lớp này. Các
chương trình ứng dụng giao tiếp với các giao thức ở lớp vận chuyển để truyền và nhận dữ
liệu. Chương trình ứng dụng truyền dữ liệu ở dạng yêu cầu đến lớp vận chuyển để xử lý
trước khi chuyển xuống lớp Internet để tìm đường đi.
 Lớp vận chuyển (Transport layer): Chịu trách nhiệm truyền thông điệp
(message) từ một số tiến trình (một chương trình đang chạy) tới một tiến trình khác. Lớp
vận chuyển sẽ đảm bảo thông tin truyền đến nơi nhận không bị lỗi và đúng theo trật tự.
Nó có 2 giao thức rất khác nhau là giao thức điều khiển truyền dẫn TCP và giao thức dữ
liệu đồ người sử dụng UDP.
 Lớp Internet (Internet layer): Cung cấp chức năng đánh địa chỉ, độc lập phần
cứng mà nhờ đó dữ liệu có thể di chuyển giữa các mạng con có kiến trúc vật lý khác nhau.
Lớp này điều khiển việc chuyển gói qua mạng, định tuyến gói. (Hỗ trợ giao thức liên IP -
4
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
khái niệm liên mạng là nói tới mạng lớn hơn: mạng liên kết giữa các mạng LAN). Các giao
thức của lớp này là IP, ICMP, ARP, RARP.
 Lớp truy cập mạng (Network Access Network): Cung cấp giao tiếp với mạng
vật lý. (Thông thường lớp này bao gồm các driver thiết bị trong hệ thống vận hành và các

card giao diện mạng tương ứng trong máy tính. Lớp này thực hiện nhiệm vụ điều khiển tất
cả các chi tiết phần cứng hoặc thực hiện giao tiếp vật lý vớ cácp (hoặc với bất kỳ môi
trường nào được sử dụng)). Cung cấp kiểm soát lỗi dữ liệu phân bố trên mạng vật lý. Lớp
này không định nghĩa một giao thức riêng nào cả, nó hỗ trợ tất cả các giao thức chuẩn và
độc quyền. Ví dụ: Ethernet, Tocken Ring, FDDI, X.25, wireless, Async, ATM, SNA…
1.3 Các giao thức trong mô hình TCP/IP
1.3.1 Giao thức Internet
1.3.1.1 Giới thiệu chung
Mục đích của giao thức Internet là chuyển thông tin (dữ liệu) từ nguồn tới đích. IP
sử dụng các gói tin dữ liệu đồ (datagram). Mỗi datagram có chứa địa chỉ đích và IP sử
dụng thông tin này để định tuyến gói tin tới đích của nó theo đường đi thích hợp. Các gói
tin của cùng một cặp người sử dụng dùng những tuyến thông tin khác nhau, việc định
tuyến là riêng biệt đối với từng gói tin. Giao thức IP không lưu giữ trạng thái, sau khi
datagram được chuyển đi thì bên gửi không còn lưu thông tin gì về nó nữa, vì thế mà
không có phương pháp nào để phát hiện các gói bị mất và có thể dẫn tới trình trạng lặp gói
và sai thứ tự gói tin.
Hình 1.2: Định tuyến khi sử dụng IP Datagram.
Giao thức Internet là giao thức phi kết nối (connectionless), nghĩa là không cần
thiết lập đường dẫn trước khi truyền dữ liệu và mỗi gói tin được xử lí độc lập. IP không
kiểm tra tổng cho phần dữ liệu của nó, chỉ có Header của gói là được kiểm tra để tránh gửi
nhầm địa chỉ. Các gói tin có thể đi được theo nhiều hướng khác nhau để tới đích. Vì vậy
5
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
dữ liệu trong IP datagram không được đảm bảo. Để xử lý nhược điểm mất hoặc lặp gói IP
phải dựa vào giao thức lớp cao hơn để truyền tin cậy (ví dụ TCP).
Hình 1. 3: Giao thức kết nối vô hướng
1.3.1.2. Cấu trúc IPv4

Thông tin nhận từ lớp vận chuyển được gán thêm vào tiêu đề IP. Tiêu đề này có
chiều dài từ 20 đến 60 bytes trên đường đi tùy thuộc vào các chức năng lựa chon được sử
dụng. Cấu trúc gói IPv4 được mô tả như trong hình 1.4.
Hình 1.4: Cấu trúc gói tin IPv4
Giải thích ý nghĩa các trường:
* Version (phiên bản): chỉ ra phiên bản của giao thức IP dùng để tạo datagram,
được sử dụng để máy gửi, máy nhận, các bộ định tuyến cùng thống nhất về định dạng
lược đồ dữ liệu. Ở đây phiên bản là IPv4.
Sender 1
Sender 1
Receiver
Data
Data
Data
Data
Data
Data
Sender 2
Sender 2
6
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
* IP header length (độ dài tiêu đề IP): cung cấp thông tin về độ dài của tiêu đề
datagram được tính theo các từ 32 bit.
* Type of service (loại dịch vụ): trường loại phục vụ dài 8 bit gồm 2 phần, trường
ưu tiên và kiểu phục vụ. Trường ưu tiên gồm 3 bit dùng để gán mức ưu tiên cho datagram,
cung cấp cơ chế cho phép điều khiển các gói tin qua mạng. Các bit còn lại dùng để xác
định kiểu lưu lượng datagram tin khi nó chuyển qua mạng như đặc tính thông, độ trễ và

độ tin cậy. Tuy nhiên, bản thân mạng Internet không đảm bảo chất lượng dịch vụ, vì vậy
trường này chỉ mạng tính yêu cầu chứ không mang tính đòi hỏi đối với các bộ định tuyến.
* Total length (tổng độ dài): trường này gồm 16 bit, nó sử dụng để xác định chiều
dài của toàn bộ IP datagram.
* Identification (nhận dạng): trường nhận dạng dài 16 bit. Trường này được máy chủ
dùng để phát hiện và nhóm các đoạn bị chia nhỏ ra của gói tin. Các bộ định tuyến sẽ chia
nhỏ các datagram nếu như dơn vị truyền tin lớn nhất của gói tin (MTU-Maximum
Transmission Unit) lớn hơn MTU của môi trường truyền.
* Flags (cờ): chứa 3 bit được sử dụng cho quá trình điều khiển phân đoạn, bít đầu
tiên chỉ thị tới các bộ định tuyến cho phép hoặc không cho phép phân đoạn gói tin, 2 bit
giá trị thấp được sử dụng điều khiển phân đoạn, kết hợp với trường nhận dạng để xác định
được gói tin nhận sau quá trình phân đoạn.Fragment offset: mạng thông tin về số lần chỉa
một gói tin, kích thước của gói tin phụ thuộc vào mạng cơ sở truyền tin, tức là đọ dài gói
tin không thể vượt quá MTU của môi trường truyền.
* Time - to - live (thời gian sống): được dùng để ngăn việc các gói tin lặp vòng trên
mạng. Nó có vai trò như một bộ đếm ngược, tránh hiện tượng các gói tin đi quá lâu trong
mạng. Bất kì gói tin nào có thời gian sống bằng 0 thì gói tin đó sẽ bị bộ định tuyến hủy bỏ
và thông báo lỗi sẽ được gửi về trạm phát gói tin.
* Protocol (giao thức): trường này được dùng để xác nhận giao thức tầng kế tiếp
mức cao hơn đang sử dụng dịch vụ IP dưới dạng con số.
* Header checksum: trường kiểm tra tổng header có độ dài 16 bit, được tính toán
trong tất cả các trường của tiêu đề IPv4. Một gói tin khi đi qua các bộ định tuyến thì các
trường trong phần tiêu đề có thể bị thay đổi, vì vậy trường này cần phải được tính toán và
cập nhập lại để đảm bảo độ tin cậy của thông tin định tuyến.
* Source Address - Destination Address (địa chỉ nguồn và địa chỉ đích): được các
bộ định tuyến và các gateway sử dụng để định tuyến các đơn vị số liệu, luôn luôn đi cùng
với gói tin từ nguồn tới đích.
* Option and Padding (tùy chọn và đệm): có độ dài thay đổi, dùng để thêm thông
tin chọn và chèn đầy đảm bảo số liệu bắt đầu trong phạm vi 32 bit.
7

Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
1.3.1.3. Phân mảnh IP và hợp nhất dữ liệu
Giao thức IP khi thực hiện phải luôn có các thuật toán phân chia và hợp nhất dữ
liệu. Vì mỗi datagram đều được quy định một kích thước khung cho phép tối đa trên một
kết nối điểm - điểm, được gọi là MTU. Khi đi qua các mạng khác nhau có các MTU khác
nhau, gói sẽ bị phân chia tùy theo giá trị MTU của mạng đó. Việc xác định MTU của một
mạng phụ thuộc vào các đặc điểm của mạng sao cho gói được truyền đi với tốc độ cao
nhất.
Trong quá trình di chuyển từ nguồn tới đích, một datagram có thể đi qua nhiều
mạng khác nhau. Mỗi Router mở gói IP datagram từ khung dữ liệu nó nhận được, xử lý và
sau đó đóng gói nó trong một khung dữ liệu khác. Các datagram hình thành sau khi phân
chia sẻ được đánh số thứ tự để tiện lợi cho qua trình hợp nhất sau này. Định dạng và kích
cỡ của khung dữ liệu nhận được phụ thuộc vào giao thức của mạng vật lý mà khung dữ
liệu đi qua. Nếu IP cần chuyển datagram có kích cỡ lớn hơn MTU thì nó gửi datagram
trong các mảnh (fragment), các mảnh này sẽ được ghép lại ở đầu thu để trở lại trạng thái
ban đầu. Hình 1.5 minh họa hiện tượng phân mảnh.
Hình 1.5: Hiện tượng phân mảnh trong IP
Khi phân mảnh, hầu hết các trường sẽ được lặp lại, chỉ có một vài thay đổi và mỗi
mảnh sẽ lại được tiếp tục bị chia nhỏ nếu nó gặp phải mạng có MTU nhỏ hơn kích thước
của nó. Chỉ có host đích là có khả năng ghép các mảnh lại với nhau. Vì mỗi mảnh được
xử lý độc lập nên có thể đi qua nhiều mạng và node khác nhau để tới đích.
1.3.1.4. Địa chỉ và định tuyến IP
8
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT

Địa chỉ: Mỗi trạm trong mạng đều được đặc trưng bởi một số hiệu nhất định gọi là
địa chỉ IP. Địa chỉ IP được sử dụng trong lớp mạng để định tuyến các gói tin qua mạng.
Do tổ chức và độ lớn của các mạng con trong liên mạng khác nhau, nên người ta chia địa
chỉ IP thành các lớp A, B, C, D, E.
Hình 1.6: Các lớp địa chỉ IPv4
Định tuyến trong mạng Internet: việc định tuyến trong một hệ thống mạng chuyển
gói chỉ ra tiến trình lựa chọn tuyến đường để gửi gói dữ liệu qua hệ thống đó. Router
chính là thành phần thực hiện chức năng bộ định tuyến. Việc định tuyến sẽ tạo nên mạng
ảo bao gồm nhiều mạng vật lý cung cấp dịch vụ phát chuyển gói tin theo một phương thức
phi kết nối. Có nhiều giao thức và phần mềm khác nhau được sử dụng để định tuyến. Việc
chọn kênh cho một gói tin dựa trên hai tiêu chuẩn: trạng thái của các nút và liên kết hoặc
khoảng cách tới đích (chiều dài quãng đường hoặc số hop trên đường). Một khi tiêu chuẩn
khoảng cách được chọn thì các tham số khác như: độ trễ, băng thông hoặc xác suất mất
gói…được tính đến khi lựa chọn tuyến.
1.3.1.5. Cấu trúc gói tin IPv6
Thế giới đang đối mặt với việc thiếu địa chỉ IP cho các thiết bị mạng, địa chỉ dài 32
bit không đáp ứng được sự bùng nổ của mạng. Thêm nữa, IPv4 là giao thức cũ, không đáp
ứng được các yêu cầu mới về bảo mật, sự linh hoạt trong định tuyến và hỗ trợ lưu lượng.
Diễn đàn IPv6 được bắt đầu vào tháng 7-1999 bởi 50 nhà cung cấp Internet hàng đầu với
mục đích phát triển giao thức IPv6, nó được thiết kế bao gồm các chức năng và định dạng
mở rộng hơn IPv4 để giải quyết vấn đề cải thiện chất lượng và bảo mật của Internet. IPv6
đặc biệt quan trong khi các thiết bị tính toán di động tiếp tục tham gia vào Internet trong
tương lai.
Do sự thay đổi bản chất của Internet và mạng thương mại mà giao thức liên mạng
IP trở nên lỗi thời. Trước đây, Internet và hầu hết mạng TCP cung cấp sự hỗ trợ các ứng
dụng phân tán khá đơn giản như truyền file, mail, truy nhập từ xa TELNET. Song ngày
9
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2

ĐTVT
nay, Internet ngày càng trở thành phương tiện, môi trường giàu tính ứng dụng, dẫn đầu là
dịch vụ www (World Wide Web). Tất cả sự phát triển này đã bỏ xa khả năng đáp ứng chức
năng và dịch vụ của IP. Một môi trường liên mạng cần phải hỗ trợ lưu lượng thời gian thực,
kế hoạch điều khiển tắc nghẽn linh hoạt và các đặc điểm bảo mật mà IPv4 hiện không đáp
ứng được đầy đủ. Hình 1.7 minh họa cấu trúc gói tin IPv6.
Hình 1.7: Cấu trúc tiêu đề IPv6
* Version (phiên bản): chỉ ra phiên bản IPv6.
* Traffic Class (lớp lưu lượng): có độ dài 8 bit, được dùng cho việc phân biệt lưu
lượng, từ đó ảnh hưởng đến khả năng ưu tiên của lưu lượng.
* Flow Label (nhãn luồng): có độ dài 20 bit, cho phép nguồn chỉ ra loại thông tin
trong dữ liệu để xác định cách xử lý đặc biệt từ nguồn tới đích theo thứ tự gói. Ví dụ như:
thoại, khung video hai loại này sẽ được ưu tiên hơn so với dữ liệu máy tính thông thường
khi qua gateway trung chuyển trong quá trinh gói tin chuyển trên mạng.
* Payload Length (độ dài tải tin): có độ dài 16 bit, xác định độ dài của phần tải tin
phía sau header. Giá trị mặc định tối đa là 64K octet, song có thể sử dụng lớn hơn bằng
cách lập trường này bằng 0 và bao gồm trường mở rộng (sau phần header cơ bản) với giá
trị thực nằm trong trường mở rộng này. Thông tin mở rộng được mang trong các header
mở rộng tách biệt riêng. Chúng nằm sau trường địa chỉ đích và hiện nay đã có một số
header loại này được định nghĩa. Mỗi loại được phân biệt bằng các giá trị khác nhau trong
trường header.
* Hop Limit (giới hạn bước nhảy): có độ dài 8 bit, được dùng để ngăn việc
datagram liên tục xoay vòng trở lại. Giá trị này giảm mỗi khi datagram đi qua một router
và nếu nó có giá trị bằng 0 trước khi tới được đích chỉ định thì datagram này sẽ bị hủy.
10
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
* Source Address và Destination Address (địa chỉ nguồn và địa chỉ đích): trường

địa chỉ nguồn và địa chỉ đích trong IPv6 có độ dài 128 bit, sử dụng hệ 16 (hecxa), ngăn
cách bằng dấu hai chấm.
Những đặc điểm của IPv6
+ Mở rộng không gian địa chỉ cho phép phân cấp và giải quyết được sự thiếu địa
chỉ. Với IPv6 có 2
128
địa chỉ (khoảng 3,4x10
38
địa chỉ).
+ Hiệu quả hơn trong việc định tuyến: việc đăng ký địa chỉ IPv6 được thiết kế để
kích cỡ của bảng định tuyến đường trục không vượt quá giá trị 10.000 trong khi kích cỡ
bảng định tuyến của IPv4 thường lớn hơn 100.000 bản ghi.
+ Tiêu đề nhỏ hơn so với các mở rộng tùy chọn, vì vậy một số trường bị loại bỏ
hoặc thay bằng tùy chọn nên làm giảm gánh nặng cho các quá trình xử lý và giảm chi phí
cho băng thông.
+ Tăng cường chất lượng dịch vụ.
+ Xây dựng sẵn cơ chế truyền tin an toàn.
+ Hỗ trợ mạng thông tin di động.
1.3.2. Giao thức lớp vận chuyển
1.3.2.1. Giao thức UDP
Giao thức UDP (User Datagram Protocol) cung cấp cơ chế chính yếu mà các
chương trình ứng dụng sử dụng để gửi đi các gói tin tới các chương trình ứng dụng khác.
UDP cung cấp các cổng để phân biệt các chương trình ứng dụng trên một máy tính đơn.
Nghĩa là, cùng với mỗi một bản tin gửi đi, mỗi bản tin UDP còn bao gồm một giá trị cổng
nguồn và cổng đích, giúp cho phần mềm UDP tại đích có thể phát chuyển gói tin tới đúng
nơi nhận và cho phép nơi nhận gửi trả lại xác nhận tin.
UDP cung cấp dịch vụ chuyển phát không định hướng, không đảm bảo độ tin cậy
như IP. UDP không sử dụng cơ chế xác nhận để đảm bảo gói tin đên đích hay không,
không thực hiện sắp xếp các bản tin và không cung cấp thông tin phản hồi để xác định
mức độ truyền thông tin giữa hai máy. Chính vì vậy, một chương trình ứng dụng sử dụng

giao thức UDP chấp nhận hoàn toàn trách nhiệm cho vấn đề xử lý độ tin cậy. Cấu trúc tiêu
đề của UDP được mô tả như trong hình 1.8.
Hình 1.8: Cấu trúc tiêu đề UDP
11
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
Các trường cổng nguồn và cổng đích chứa các giá trị 16 bit dùng cho cổng giao
thức UDP được sử dụng để tách các gói tin trong tiến trình đang đợi để nhận chúng. Cổng
nguồn là trường dữ liệu tùy chọn. Khi sử dụng, nó xác định cổng đáp xác nhận sẽ được
gửi đến. Nếu không được dùng, nó có giá trị zero. Trường độ dài chứa độ dài của UDP
tính theo octet, bao gồm cả phần đầu UDP và dữ liệu người sử dụng. Trường tổng kiểm
tra là vùng tùy chọn, cho phép việc cài đặt được thực hiện với ít bước tính toán hơn khi sử
dụng UDP trên mạng cục bộ có độ tin cậy cao. Tổng kiểm tra trong UDP cung cấp cách
duy nhất để đảm bảo rằng dữ liệu nhận được nguyên vẹn và nên được sử dụng thường
xuyên. Nếu giá trị của tổng kiểm tra bằng zero thì có nghĩa là trường tổng kiểm tra chưa
được tính và thường được thể hiện bằng cách cài đặt toàn bộ các bit 1, tránh với trường
hợp sau khi chạy thuật toán tổng kiểm tra cũng có thể sinh ra kết quả là các bit được lập
bằng 0 và giá trị của trường tổng kiểm tra cũng được xem bằng zero. UDP sử dụng
phương pháp gán phần đàu giả vào gói tin UDP, thêm vào đó một octet có giá trị zero để
có được đúng bội số của 16 bit và tính tổng cho toàn bộ. Octet được nối vào phần đầu giả
sẽ không được truyền đi cùng với gói tin UDP và chúng không được tính đến trong phần
độ dài.
1.3.2.2. Giao thức TCP
Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) cung cấp dịch vụ truyền thông dữ
liệu định hướng truyền thống cho các chương trình - dịch vụ chuyển dòng (stream) tin
cậy. TCP cung cấp một mạch ảo, còn được gọi là kết nối. Nó cấp khả năng đứt quảng,
kiểm tra lỗi và điều khiển luồng.
a) Cấu trúc tiêu đề TCP

Hình 1.9: Cấu trúc tiêu đề TCP
Giải thích ý nghĩa các trường:
* Source port, Destination port (cổng nguồn, cổng đích): chứa các giá trị cổng TCP
để xác định các chương trình ứng dụng tại hai đầu kết nối. Mỗi khi TCP nhận gói dữ liệu
từ IP, nó sẽ gỡ bỏ phần đầu IP và đọc phần đầu TCP. Khi đọc Destination port, nó sẽ tìm
12
Đồ án tốt nghiệp Đại học Công nghệ IP - VPN
Bùi Văn Nhật 45K
2
ĐTVT
trong tệp tin chứa các thông tin về dịch vụ để gửi dữ liệu đến chương trình ứng với số
cổng đó. Song với TCP, giá trị cổng phức tạp hơn UDP vì một giá trị cổng TCP cho trước
không tương ứng với một đối tượng đơn. Thay vì vậy, TCP được xây dựng trên kết nối
trừu tượng, trong đó các đối tượng được xác định là những liên kết mạch ảo, không phải
từng cổng. Ví dụ như giá trị 192.168.2.3,25 xác định cổng TCP 25 trên máy tính có địa
chỉ 192.168.2.3.
* Sequence Number (số thứ tự): xác định vị trí trong chuỗi các byte dữ liệu trong
segment của nơi gửi.
* Acknowledgment Number (số xác nhận): xác định số octet mà nguồn đang đợi
để nhận kế tiếp. Lưu ý là Sequence Number để chỉ đến lượng dữ liệu theo cùng chiều với
segment, trong khi giá trị Acknowledgment Number để chỉ đến dữ liệu ngược lại với
segment đến.
* Header length (độ dài tiêu đề): chứa một số nguyên để xác định độ dài của phần
đầu segment, được tính theo bội số của 32 bit. Giá trị này là cần thiết vì có phần Options
có độ dài thay đổi, tùy thuộc vào những lựa chọn đã được đưa vào.
* Unused (dự phòng): được dành riêng để sử dụng trong tương lai.
* Flags (bít mã): gồm có 6 bít để xác định mục đích và nội dung của segment, diễn
dịch các nội dung trong phần đầu dựa vào nội dung các bit. Ví dụ segment chỉ chuyển tải
ACK, hoặc chỉ chuyển đưa dữ liệu hay để tải những yêu cầu để thiết lập hoặc ngắt nối.
* Window (cửa sổ): thông báo cho máy tính đầu cuối kích thước vùng đêm cho quá

trình truyền.
* Urgent pointer (con trỏ khẩn cấp): yêu cầu kết nối gửi dữ liệu ngoài dòng xác
định, chương trình nhận phải được thông báo lập tức ngay khi dữ liệu đến cho dù nó nằm
ở đâu trong vùng dữ liệu. Sau khi xử lý xong dữ liệu khẩn cấp, TCP thông báo cho
chương trình ứng dụng trở về trạn thái thông thường.
Đơn vị truyền giữa hai phần mềm TCP trên hai máy được gọi là segment. Các
segment được trao đổi để thiết lập kết nối, để truyền dữ liệu, để gửi các ACK (thông báo
xác nhận đã nhận dữ liệu), để thông báo kích thước của cửa sổ (nhằm tối ưu hóa quá trình
truyền và nhận dữ liệu) và để ngắt kết nối.
13