Công nghệ IPv4 IPv6 và các công nghệ chuyển đổi

Mục lục

1


Danh mục hình vẽ

2


Danh mục từ viết tắt
NIC
DHCP
ID

Network Information Center
Dynamic Host Configuration Protocol
Identifycation

TCP

Transmission Control Protocol

IPv6

Internet Protocol Version 6

ARPANET

Advanced Research Projects Agency Network

IPSec

Internet Protocol Security

NAT

Network Address Translation

UDP

User Datagram Protocol

HTTP

HyperText Transfer Protocol

ICMP

Internetwork Control Message Protocol

DNS

Domain Name System

QoS

Quality of Service

ARP

Address Resolution Protocol

IGMP

Internet Group Management Protocol

RARP

Reverse Address Resolution Protocol

RIP

Routing Information Protocol

MAC

Media Access Control

IETF

Internet Engineering Task Force

ISP
OECD

Internet service provider
Organization for Economic Co-operation and Development

ISATAP

Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol

NBMA

non-broadcast multiple access

ALG

Application Level Gateway

3


Lời mở đầu
Đứng trước sự phát triển mạnh mẽ của các nền công nghệ viễn thông và công nghệ
thông tin đặc biết trong lĩnh vực mạng máy tính thì ngoài việc giải quyết vấn đề lưu
lượng cho mạng thì địa chỉ của các thiết bị mạng như địa chỉ các mạng máy tính thì ngoài
việc giải quyết vấn đề về lưu lượng cho mạng thì địa chỉ của các thiết bị mạng như địa
chỉ của các máy tính, máy in, mail server, web server, các dịch vụ Internet, phát triển các
mạng giáo dục, các thiết bị di động cho đến các thiết bị điều khiển từ xa qua Internet…
đang là một vấn đề nóng hổi của cả thế giới.
Hiện nay, chúng ta đang sử dụng địa chỉ Internet thế hệ địa chỉ IPv4. Trên lý thuyết,
không gian IPv4 bao gồm hơn 4 tỷ địa chỉ. Tuy nhiên đứng trước sự phát triển mạnh mẽ
về số lượng thiết bị mạng như hiện nay thì việc xảy ra thiếu hụt không gian địa chỉ IP là
không thể tránh khỏi, cùng với hạn chế trong công nghệ. Cuối năm 2012 NIC đã công bố
việc nguồn cấp phát địa chỉ IPv4 sau 30 năm hoạt động đã chính thức cạn kiệt, nhưng
không vì thế mà kết thúc từ đấy. IPv4 vẫn hoạt động thêm nhiều năm nữa nhưng không
còn cung cấp địa chỉ mới. Thay vào đó, mạng Internet sẽ chào đón một phiên bản mới đó
là IPv6.
Phiên bản IPv6 là một phiên bản địa chỉ mới, được thiết kế với hy vọng khắc phục

những hạn chế vốn có của địa chỉ IPv4 như không gian địa chỉ, cấu trúc định tuyến, bảo
mật đường truyền đồng thời đem lại những đặc tính mới thả mãn nhu cầu dịch vụ của các
hệ thống mạng Internet như khả năng tự động cấu hình mà không cần máy chủ DHCP,
cấu trúc định tuyến tốt hơn, bảo mật và dị động tốt hơn. Hiện tại IPv6 đã và đang được
chuẩn hóa từng bước, để việc đưa vào sử dụng thực tế. Bên cạnh đó cần có những yếu tố
về công nghệ chuyển đổi giữa các gói tín IPv4/IPv6.z
Trong nội dung này em xin được trình bày 3 chương:
Chương 1: Tổng quan IPv4 và những hạn chế.
Chương 2: Thế hệ địa chỉ mới IPv6.
Chương 3: Các công nghệ chuyển đổi IPv4/IPv6.

4


Em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn đến cô giáo Đoàn Ngọc Phương – Bộ môn Tin
Học Viễn Thông – Khoa Công Nghệ Điện Tử & Truyền Thông – Đại Học Công Nghệ
Thông Tin & Truyền Thông đã tạo điều kiện giúp đỡ, chỉ bảo, hướng dẫn em hoàn thành
đề tài thực tập chuyên ngành này.
Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài không
tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các thầy, cô để em
hoàn thiện hơn đề tài này.
Thái Nguyên, tháng 4 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Trương Văn Quân

5


Chương 1
Tổng quan IPv4 và những hạn chế

1.1.Tổng quan thế hệ IPv4

1.1.1. Khái 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 subnet mask, 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 sử 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 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).

6

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:

Hì
nh 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).
Bit nhận dạng lớp (Class bit) còn gọi là các bit 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).

7


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 IPv4 chúng ta thường thấy trên thực tế là 192.168.1.1 nhưng dạng đầy đủ
là 192.168.001.001.
b) 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 chia.

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

8


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] và lớp E có 5 bit 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 bit
còn lại của lớp A được phân để định danh cho lớp mạng, còn 24 bit sau được dùng định
danh cho phần host. Tổng cộng ta xây dựng được . 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 giá trị 1 đến giá
trị 127. 24 bit sau dùng để định danh cho phần host. Quy ước, nếu các địa chỉ host bằng 0
hết thì ta có một địa chỉ mạng, hoặc là các bit host bằng 1 hết thì đó là một địa chỉ
Broadcast. Do đó ta phải bỏ qua 2 địa chỉ này. Vậy một mạng lớp A có host tương
đương 16777214 địa chỉ host.
Địa chỉ lớp B: Có 2 Octet đầu là định danh phần mạng và 2 Octet sau là định danh
cho host. Trong lớp B này luôn có 2 bit đầu tiên luôn giữ cứng là [10]. Địa chỉ mạng

trong lớp B này được phân 14 bit để định danh phần mạng tức địa chỉ mạng. Địa chỉ sẽ
chạy từ 128.0.0.0 đến 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 định danh phần mạng nhiều và host thì chỉ có
254 địa chỉ Host mà thôi. Lớp C có 3 bit đầu luôn giữ cố định là [110], có 3 Octet đầu là
định danh cho phần mạng còn một Octet sau là định danh cho Host. Lớp này có địa chỉ
mạng nhiều nhất với 21 bit để dịnh dạnh cho mạng, chạy từ địa chỉ 192.0.0.0 đến
223.255.255.0 .
Địa chỉ lớp D có 4 bit đầu nhận dạng là [1110]. Địa chỉ chạy từ 224.0.0.0 đến
240.0.0.0 (không phân chia).
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 chia).

Bảng 1.1. Thông số các lớp địa chỉ IPv4
9


Địa
chỉ lớp

Vùng địa chỉ trên lý thuyết

Số mạng tối
đa sử dụng

Số Host 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

---

Bit nhận
dạng

Số bit của Host

Địa
chỉ lớp

Vùng địa chỉ trên lý thuyết

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 vậy nếu chúng ta thấy một 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, theo thống kê đến năm 2012

đã có trên 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
10


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 phát triển mạnh mẽ hơn, nhằm cung cấp một nền tảng
cơ sở hạ tầng duy nhất với dịch vụ đa dạng. Từ đây xuất hiện nhiều vấn đề như việc bảo
mật, không gian địa chỉ thiếu hụt do việc gia tăng các nhu cầu thiết yếu như hiện nay.
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 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 không và sau đó thay
đổi IP header thậm chí cả TCP header.

11


• Một nhược điểm lớn nữa là khi ta sử dụng NAT, ta không 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 không sử dụng tên miền sẽ
không 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 dữ liệu như HTTP, TFTP, Telnet. Các ứng dụng mà
NAT hỗ trợ: ICMP, FTP, NetBIOS over TCP/IP, DNS, …
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. Có 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 sử dụng chuẩn 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
với một vài IP hợp 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.

12


Chương 2
Thế hệ địa chỉ 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 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 như:
• 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 header.
• 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 Header 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 header: Header
cơ bản (basic header) và header mở rộng (extension header). header cơ bản có
13


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
header 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.
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 rải 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 bit 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.
Header của địa chỉ IPv4 không có
trường xác định luồng dữ liệu của gói
tincho các bộ định tuyến để xử lý
QoS(chất lượng dịch vụ).

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.

14


Việc phân đoạn được thực hiện bởi cả Việc phân đoạn chỉ được thực hiện bởi
bộ định tuyến và máy chủ gửi gói tin.
máy chủ phía gửi mà không có sự tham
gia của bộ định tuyến.
Phần tiêu đề (Header) có chứa trường Không có trường kiểm tra trong tiêu đề
kiểm tra (checksum).
IPv6.
header có chứa nhiều tùy chọn.
Tất cả các tùy chọn có đều nằm trong
header 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 giaothức 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 thước1280 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
15


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 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, mỗi máy trạm
sẽ có một mã số duy nhất trong mạng.
+ Khuôn dạng header xử lý hiệu quả
Header 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 header
mở rộng được đặt phía sau của header IPv6. Khuôn dạng header 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 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
16


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 hợp 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 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.

18


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 một địa chỉ biểu
diễn của IPv6.
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.
19


Ví dụ: Với một địa chỉ IPv4 [10.0.0.1]. Địa chỉ IPv4 - embedded IPv6 có dạng là
[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 chia 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 định 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.
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 IP dùng trong giao tiếp giữa các node IPv6 trên cùng một đường kết nối
(link-local), và địa chỉ được thiết kế cho giao tiếp trong phạm vi một mạng (site-local)
đều có 64 bit cuối cùng được sử dụng để xác định một giao diện duy nhất.

20


Trong địa chỉ IPv6, có 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.

Hình 2.6. Kết nối Multicast

21


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
Các trường trong địa chỉ multicast là:
+ Flags (cờ): Chỉ ra những cờ trên địa chỉ multicast kích thước của trường dài 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. [0000] là dành trước, [0001] là

22


Node cục bộ, [0010] là Link cục bộ, [0101] Site cục bộ, [1000] là tổ chức cục bộ, [1110]

dùng chung còn [1111] là dành riêng.
+ 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 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

23


c) Unicast (truyền thông đơn hướng)

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.
24


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.

Hình 2.11. Cấu trúc địa chỉ Global
Các trường trong địa chỉ Global như sau:
Cố định phần thiết lập [001]: Các địa chỉ tiền tố cho địa chỉ Global hiện đang được
giao là [2000::/3]. Global Routing Prefix (tiền tố định tuyến toàn cầu): Chỉ tiền tố định
tuyến toàn cầu cho site của một tổ chức cụ thể. Sự kết hợp của 3 bit cố định và tiền tố
định tuyến toàn cầu 45 bit được sử dụng để tạo ra một tiền tố site 48 bit, được giao cho
một site cá nhân của một tổ chức. Sau khi được giao, các bộ định tuyến trên mạng

Internet IPv6 chuyển tiếp giao vận IPv6 phù hợp với tiền tố 48 bit cho các bộ định tuyến
của site của tổ chức.
Subnet ID: Được sử dụng trong site của một tổ chức để xác định mạng con. Kích
thước của trường này là 16 bit. Site của tổ chức có thể sử dụng 16 bit bên trong site của
mình để tạo ra 65.536 mạng con hoặc nhiều cấp độ của việc giải quyết hệ thống phân cấp
và định tuyến cơ sở hạ tầng hiệu quả.
25