NGHIÊN CỨU IPV4 & IPV6 VÀ CÁC CÔNG NGHỆ CHUYỂN ĐỔI IP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ & TRUYỀN THÔNG

THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH
Đề tài:
NGHIÊN CỨU IPV4 & IPV6
VÀ CÁC CÔNG NGHỆ CHUYỂN ĐỔI IP

Sinh viên thực hiện:
Giảng viên hướng dẫn:

TRƯƠNG VĂN QUÂN
Lớp: ĐTVT – K8B
ĐOÀN NGỌC PHƯƠNG

Thái Nguyên, 2013

1


LỜI MỞ ĐẦU
Những năm gần đây, nhờ có sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật cùng
với những tiến bộ vượt bậc trong các ngành công nghệ chế tạo đã và đang tạo ra làn
sóng mới, tạo ra những sản phẩm mang tính ứng dụng và đột phá cao. Internet là một
phần không thể thiếu trong cuộc sống con người. việc sử dụng địa chỉ ip để truyền
nhận kết nối giữa các thiết bị kết nối Internet đang là phất triển một cách mạnh mẽ.
Hơn hai thập kỷ qua con người đã chứng kiến sự ra đời và phát triển của Internet, kết
nối và chia sẻ với nhau qua mạng bây giờ đã khiến cho nguồn cung cấp địa chỉ
IPv4(Internet protocon version 4) đã cạn kiệt

2

MỤC LỤC

3


4


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN THẾ HỆ IPV4 VÀ NHỮNG HẠN CHẾ

1.1. Tổng quan thế hệ IPv4

1.1. 1khái niệm chung
Như chúng ta đã biết Internet là một mạng máy tính toàn cầu, do hàng nghìn
mạng máy tính từ khắp mọi nơi kết nối lại tạo nên. Khác với cách tổ chức theo các
cấp: nội hạt, liên tỉnh, quốc tế của một mạng viễn thông như mạng thoại chẳng hạn,
mạng Internet tổ chức chỉ có một cấp, các mạng máy tính dù nhỏ, dù to khi nối vào
Internet đều bình đẳng với nhau. Hàng chục triệu máy chủ trên hàng trăm nghìn mạng.
Để địa chỉ không được trùng nhau cần phải có cấu trúc địa chỉ đặc biệt quản lý thống
nhất và một Tổ chức của Internet gọi là Trung tâm thông tin mạng Internet - Network
Information Center (NIC) chủ trì phân phối, NIC chỉ phân địa chỉ mạng (Net ID) còn
địa chỉ máy chủ trên mạng đó (Host ID) do các Tổ chức quản lý Internet của từng quốc
gia một tự phân phối.
địa chỉ IP (viết tắt của từ Internet protocon) là một loại địa chỉ logic thuộc lớp
Network của mô hình OSI hay là một loại địa chỉ thông dụng được sử dụng bởi giao
thước IP trong chồng giao thức TCP IP thuộc lớp Internet. Địa chỉ IP cung cấp cho
chúng ta cách đánh địa chỉ linh hoạt, tiện dụng, gọn nhẹ và sẽ được sử dụng cho các

định tuyến do đó chúng ta buộc phải thông thuộc các thao tác chia địa chỉ IP, các thao
tác chia địa chỉ subnetmac, các thao tác như xem xét địa chỉ IP có hợp lệ hay không…
Hệ nhị phân (Binary): là hệ đếm chỉ sử dụng 2 bit [0,1] để biểu thị mọi giá trị
trong cuộc sống. hệ đếm nhị phân thường được sủ dụng tính toán trong các máy vi
tính, bởi vì nó thích hợp các trạng thái đóng mở của các linh kiện điện tử. Nhưng con
người chúng ta chỉ sử dụng hệ đếm thập phân (Decimal) để biểu thị mọi giá trị trong
cuộc sống, phép tính thực hiện với các con số thập phân được gọi là cơ số 10. Mọi chữ
số chỉ có thể được biểu diễn dưới dạng mười giá trị từ 0 đến 9. Nên trong các tính toán
5


địa chỉ IP chúng ta sẽ phải thông thạo cách biến đổi từ hệ thập phân sang hệ nhị phân
và ngược lại(Binary – Decimal).
1.1.2. Chức năng của địa chỉ IPv4
a) Định danh các giao diện mạng
Địa chỉ IPv4 cung cấp số định danh duy nhất cho những giao diện (card mạng)
tham gia vào mạng Internet. Từ đó xác định một node (máy tính, hoặc thiết bị mạng)
duy nhất trên mạng Internet.
b) Hỗ trợ cho định tuyến
Để truyền tải thông tin từ một mạng sang một mạng khác trên Internet, có những
thiết bị thực hiện chức năng làm cầu nối, chuyển tải thông tin giữa các mạng gọi là các
bộ định tuyến (router). Định tuyến là quy trình trên các thiết bị này để dịch chuyển gói
tin từ một mạng sang mạng khác trên liên mạng.
1.1.3. Cấu trúc địa chỉ IPv4
a) Thành phần và hình dạng địa chỉ IPv4
Địa chỉ Ipv4 (Internet protocon version 4) là một dãy nhị phân dài tổng cộng 32
bits nhị phân để đánh giá địa chỉ nên địa chỉ IPv4 chỉ có khoảng tức là hơn 4 tỉ địa chỉ
mà thôi. Được chia thành tổng cộng 3 phần chính:

Bit 1………………………………………………..…………..………..32

Hình 1.1. cấu trúc thành phần địa chỉ IPv4
• Bit nhận dạng lớp (Class bit).
• Địa chỉ của mạng (Net ID).
• Địa chỉ của máy chủ và các cổng truy nhập của các máy con (Host ID).

6


Bit nhận dạng lớp (Class bit) còn gọi là các bít tiền tố, dùng để phân biệt địa chỉ
ở lớp A hoặc B hoặc C. Một số nhất định các bit, tính từ trái qua trong địa chỉ IPv4
dùng để xác định mạng (Network ID). Phần này còn được gọi là tiền tố mạng (network
prefix) hay gọi tắt là tiền tố (prefix).
Địa chỉ Internet biểu diễn dưới dạng nhị phân:

Hình 1.2. Biểu diễn địa chỉ IPv4 dưới dạng nhị phân.
Địa chỉ Internet biểu diễn dưới dạng dãy số thập phân như sau:
XXX . XXX . XXX . XXX Với X là số thập phân từ 0 đến 9.
Ví dụ: 192.168.1.1 . Dạng viết đầy đủ của địa chỉ IPv4 là 3 con số trong từng
Octet. Ví dụ : địa chỉ IP thường thấy trên thực tế là 192.168.1.1 nhưng dạng đầy đủ là
192.168.001.001
a) Các lớp địa chỉ IPv4
Địa chỉ IPv4 chia ra 5 lớp A, B, C, D, E . Hiện tại chúng ta đã sử dụng hết lớp C,
còn lớp D và E Tổ chức internet đang để dành cho mục đích khác không phân.

7


Hình 1.3. Cấu trúc địa chỉ các lớp (Class) của IPv4.

Qua cấu trúc địa chỉ lớp IPv4 ta có nhận xét như sau:

Bit nhân dạng là những bit đầu tiên của lớp A là 0, của lớp B là 10, của lớp C là
110. Còn lớp D có 4 bit đầu tiên để nhân dạng là 1110, còn lớp E có 5 bít đầu tiên để
nhân dạng là 11110.
Địa chỉ lớp A: Trong địa chỉ lớp A bit đầu tiên trong địa chỉ này luôn là 0 và 7 bít
còn lại của lớp A được phân để định danh cho lớp mạng, còn 24 bít sau được dùng
định danh cho phần host. Tổng cộng ta xây dựng được =127. Nhưng theo luật thì các
bit phần mạng không được phép bằng 0 hết nên chúng ta chỉ có thể sử dụng bắt đầu từ
1 đến 127 giá trị. 24 bít sau dùng để định danh host. Quy ước, nếu các địa chỉ host
bằng 0 hết thì ta có một địa chỉ mạng, hoặc là các bít host bằng 1 hết thì đó là một địa
chỉ Broadcat. do đó ta phải bỏ qua 2 địa chỉ này. Vậy một mạng lớp A có Host tương
đương 16777214 host.

8


Địa chỉ lớp B: Có 2 Octet đầu là định danh phần mạng và 2 Octet sau là định
dạnh cho Host.trong lớp B này luôn có 2 bít đầu tiên luôn giữ cứng là [10]. Địa chỉ
mạng trong lớp B này được phân 14 bít để định danh phần mạng tức địa chỉ mạng.
Địa chỉ sẽ chạy từ 128.0.0.0 đên 191.255.0.0, còn phần host của lớp B bằng -2 địa chỉ
Host tương đương 65534 host.
Địa chỉ lớp C: Là địa chỉ có giá trị đinh danh phần mạng nhiều và host thì chỉ có
254 địa chỉ Host mà thôi. Lớp C có 3 bít đầu luôn giữ cố định là [110], có 3 Octet đầu
là định danh cho phần mạng còn 1 Octets sau là định danh cho Host. Lớp này có địa
chỉ mạng nhiều nhất với 21 bít để dịnh dạnh cho mạng, chạy từ địa chỉ 192.0.0.0 đến
223.255.255.0 .
Địa chỉ lớp D có 4 bít đầu nhận dạng là 1110 . địa chỉ chạy từ 224.0.0.0 đên
240.0.0.0 ( không phân). Địa chỉ lớp E có 5 bit đầu nhận dạng là 11110. Địa chỉ chạy
từ 241.0.0.0 đến 255.0.0.0 ( không phân).

Bảng 1.1. Thông số các lớp địa chỉ IPv4.

Địa
chỉ lớp

Vùng địa chỉ trên lý thuyết

Số mạng tối đa
sử dụng

Số máy chủ tối đa
trên từng mạng

126

16 777 214

16382

65534

2097150

254

A

Từ 0.0.0.0 đến 127.0.0.0

B

Từ 128.0.0.0 đến 191.255.0.0

C

Từ 192.0.0.0 đến 223.255.255.0

D

Từ 224.0.0.0 đến 240.0.0.0

Không phân

---

E

Từ 241.0.0.0 đến 255.0.0.0

Không phân

---

9


Địa
chỉ lớp

Vùng địa chỉ trên lý thuyết

Bít nhận dạng

Số bit dùng để
phân cho mạng

A

Từ 1.0.0.0 đến 127.0.0.0

0

7

B

Từ 128.1.0.0 đến 191.254.0.0

10

14

C

Từ 192.0.1.0 đến 223.255.254

110

21

D

Từ

1110

---

E

Từ
11110
---Như vây nếu chúng ta thấy 1 địa chỉ IP có 4 nhóm số cách nhau bằng dấu chấm,
nếu thấy nhóm số thứ nhất nhỏ hơn 126 biết địa chỉ này ở lớp A , nằm trong khoảng
128 đến 191 biết địa chỉ này ở lớp B và từ 192 đến 223 biết địa chỉ này ở lớp C.

1.2. Hạn chế của thế hệ IPv4
Năm 1973, TCP/IP được giới thiệu và ứng dụng vào mạng ARPANET. Vào thời
điểm đó, mạng ARPANET chỉ có khoảng 250 Site kết nối với nhau, với khoảng 750
máy tính. Internet đã và đang phát triển với tốc độ khủng khiếp, đến nay đã có hơn 60
triệu người dùng trên toàn thế giới. Theo tính toán của giới chuyên môn, mạng Internet
hiện nay đang kết nối hàng trăm ngàn Site với nhau, với hàng trăm triệu máy tính.
Trong tương lai không xa, những con số này không chỉ dừng lại ở đó.
Chúng ta đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ và trở nên vô cùng thông dụng
của Internet toàn cầu với giao thức IPv4. Cùng với sự phát triển vũ bão của máy tính
và công nghệ thông tin, kết nối mạng đã trở nên nhanh hơn, mạnh hơn hàng ngàn lần
thời kỳ ban đầu, cùng với sự đa dạng của công nghệ truyền dẫn, kết nối và dịch vụ
cung cấp trên mạng. Internet ngày càng trở nên rõ nét, nhằm cung cấp một nền tảng cơ
sở hạ tầng duy nhất với dịch vụ đa dạng.
1.2.1 Cấu trúc định tuyến không hiệu quả của IPv4
Địa chỉ IPv4 có cấu trúc định tuyến vừa phân cấp, vừa không phân cấp. Mỗi bộ
định tuyến (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

10


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).
1.2.2. Tính bảo mật và kết nối đầu cuối bị hạn chế
Trong cấu trúc thiết kế của 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
máy. Nếu áp dụng IPSec (Internet Protocol Security) 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 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. Trong đó, máy chủ biên dịch địa chỉ can thiệp vào gói tin truyền
tải và thay thế trường địa chỉ để các máy tính gắn địa chỉ riêng (private) có thể kết nối
vào mạng Internet.
Mô hình sử dụng NAT của địa chỉ IPv4 có nhiều nhược điểm:
• 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.
• NAT làm tăng trễ : trễ trong quá trình switching. CPU sẽ phải kiềm tra
mọi gói tin để xác định nó có phải translate gói tin đó hay ko? Và sau đó
thay đồi IP header thậm chí cả TCP header.
• 1 nhược điểm lớn nữa là khi ta sử dụng NAT, ta ko có khả năng kiểm tra
nguồn gốc của địa chỉ TP trong các kết nối end-to-end. Rất khó để tìm ra
dấu vết của gói tin đã trải qua nhiều lần thay đổi địa chỉ qua nhiều lần
NAT.
• NAT khiến cho 1 số ứng dụng sử dụng địa chỉ IP ko làm việc do nó giấu

địa chỉ IP. Các ứng dụng sử dụng địa chỉ vật lý mà ko sử dụng tên miền sẽ
ko thế tới được địa chỉ đích mà địa chỉ này đã bị translate qua NAT.
• NAT hỗ trợ TCP/UDP tuy nhiên nó ko cho phép các địa chỉ đích hay
nguồn của các ứng dụng truyền dừ liệu như HTTP, TFTP, Telnet. Các ứng
dụng mà NAT ho trợ : ICMP, FTP, NetBIOS over TCP/IP, DNS, …
11


1.2.3. Quản lý địa chỉ IPv4
Bên cạnh những giới hạn đã nêu ở trên, mô hình này còn có một hạn chế nữa
chính là sự thất thoát địa chỉ nếu sử dụng các lớp địa chỉ không hiệu quả. Mặc dù
lượng địa chỉ IPv4 hiện nay có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng trên thế giới, nhưng cách
thức phân bổ địa chỉ IPv4 không thực hiện được chuyện đó.
Mặc dù có thêm nhiều công cụ khác ra đời như kỹ thuật Subnetting (1985), kỹ
thuật VLSM (1987) và CIDR (1993), các kỹ thuật trên đã không cứu vớt IPv4 ra khỏi
một vấn đề đơn giản: không có đủ địa chỉ cho các nhu cầu tương lai. Cố khoảng 4 tỉ
địa chỉ IPv4 nhưng khoảng địa chỉ này là sẽ không đủ trong tương lai với những thiết
bị kết nối vào Internet và các thiết bị ứng dụng trong gia đình yêu cầu địa chỉ IP.
Một vài giải pháp ngắn hạn, chẳng hạn như ứng dụng RFC 1918 (Address
Allocation for Private Internets) trong đó dùng một phần không gian địa chỉ làm các
địa chỉ dành riêng và NAT là một công cụ cho phép hàng ngàn Host truy cập vào
Internet chỉ vói một vài IP họp lệ. Tuy nhiên, giải pháp mang tính dài hạn là việc đưa
vào IPv6 với cấu trúc địa chỉ 128 bit. Không gian địa chỉ rộng lớn của IPv6 không chỉ
cung cấp nhiều không gian địa chỉ hơn IPv4 mà còn có những cải tiến về cấu trúc.

CHƯƠNG 2
THẾ HỆ ĐỊA CHỈ MỚI IPV6
2.1. Tổng quan về thế hệ địa chỉ mới IPv6
2.1.1. Ra đời và phát triển phiên bản IPv6
Như chúng đa đã tìm hiểu ở chương 1, IPv4 có khá nhiều nhược điểm, trong đó

quan trọng nhất là việc không gian địa chỉ IPv4 đã chính thức cạn kiệt. Điều này dẫn
12


đến tất yếu phải ra đời một thế hệ địa chỉ mới giải quyết được những nhược điểm của
IPv4, đó là IPv6. Thế hệ địa chỉ IPv6 không những giải quyết được những vấn đề của
IPv4 mà còn cung cấp thêm một số ưu điểm rất hay:
• Không gian địa chỉ khổng lồ.
• Khả năng mở rộng về định tuyến dễ dàng.
• Hổ trợ tốt hơn truyền thông nhóm (truyền thông nhóm là một tùy chọn của
địa chỉ IPv4, tuy nhiên khả năng hổ trợ và tính khả dụng chưa cao).
• Hỗ trợ kết nối đầu cuối dễ dàng hơn và loại bỏ hoàn toàn công nghệ NAT.
• Không cần phải phân mảnh, không cần trường kiểm tra phần đầu.
• Bảo mật: do IPv6 hỗ trợ IPsec, nó làm cho các nút mạng IPv6 trở nên an
toàn hơn (thực ra IPsec có thể hoạt động được với cả IPv4 và IPv6).
• Tự động cấu hình: Đơn giản hơn trong việc cấu hình địa chỉ IP cho các
thiết bị bằng việc sử dụng địa chỉ IPv6. IPv6 có khả năng tự động cấu hình
mà không cần máy chủ DHCP như trong mạng sử dụng địa chỉ IPv4.
• Tính di động: cho phép hỗ trợ các nút mạng sử dụng địa chỉ IP di động
(thời điểm IPv4 được thiết kế, chưa tồn tại khái niệm về IP di động. Nhưng
thế hệ mạng mới thì dạng thiết bị này ngày càng phát triển, đòi hỏi cấu trúc
giao thức Internet phải hổ trợ tốt hơn.).
• Hoạt động: Trường phần đầu IPv4 làm thay đổi kích thước của gói tin IP và
thường bị bỏ đi không tính đến. Do các bộ định tuyến thường chuyển
hướng hoặc từ chối các gói khi nó bận. Đây chính là lý do ta không triển
khai IPsec trên nền IPv4. Các bộ định tuyến IPv6 khác nhau hoạt động dựa
trên cách xử lý địa chỉ IP và các tuyến khác nhau. Gói tin IPv6 có hai dạng
phần đầu: phần đầu cơ bản (basic header) và phần đầu mở rộng (extension
header). Phần đầu cơ bản có chiều dài cố định 40 bytes, chứa những thông
tin cơ bản trong xử lý gói tin IPv6, thuận tiện hơn cho việc tăng tốc xử lý

gói tin. Những thông tin liên quan đến dịch vụ mở rộng kèm theo được
chuyển hẳn tới một phân đoạn khác gọi là phần đầu mở rộng.
• Chi phí: giảm giá thành về công tác quản lý, tăng độ an ninh, hoạt động tốt
hơn, cần ít tiền hơn để đăng ký địa chỉ IP. Các chi phí này sẽ cân bằng chi
phí cho việc chuyển từ địa chỉ IPv4 sang địa chỉ IPv6.

13


2.1.2. Sự khác biệt giữa IPv4 và IPv6
Địa chỉ IPv6 có chiều dài gấp bốn lần chiều dài địa chỉ IPv4, gồm 128 bit. IPv6 là
phiên bản kế thừa của IPv4, thường được biểu diễn ở hệ cơ số 16. Nghĩa là trong khi
IPv4 chỉ có ~ 4,3 tỷ địa chỉ, thì IPv6 có tới ~ 3,4 * địa chỉ IP. Gấp lần so với địa chỉ
IPv4. Với số địa chỉ của IPv6 nếu rãi đều trên bề mặt trái đất (diện tích bề mặt trái đất
là 511263 tỷ mét vuông) thì mỗi mét vuông có khoảng 665.570 tỷ tỷ địa chỉ.

Hình 2.1. Số bít trong IPv4 so với IPv6.
địa chỉ IPv6 và địa chỉ IPv4 có nhiều điểm khác biệt với nhau được thể hiện trong
bảng 2.1.

Bảng 2.1. So sánh địa chỉ IPv4 và Ipv6.
Địa chỉ IPv4
Độ dài địa chỉ là 32 bits (4 byte).
IPsec chỉ là tùy chọn
Phần đầu của địa chỉ IPv4 không có
trường xác định luồng dữ liệu của gói
tin cho các bộ định tuyến để xử lý
QoS(chất lượng dịch vụ).
Việc phân đoạn được thực hiện bởi cả
bộ định tuyến và máy chủ gửi gói tin.

Địa chỉ IPv6
Độ dài địa chỉ là 64 bits (8 byte).
IPsec được gắn liền với IPv6.
Trường nhãn dòng cho phép xác định
luồng gói tin để các bộ định tuyến có thể
đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS.
Việc phân đoạn chỉ được thực hiện bởi
máy chủ phía gửi mà không có sự tham
gia của bộ định tuyến.
14


Phần tiêu đề (Header) có chứa trường Không có trường kiểm tra trong tiêu đề
kiểm tra (checksum).
IPv6.
Phần đầu có chứa nhiều tùy chọn.
Tất cả các tùy chọn có đều nằm trong
phần đầu mở rộng.
Giao thức ARP sử dụng việc quảng bá Bản tin ARP Request được thay thế bởi
bản tin ARP Request để xác định địa các thông báo dò tìm các nút mạng truyền
chỉ vật lý.
thông lân cận.
Sử dụng giao thức IGMP để quản lý Giao thức IGMP được thay thế bởi các
thành viên các nhóm mạng con cục bộ. thông báo.
Sử dụng ICMP tìm kiếm định tuyến để Sử dụng thông báo quảng bá bộ định
xác định địa chỉ cổng Gateway mặc tuyến (Router Advertisement) và ICMP
định phù hợp nhất, là tùy chọn.
dò tìm bộ định tuyến thay cho ICMP tìm
kiếm định tuyến, là bắt buộc.

Địa chỉ Broadcast được sử dụng để Không có địa chỉ Broadcast, thay vào đó
truyền bản tin tới tất cả các nút mạng.
là địa chỉ Multicast.
Thiết lập cấu hình bằng thủ công hoặc Cho phép cấu hình tự động hay cấu hình
sử dụng DHCP.
qua DHCP.
Địa chỉ máy chủ được lưu trong DNS Địa chỉ máy chủ được lưu trong DNS
với mục đích ánh xạ sang địa chỉ IPv4. với mục đích ánh xạ sang địa chỉ IPv6.
Hỗ trợ gói tin kích thước 576 bytes
Hỗ trợ gói tin kích thước 1280 bytes
2.1.3. Đặc điểm và cấu trúc địa chỉ IPv6
a) Đặc điểm của IPv6
Trong IPv6 giao thức mạng IP được cải tiến rất nhiều để thích nghi được với sự
phát triển không ngừng của Internet. Những giao thức liên quan, như ICMP cũng đựơc
cải tiến. Những giao thức khác trong tầng mạng như ARP, RARP, IGMP đã hoặc bị
xoá bỏ hoặc có trong giao thức ICMPv6. Những giao thức định tuyến như RIP, OSPF
cũng được cải tiến khả năng thích nghi với những thay đổi này. Những chuyên gia
truyền thông dự đoán IPv6 và những giao thức liên quan với nó sẽ nhanh chóng thay
thế phiên bản IPv4 hiện thời. IPv6 có những ưu điểm như:
+ Không gian địa chỉ lớn
IPv6 có địa chỉ nguồn và đích dài 128 bit. Mặc dù 128 bit có thể tạo hơn 3,4*tổ
hợp, không gian địa chỉ của IPv6 được thiết kế dự phòng đủ lớn cho phép phân bổ địa
15


chỉ và mạng con từ trục xương sống internet đến từng mạng con trong một tổ chức.
Các địa chỉ hiện đang phân bổ để sử dụng chỉ chiếm một lượng nhỏ và vẫn còn thừa
rất nhiều địa chỉ sẵn sàng cho sử dụng trong tương lai. Với không gian địa chỉ lớn này,
các kỹ thuật bảo tồn địa chỉ như NAT sẽ không còn cần thiết nữa.
+ Tăng sự phân cấp địa chỉ

Các địa chỉ toàn cục của IPv6 được thiết kế để tạo ra một hạ tầng định tuyến hiệu
quả, phân cấp và có thể tổng quát hóa dựa trên sự phân cấp thường thấy của các nhà
cung cấp dịch vụ Internet (ISP) trên thực tế. Trên mạng internet dựa trên IPv6, các
router mạng xương sống (backbone) có số mục trong bảng định tuyến nhỏ hơn rất
nhiều.
+ Đơn giản hóa việc đặt địa chỉ máy trạm (host)
IPv6 sử dụng 64 bit sau để phân biệt máy trạm, trong 64 bit đó bao gồm 48 bit là
địa chỉ MAC của máy, do đó, phải thêm vào đó một số bit đã được định nghĩa trước
mà các thiết bị định tuyến sẽ biết được những bit này trên mạng. Bằng cách này, mọi
máy trạm sẽ có một mã số duy nhất trong mạng.

+ Khuôn dạng phần đầu( Header) xử lý hiệu quả
Phần đầu của IPv6 được thiết kế để giảm chi phí đến mức tối thiểu. Điều này đạt
được bằng cách chuyển các trường không quan trọng và các trường tùy chọn sang các
phần đầu mở rộng được đặt phía sau của phần đầu IPv6. Khuôn dạng phần đầu mới
của IPv6 giúp cho việc xử lý tại các bộ định tuyến được hiệu quả hơn.
+ Tự cấu hình địa chỉ dễ dàng
Để đơn giản cho việc cấu hình các trạm, IPv6 hỗ trợ cả việc tự cấu hình địa chỉ
stateful như khả năng cấu hình máy chủ DHCP và tự cấu hình địa chỉ không trạng thái
(stateless). Với tự cấu hình địa chỉ dạng không trạng thái, các máy trạm trong liên kết
tự động cấu hình chúng với địa chỉ IPv6 của liên kết và với địa chỉ rút ra từ tiền tổ
được quảng bá bởi bộ định tuyến cục bộ. Thậm chí nếu không có bộ định tuyến, các

16


trạm trên cùng một liên kết có thể tự cấu hình chúng với các địa chỉ cục bộ liên kết và
giao tiếp với nhau mà không phải thiết lập cấu hình thủ công.
+ Khả năng xác thực bảo mật an ninh tốt
IPSec (IP Security) là một tiêu chuẩn do IETF đưa ra cho lĩnh vực an ninh mạng

IP, được sử dụng cho cả IPv4 và IPv6. Mặc dù các chức năng cơ bản là giống hệt nhau
trong cả hai môi trường, nhưng với IPv6 thì IPSec là tính năng bắt buộc. IPsec được
kích hoạt trên tất cả các node IPv6 và sẵn sàng để sử dụng.

Hình 2.2. Bảo mật trên các node trong IPv6
+ Hỗ trợ tốt hơn tính năng di động
Tính di động (Mobility) là một tính năng rất quan trọng trong hệ thống mạng
ngày nay. Mobile IP là một tiêu chuẩn của IETF cho cả IPv4 và IPv6. Mobile IP cho
phép thiết bị di chuyển mà không bị đứt kết nối, vẫn duy trì được kết nối hiện tại.
Trong IPv4, mobile IP là một tính năng mới cần phải được thêm vào nếu cần sử dụng.
Ngược lại với IPv6, tính di động được tích hợp sẵn, có nghĩa là bất kỳ node IPv6 nào
cũng có thể sử dụng được khi cần thiết.

17


Hình 2.3. IPv6 Mobility
Thêm vào đó phần header của định tuyến trong IPv6 làm cho Mobile IPv6 hoạt
động hiệu quả hơn Mobile IPv4. Chính vì vậy, trong tương lai các thiết bị di động như
laptop, máy tính bảng, smartphone... sẽ dùng địa chỉ IPv6 tích hợp sử dụng trên cơ sở
hạ tầng của mạng viễn thông.
+ Khả năng mở rộng trong tương lai
Thiết kế của IPv6 có sự dự phòng cho sự phát triển trong tương lai đồng thời dễ
dàng mở rộng khi có nhu cầu.

+ Header đơn giản
Header của IPv6 đơn giản và họp lý hơn IPv4. IPv6 chỉ có 6 trường và 2 địa chỉ,
trong khi IPv4 chứa 10 trường và 2 địa chỉ. Do vậy các gói tin IPv6 di chuyển nhanh
hơn trong mạng. Dẫn đến tốc độ mạng sẽ được cải thiện hơn.
b) Biểu diễn địa chỉ IPv6

Địa chỉ IPv6 không biểu diễn dưới dạng số thập phân. Địa chỉ IPv6 được viết
theo 128 bit nhị phân hoặc thành một dãy số Hexa. Tuy nhiên, nếu viết một dãy số 128
18


bit nhị phân thì không thuận tiện, và để nhớ chúng là một điều khó khăn. Do vậy, địa
chỉ IPv6 được biểu diễn dưới dạng một dãy số Hexa.
Để biểu diễn 128 bit nhị phân IPv6 thành dãy chữ số Hexa, người ta chia 128 bit
này thành các nhóm 4 bit, chuyển đổi từng nhóm 4 bit thành số Hexa tương ứng và
nhóm 4 số Hexa thành một nhóm phân cách bởi dấu “:”. Kết quả, một địa chỉ IPv6
được biểu diễn thành một dãy số gồm 8 nhóm số Hexa cách nhau bằng dấu “:”, mỗi
nhóm gồm 4 chữ số Hexa
Ví dụ: Địa chỉ IPv6 : 128 bit

Hình 2.4. Ví dụ về biểu fieenx IPv6
Trong một số trường hợp, dãy 32 số hexa của 1 địa chỉ IPv6 có thể có nhiều chữ
số 0 đi liền nhau, để rút gọn địa chỉ IPv6 ta có thể được viết vắn tắt bằng việc giảm
thiểu các số 0 ở các bit đầu.
Ví dụ: [1080:0000:0000:0000:0008:0800:200C:417A ]
Do đó cơ chế rút gọn địa chỉ được dùng để biểu diễn dễ dàng hơn các loại địa chỉ
dạng này. Ta không cần viết các số 0 ở đầu các nhóm, nhưng những số 0 bên trong thì
không thể xoá. Ta sẽ có địa chỉ sau khi rút gọn: [1088:0:0:0:8:800:200C:463A]
Địa chỉ IPv6 còn có một nguyên tắc nữa là nếu có các nhóm số 0 liên tiếp chúng
ta có thể nhóm các số 0 lại thành 2 dấu hai chấm “::”, như vậy địa chỉ ở trên ta có thể
viết lại như sau: [1088::8:800:200C:463A].
Chú ý: chúng ta chỉ có thể sử dụng dấu “::” một lần duy nhất trên 1 địa chỉ biểu
diễn của IPv6.

19

Có một trường hợp đặc biệt cần lưu ý. Đối với loại địa chỉ IPv4-embedded IPv6
được hình thành bằng cách gán 96 bit 0 vào trước một địa chỉ IPv4. Để hạn chế khả
năng nhầm lẫn trong việc chuyển đổi giữa ký hiệu chấm thập phân trong IPv4 với
chấm thập lục phân trong IPv6. Các nhà thiết kế IPv6 cũng thiết lập một cơ chế để giải
quyết vấn đề này.
Ví dụ: với một địa chỉ IPv4 10.0.0.1. Địa chỉ IPv4 – embedded IPv6 dạng
[0:0:0:0:0:0:A0:01] ta vẫn có thể giữ nguyên chấm thập phân của phần cuối. Trong
trường hợp này, viết địa chỉ lại dưới dạng [::10.0.0.1].
c) Cấu trúc địa chỉ IPv6
Cấu trúc chung của một địa chỉ IPv6 thường thấy như sau (một số dạng địa chỉ
IPv6 có thể không tuân theo cấu trúc này):

Hình 2.5. Cấu trúc địa chỉ IPv6
Trong 128 bit địa chỉ IPv6, có một số bit thực hiện chức năng xác định:
Bit xác định loại địa chỉ IPv6 (bits tiền tố - prefix): Địa chỉ IPv6 có nhiều loại
khác nhau, mỗi loại địa chỉ có chức năng nhất định trong phục vụ giao tiếp. Để phân
loại địa chỉ, một số bit đầu trong địa chỉ IPv6 được dành riêng để xác định dạng địa chỉ
được gọi là bit tiền tố (prefix). Các bit tiền tố này sẽ quyết đinh địa chỉ thuộc loại nào
và số lượng địa chỉ đó trong không gian chung IPv6.
Ví dụ: 8 bits tiền tố “11111111” = “FF”, xác định dạng địa chỉ multicast sử dụng
khi một node muốn giao tiếp đồng thời với nhiều node khác. Địa chỉ multicast chiếm
1/256 không gian địa chỉ IPv6. Ba bit tiền tố "001" xác định dạng địa chỉ unicast (dạng
địa chỉ cho giao tiếp một - một) định danh toàn cầu, tương đương như địa chỉ IPv4
công cộng chúng ta vẫn thường sử dụng hiện nay.
20


Các bit định danh giao diện (Interface ID): Ngoại trừ dạng địa chỉ multicast và
một số dạng địa chỉ dành cho mục đích đặc biệt, địa chỉ IPv6 sử dụng trong giao tiếp

toàn cầu, cũng như địa chỉ dùng trong giao tiếp giữa các node IPv6 trên một đường kết
nối (link-local), và địa chỉ được thiết kế cho giao tiếp trong phạm vi một mạng (sitelocal) đều có 64 bit cuối cùng được sử dụng để xác định một giao diện duy nhất.
Trong địa chỉ IPv6, 64 bit định danh giao diện có thể tự động tạo nên từ địa chỉ
card mạng. Nếu 64 bit định danh giao diện luôn luôn được tạo nên từ địa chỉ card
mạng, hoàn toàn có thể truy cứu được lưu lượng của một node nhất định, từ đó xác
định được người sử dụng và việc sử dụng Internet. Để đảm bảo vấn đề về quyền riêng
tư, IETF đưa ra một cách thức khác để tạo 64 bit định danh giao diện, trên nguyên tắc
sử dụng thuật toán gắn một số ngẫu nhiên làm 64 bit định danh giao diện. Định danh
đó là tạm thời và sẽ thay đổi theo thời gian.
2.1.4. Phân loại địa chỉ trong IPv6
a) Multicast
Trong IPv6, multicast hoạt động giống như trong IPv4. Tự đặt các node IPv6 có
thể lắng nghe lưu lượng multicast trên một địa chỉ multicast IPv6 tùy ý. Các node IPv6
có thể nghe nhiều địa chỉ multicast cùng một lúc. Các node có thể tham gia hoặc để lại
một nhóm multicast ở bất kỳ thời điểm nào.
Địa chỉ truyền thông nhóm được thiết kế để thực hiện cả chức năng quảng bá và
truyền thông nhóm. Mỗi dạng địa chỉ truyền thông nhóm có phạm vi hoạt động nhất
định. Lưu lượng của địa chỉ truyền thông nhóm sẽ được chuyển tới toàn bộ các nút
mạng trong một phạm vi nào đó hay chỉ được chuyển tới nhóm các nút mạng trong
phạm vi là tùy thuộc vào dạng địa chỉ truyền thông nhóm.

21


Hình 2.6. Kết nối Multicast
Địa chỉ multicast có 8 bit đầu tiên thiết lập 1111 1111. Một địa chỉ IPv6 dễ dàng
để phân biệt loại multicast bởi vì nó luôn bắt đầu với “FF”. Địa chỉ multicast không
thể được sử dụng như địa chỉ nguồn hoặc là các điểm đến trung gian trong một tiêu đề
mở rộng tuyến.

Hình 2.7. Cấu trúc địa chỉ dạng Multicat

22


Các trường trong địa chỉ multicast là:
+ Flags (Cờ): Chỉ ra những cờ trên địa chỉ multicast. Kích thước của trường này
là 4 bit.
• Thứ tự bit thấp đầu tiên là cờ Transient (T): Khi thiết lập là 0, cờ T chỉ ra
rằng địa chỉ multicast là một địa chỉ multicast vĩnh viễn, được phân bổ bởi
IANA. Khi thiết lập là 1, cờ T chỉ ra rằng địa chỉ multicast là một địa chỉ
được gắn bởi người sử dụng trong một phạm vi nhất định.
• Bit thấp thứ hai là cho cờ tiền tố Prefix (P): cho biết địa chỉ multicast được
dựa trên một địa chỉ tiền tố địa chỉ unicast.
• Bit thấp thứ ba là địa chỉ cờ Rendezvous (R): cho biết các địa chỉ multicast
có chứa một địa chỉ điểm nhúng.
+ Scope (Phạm vi) : Chỉ ra phạm vi liên mạng IPv6, cho lưu lượng truy cập
multicast là dự định. Kích thước của trường này là 4 bit. Ngoài thông tin được cung
cấp bởi các giao thức định tuyến multicast, router sử dụng phạm vi multicast để xác
định xem lưu lượng multicast có thể được chuyển tiếp hay không.
+ Group ID (Nhóm ID) : Xác định các nhóm multicast là duy nhất trong một
phạm vi. Giá trị các bit định danh nhóm sẽ xác định các nhóm multicast. Lưu lượng có
địa chỉ đích multicast sẽ được chuyển tới các máy thuộc nhóm multicast xác định bởi
định danh nhóm Group ID, trong phạm vi xác định bởi giá trị trường Scope.
Trong địa chỉ IPv6 multicast, 32 bit cuối được sử dụng để xác định nhóm
multicast. Theo thiết kế ban đầu, định danh nhóm gồm 112 bit. Với 112 bit, có thể xác
định nhóm. Tuy nhiên, để có thể truyền trên mạng tới đích, dữ liệu phải chứa đồng thời
thông tin địa chỉ IP (lớp mạng) và địa chỉ lớp 2 (địa chỉ MAC trong trường hợp kết nối
Ethernet) tương ứng. Để có thể ánh xạ 1-1 từ một địa chỉ IPv6 multicast tới một địa chỉ
Ethernet multicast MAC duy nhất, số lượng bit của phần định danh nhóm được khuyến

nghị là 32 bit.
b) Anycast
Anycast là khái niệm mới trong địa chỉ IPv6. Một địa chỉ Anycast được giao cho
nhiều giao diện. Các gói tin đến một địa chỉ anycast được chuyển tiếp bởi cơ sở hạ
23


tầng định tuyến để giao diện gần nhất mà các địa chỉ anycast được giao. Để tạo điều
kiện giao tiếp, cơ sở hạ tầng định tuyến phải được nhận thức của các giao diện được
giao địa chỉ anycast và “khoảng cách” về số liệu định tuyến.
Hiện nay, các địa chỉ anycast được sử dụng như địa chỉ đích và chỉ được giao cho
các router. Địa chỉ anycast được giao của không gian địa chỉ unicast và phạm vi của
một địa chỉ anycast là phạm vi của các loại địa chỉ unicast mà từ đó các địa chỉ anycast
được giao.

Hình 2.8. Cấu trúc địa chỉ dạng Anycast
c) Unicast ( truyền thông đơn hướng)

24


Hình 2.9. Kết nối trong địa chỉ Unicast

Hình 2.10. Các loại địa chỉ Unicast
+ Địa chỉ đặc biệt: IPv6 sử dụng hai địa chỉ đặc biệt sau đây trong giao tiếp:
Địa chỉ 0:0:0:0:0:0:0:0 hay còn được viết "::" là loại địa chỉ “không định danh”
được nút mạng IPv6 sử dụng để thể hiện rằng hiện tại nó không có địa chỉ. Địa chỉ “::”
được sử dụng làm địa chỉ nguồn cho các gói tin trong quy trình hoạt động của một nút
mạng IPv6 khi tiến hành kiểm tra xem có một nút mạng nào khác trên cùng đường kết
nối đã sử dụng địa chỉ IPv6 mà nó đang dự định dùng hay chưa. Địa chỉ này không bao

giờ được gắn cho một giao diện hoặc được sử dụng làm địa chỉ đích.
Địa chỉ 0:0:0:0:0:0:0:0:1 hay "::1" được sử dụng làm địa chỉ xác định giao diện
vòng lặp (loopback), cho phép một nút mạng gửi gói tin cho chính nó, tương đương
với địa chỉ 127.0.0.1 của IPv4. Các gói tin có địa chỉ đích ::1 không bao giờ được gửi
trên đường kết nối hay chuyển tiếp đi bởi bộ định tuyến. Phạm vi của dạng địa chỉ này
là phạm vi nút mạng.
+ Global: Địa chỉ Global tương đương với địa chỉ IPv4 công cộng là chỉ đơn
hướng trên mạng toàn cầu. Nó có thể định tuyến chung trên toàn cầu và có thể truy cập
trên từng phần IPv6 Internet. Không giống như IPv4 hiện tại, mà là một hỗn hợp của
cả hai định tuyến bằng phẳng và phân cấp, mạng Internet IPv6 dựa trên thiết kế từ nền
tảng của nó để hỗ trợ hiệu quả, phân cấp địa chỉ và định tuyến.

25