Giao thức internet protocol version 6 (IPv6) và một số ứng dụng

GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.....................................................................................4
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................7
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..............................................8
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................9
CHƢƠNG I: THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ IPv4 VÀ MỤC TIÊU PHÁT TRIỂN
IPv6 ...........................................................................................................................12
1.1. Giới thiệu chƣơng: .........................................................................................12
1.2. Thực trạng công nghệ IPv4 và xu hƣớng sử dụng IPv6:................................12
1.3. Mục tiêu phát triển IPv6:................................................................................15
1.3.1. Sự ra đời của IPv6: ..............................................................................15
1.3.2. Những ƣu điểm của IPv6 so với IPv4: ................................................16
1.4. Tổng kết chƣơng: ...........................................................................................20
CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ INTERNET PROTOCOL VERSION 6 (IPv6)
...................................................................................................................................21
2.1. Giới thiệu chƣơng: .........................................................................................21
2.2. Cấu trúc của giao thức IPv6:..........................................................................21
2.2.1. Cấu trúc gói tin IPv6: ...........................................................................21
2.2.2. Khái quát cấu trúc của Header IPv6:...................................................22
2.2.3. Các trƣờng trong IPv6 Header: ...........................................................23
2.2.4. Cấu trúc header mở rộng: ....................................................................25
2.3. Địa chỉ IPv6:...................................................................................................29
1


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

2.3.1. Nhắc lại cấu trúc địa chỉ IPv4: .............................................................29

2.3.2. Cấu trúc địa chỉ IPv6: ..........................................................................30
2.3.3. Phân loại: .............................................................................................31
2.4. Tổng kết chƣơng: ...........................................................................................44
CHƢƠNG III: TRIỂN KHAI IPv6 TRÊN NỀN TẢNG HỆ THỐNG IPv4 ............45
3.1. Giới thiệu chƣơng: .........................................................................................45
3.2. Khái quát cơ chế chuyển đổi từ IPv4 lên IPv6: .............................................45
3.3. Công nghệ đƣờng hầm Tunnel: .....................................................................48
3.3.1. Khái quát về cơ chế tunneling: .............................................................48
3.3.2. Cấu hình tunnel bằng tay (Manual Configured Tunneling): ...............56
3.3.3. Tunnel Broker: ....................................................................................57
3.3.4. Cấu hình tunnel tự động (Automatic Configured Tunneling):............59
3.4. Tổng kết chƣơng : ..........................................................................................70
CHƢƠNG IV: MÔ PHỎNG MÔ HÌNH XÂY DỰNG HỆ THỐNG IPV6 TRÊN
NỀN IPV4 CHO CÁC DOANH NGHIỆP VỪA VÀ NHỎ .....................................71
KẾT LUẬN ...............................................................................................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................88

2


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Hoàng Mạnh Tuấn – Học viên lớp Cao học Kỹ thuật điện tử - Khóa
2011B – Viện Điện tử viễn thông – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tôi xin
cam đoan bản luận văn Thạc sỹ kỹ thuật này do tôi tự làm, không sao chép nguyên
bản của ai. Các nguồn tài liệu sử dụng trong luận văn là do tôi thu thập và dịch từ
các tài liệu tiêu chuẩn của nƣớc ngoài. Sô liệu trong luận văn này là các số liệu thực
tế, đƣợc cập nhật bởi các công ty nghiên cứu thị trƣờng uy tín trong nƣớc và nƣớc

ngoài. Tuyệt đối không bịa đặt.
Nếu có bất cứ sai phạm nào tôi xin chịu trách nhiệm trƣớc hội đồng tốt nghiệp
và nhà trƣờng

Học viên Cao học

Hoàng Mạnh Tuấn

3


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Tốc độ tăng trƣởng các thiết bị sử dụng IPv4 và IPv6 (Nguồn:
) ......................................................................13
Hình 1.2. Lƣu lƣợng sử dụng ipv6 để truy cập web theo thống kê của Google tính
đến ngày 15/8/2013 ...................................................................................................14
Hình 1.3. Tỷ lệ % các vùng đã triển khai sử dụng IPv6 (Nguồn: Ethernet. Số liệu
tính đến 30/04/2013) .................................................................................................14
Hình 1.4. Sự phát triển của IPv6 so với IPv4 dựa trên các kết nối từ Vietnam tính
đến ngày 13/07/2013 (Nguồn: ipv6-test.com/stats/country/VN) ..............................15
Hình 1.5. IPv6 cần đƣợc triển khai bởi IPv4 đang dần cạn kiệt. (Nguồn:
Wikipedia.org) ..........................................................................................................16
Hình 2.1. Cấu trúc gói tin IPv6 .................................................................................21
Hình 2.2. Cấu trúc header của IPv6 so với IPv4 .......................................................22
Hình 2.3.Các trƣờng của IPv6 header .......................................................................23
Hình 2.4. Các header mở rộng nằm giữa IPv6 Header và Upper-layer Header .......26
Hình 2.5. Một chuỗi các ―điểm‖ (pointer) đƣợc định dạng ......................................26

bởi trƣờng Next Header ............................................................................................26
Hình 2.6. Các lớp của địa chỉ IPv4 ...........................................................................29
Hình 2.71. Một ví dụ về cách biểu diễn địa chỉ IPv6 ................................................31
Hình 2.8. Cấu trúc địa chỉ Global đƣợc đƣa ra trong bản RFC 3587 .......................32
Hình 2.9. Cấu trúc Topological của địa chỉ Global ..................................................33
Hình 2.10. Cấu trúc địa chỉ Link-local trong IPv6....................................................33
Hình 2.11. Cấu trúc địa chỉ Site-local trong IPv6 .....................................................34
4


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

Hình 2.12. Cấu trúc của địa chỉ Unique local ...........................................................35
Hình 2.13. Cấu trúc địa chỉ Multicast .......................................................................37
Hình 2.14. Cấu thành địa chỉ Solicited node từ địa chỉ unicast ................................41
Hình 2.15. Ánh xạ địa chỉ IPv6 multicast tới địa chỉ Ethernet multicast MAC .......42
Hình 3.1. Dạng của gói tin với công nghệ chuyển đổi Dual-stack ...........................47
Hình 3.2. IPv6-over-IPv4 Tunneling ........................................................................47
Hình 3.3. Mô hình công nghệ đƣờng hầm tunnel .....................................................48
Hình 3.4. Router-to-Router Tunneling ......................................................................49
Hình 3.5. Host-to-Router Tunneling .........................................................................49
Hình 3.6. Host-to-Host Tunneling ............................................................................49
Hình 3.7. Hai mạng IPv6 kết nối với nhau thông qua hạ tầng mạng Ipv4................51
Hình 3.8. Encapsulation ............................................................................................52
Hình 3.9. Mô hình vận chuyển gói tin giữa các host IPv6 ........................................52
Hình 3.10. Phân mảnh và tái hợp gói tin...................................................................53
Hình 3.11. Thuật toán Path MTU Discovery ............................................................54
Hình 3.12. MTU Discovery Protocol ........................................................................55
Hình 3.13. Cấu hình tunnel bằng tay. .......................................................................57
Hình 3.14. Mô hình Tunnel Broker ...........................................................................58

Hình 3.15. Host Dual-Stack thiết lập một Configured Tunnel Sử dụng một Tunnel
Broker. .......................................................................................................................59
Hình 3.16. Host Dual-Stack thiết lập một Configured Tunnel sử dụng một Tunnel
Server. .......................................................................................................................59
Hình 3.17. Automatic Tunneling dùng địa chỉ IPv4-compatible IPv6 .....................60
Hình 3.18. 6to4 automatic tunneling .........................................................................62
5


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

Hình 3.19. Các kết nối miền 6to4 .............................................................................63
Hình 3.20. 6to4 Tunnel .............................................................................................63
Hình 3.21. Cấu trúc địa chỉ 6to4 ...............................................................................64
Hình 3.22. Các thành phần của 6to4 tunnel ..............................................................65
Hình 3.23. Kết nối giữa các miền 6to4. ....................................................................66
Hình 3.24. Router Relay: Kết nối miền 6to4 với miền 6to4 native ..........................67
Hình 3.25. Kiến trúc ISATAP ...................................................................................68
Hình 3.26. Cấu trúc địa chỉ ISATAP ........................................................................69
Hình 3.27. Một ví dụ về mạng ISATAP ...................................................................70
Hình 4.1. Mô hình mạng Ipv6 quốc gia 1 (Nguồn: VNNIC) ....................................73
Hình 4.2. Mô hình mạng Ipv6 quốc gia 2 (Nguồn: VNNIC) ....................................73
Hình 4.3. Giải pháp triển khai hệ thống Ipv6 trên nền tảng Ipv4 .............................74
Hình 4.4. Một giải pháp cung cấp Tunnel Broker của NetNam thông qua trang web
...................................................................................75
Hình 4.5. Topo mạng mô phỏng việc xây dựng hệ thống IPv6 dựa trên nền tảng của
IPv4 ...........................................................................................................................76

6

GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Một số giá trị của trƣờng Next Header ...............................................25
Bảng 2.1. Các giá trị của trƣờng Scope đƣợc ......................................................38
miêu tả trong bản RFC 4291................................................................................38
Bảng 4.1. Địa chỉ IP của các Router trong mô hình ............................................77

7


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU

TÊN TIẾNG ANH

RFC

Request for Comments

CIDR

Classless Inter-Domain Routing

NAT

Network Address Translator

IP

Internet Protocol

IANA

Internet Assigned Numbers Authority

APNIC

Asia-Pacific Network Information Centre

RIPE NCC

The Réseaux IP Européens Network Coordination Centre

ISP

Internet Service Provider

VNNIC

Vietnam Internet Information Center

DHCP

Dynamic Host Configuration Protocol

IETF

Internet Engineering Task Force

IPng

Internet Protocol next generation

MTU

Maximum Transmission Unit

QoS

Quality of Services

IPSec

Internet Protocol Sercurity

DNS

Domain Name Server

ARP

Address Resolution Protocol

TCP

Tranmission Control Protocol

UDP

Uer Datagram Protocol

ICMPv6

Internet Control Message Protocol

TTL

Time To Live

NAT-PT

Network Address Translator-Protocol Translator

ISATAP

Intra-Site Automatic Tunnel Addressing Protocol

LAN

Local Area Network

MAC

Media Access Control

NBMA

Non-Broadcast-Multi-Access
8


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

LỜI NÓI ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Trong bối cảnh địa chỉ IPv4 đang dần cạn kiệt, IPv6 ra đời nhƣ một nhu cầu tất
yếu của hoạt động mạng toàn cầu nói chung và đối với hệ thống viễn thông Việt
Nam nói riêng. Việc chuyển sang sử dụng thế hệ địa chỉ mới IPv6 thay thế cho IPv4
đang là một yêu cầu cấp thiết, vừa để nhằm đảm bảo cho sự phát triển liên tục của
hoạt động Internet, vừa phát huy các lợi thế vƣợt trội về công nghệ mới của IPv6 so
với IPv4.Tuy nhiên, một vấn đề đƣợc đặt ra là làm sao để hệ thống Ipv6 có thể hoạt
động tƣơng thích với cơ sở hạ tầng IPv4. Do vậy, em chọn đề tài ―Giao thức
Internet Protocol version 6 (Ipv6) và một số ứng dụng‖ làm luận văn tốt nghiệp
nhằm mục đích đƣa ra các khái niệm cơ bản về địa chỉ Iv6 cũng nhƣ khái quát hóa
về việc đƣa địa Ipv6 vào hệ thống dựa trên nền tảng hạ tầng Ipv4 có sẵn cho doanh
nghiệp vừa và nhỏ.
Lịch sử nghiên cứu
IPv6 đƣợc IETF nghiên cứu từ những năm 1998 (đƣợc miêu tả trong bản
RFC2460) đã cho thấy nguy cơ tiềm tàng của việc thiếu hụt địa chỉ IP trong tƣơng
lai. Và ngày 6/6/2012 đƣợc chọn là ngày toàn thế giới triển khai giao thức mạng
IPv6 (World IPv6 Launch), nhằm thúc đẩy các tổ chức hoạt động trong ngành IT
chuẩn bị sẵn sàng cho các hạ tầng chuyển đổi công nghệ và phần lớn các trang web,
các mạng lớn đã tham gia, trong đó phải kể đến những tổ chứ chứ lớn nhƣ Google,
Facebook, AOL và một số các nhà mạng nhƣ AT&T, Verizon, và Time Warner
Cable… đã bắt đầu sử dụng IPv6. Tại Việt Nam, tất cả 20 ISP đều đã xin cấp địa
chỉ IPv6 và sau giai đoạn thử nghiệm (2011-2012) đã chính thức đƣợc triển khai,

cũng nhƣ cung cấp các dịch vụ, sản phẩn nhằm thúc đẩy sử dụng IPv6 trong cộng
đồng ngƣời dùng mạng Việt.

9


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

Mục đích nghiên cứu
Luận văn đƣa ra một cái nhìn tổng quát về cơ sở lý thuyết IPv6, phân tích
những mặt hạn chế của IPv4, từ đó đƣa ra luận điểm chứng mình sự ra đời và nhu
cầu phát triển của IPv6 là tất yếu. Đồng thời, luận văn cũng đi sâu vào việc phân
tích các phƣơng pháp chuyển đổi IPv4-IPv6 bằng nhiều phƣơng án khác nhau để
nêu lên tính đa dạng trong việc lựa chọn các dự án triển khai cho các doanh nghiệp
vừa và nhỏ. Và từ các cơ sở lý thuyết đó, xây dựng một bài lab mô phỏng quá trình
triển khai chuyển đổi IPv4-IPv6 có thể đƣợc áp dụng trong thực tiễn.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn là công nghệ IPv6, công nghệ chuyển đổi từ
IPv4 lên IPv6, áp dụng triển khai và xây dựng mô hình cho các doanh nghiệp vừa
và nhỏ
Phạm vi nghiên cứu luận văn tập trung vào việc nghiên cứu, tìm hiểu lý thuyết,
rồi từ đó vận dụng vào hệ thống mạng hiện tại
Phƣơng pháp nghiên cứu
Khai thác các thông số,các số liệu do các tổ chức nghiên cứu thị trƣờng uy tín
(Nhƣ Google, VNNIC,…) thống kê trong khoảng 1 năm trở lại đây
Nghiên cứu các tài liệu nƣớc ngoài, cũng nhƣ tận dụng tối đa các nguồn từ
Internet, báo chí, các tạp chí công nghệ
Tóm tắt luận văn
Bài luận văn bao đƣợc phân chia làm 4 chƣơng chính
Chương I: Thực trạng công nghệ IPv4 và mục tiêu phát triển IPv6

Chương II: Tổng quan về Internet Protocol version 6 (IPv6)
Chương III: Triển khai IPv6 trên nền tảng hệ thống IPv4
Chương IV: Mô phỏng mô hình xây dựng hệ thống IPv6 trên nền IPv4 cho các
doanh nghiệp vừa và nhỏ
10


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

Lời cảm ơn
Trong thời gian thực hiện luận văn, em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Nguyễn
Viết Nguyên cùng các thầy cô, gia đình và bạn bè đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện
giúp em hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Ngày 08, tháng 09, năm 2013
Học viên
Hoàng Mạnh Tuấn

11


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

CHƢƠNG I

THỰC TRẠNG CÔNG NGHỆ IPv4 VÀ MỤC TIÊU PHÁT TRIỂN
IPv6
1.1.

Giới thiệu chƣơng:

Dƣới sự phát triển mạnh mẽ của mạng toàn cầu, tài nguyên mạng ngày càng bị
bó hẹp. Công nghệ mà hạ tầng mạng ta đang sử dụng (IPv4) không đáp ứng đầy đủ
đƣợc sự phát triển đó. Chƣơng này sẽ trình bày những hạn chế của IPv4 trong sự
phát triển của hệ thống mạng di động toàn cầu, qua đó dẫn tới sự ra đời của IPv6
cũng nhƣ những ƣu điểm của IPv6 so với IPv4.
1.2.

Thực trạng công nghệ IPv4 và xu hƣớng sử dụng IPv6:

IPv4 đã cung cấp hàng tỷ địa chỉ, giúp mọi ngƣời trên khắp thế giới gần nhau
hơn. Tuy nhiên, sự bùng nổ của Internet đã khiến số lƣợng địa chỉ IPv4 trở nên
thiếu hụt.
Ngày 15/04/2011, Tổ chức quản lý địa chỉ khu vực Châu Á – Thái Bình Dƣơng
(APNIC) đã ra thông báo Khu vực Châu Á – Thái Bình Dƣơng chính thức hết địa
chỉ IPv4 và bắt đầu chuyển sang áp dụng chính sách cấp IPv4 từ khối /8 cuối cùng.
Vùng địa chỉ này chỉ đƣợc cấp hết sức hạn chế nhằm phục vụ cho mục đích triển
khai IPv6 để thay thế cho IPv4 tiếp nối hoạt động và dịch vụ Internet.
Ngày 14/9/2012, RIPE NCC, tổ chức quản lý địa chỉ khu vực Châu Âu và Trung
Đông thông báo đã chính thức hết IPv4 để cấp theo chính sách thông thƣờng và
cũng tƣơng tự chính sách của APNIC, trong giai đoạn cạn kiệt IPv4, RIPE NCC
tiến hành chuyển sang chính sách cấp phát hạn chế IPv4 từ khối /8 cuối cùng. Theo
đó, RIPE NCC chỉ cấp tối đa 01 /22 cho các yêu cầu xin cấp IPv4 và mỗi tổ chức
trong khu vực chỉ đƣợc xin 01 lần địa chỉ IPv4 từ khối /8 cuối cùng để phục vụ cho
chuyển đổi sang IPv6.

12


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

Sự phát triển phi thƣờng về lƣợng đối tƣợng kết nối vào mạng và sự tƣơng tác
giữa chúng đã làm ngƣời ta phải chú trọng đến sự suy kiệt của lƣợng địa chỉ IPv4,
an ninh mạng và đảm bảo chất lƣợng, và làm cho việc chuyển đổi sang IPv6 là tiến
trình không thể đảo ngƣợc. Không chuyển sang IPv6 sẽ không chỉ cản trở sự phát
triển của Internet mà còn cản trở tiềm năng phát triển kinh doanh của doanh nghiệp.
Khi ngày càng nhiều ngƣời dùng chuyển sang dùng thiết bị chỉ có IPv6, các doanh
nghiệp với những website IPv4 sẽ mất cơ hội kinh doanh nếu họ không đƣợc sẵn
sàng cho sự chuyển dịch này. Nhận thức đƣợc sự khẩn cấp, các chính phủ khắp thế
giới đã đƣa ra các bắt buộc về chuyển đổi sang IPv6. Chính phủ Mỹ đã yêu cầu các
cơ quan liên bang đảm bảo rằng 10,000 website phải hỗ trợ IPv6 vào tháng 9 năm
2012 và các ứng dụng nội bộ nếu cần liên lạc với các máy chủ Internet công cộng,
thì phải chuyển sang IPv6 vào năm 2014. Tại Ấn Độ, Trung tâm kỹ thuật viễn thông
thuộc Bộ Truyền thông đã đƣa ra thời hạn để chuyển đổi một cách trơn tru từ IPv4
sang IPv6.
Sự kiện World IPv6 Launch diễn ra 6/6/2012 đánh dấu một bƣớc ngoặt quan
trọng khi IPv6 đƣợc các nhà mạng lớn trên thế giới chính thức kích hoạt thƣờng
trực (permanently enable). Tốc độ tăng trƣởng của IPv6 kể từ sau ngày 6/6/2012
cực kì ấn tƣợng (lƣợng truy nhập sử dụng IPv6 của Google tăng từ 0.4% → 1.4%
(04/29/2013), của AMIX tăng từ 2.5 Gbps → Max: 6.6 Gbps, của DE-CIX tăng từ
2 Gbps → Max : 13.6 Gbps.

Hình 1.1. Tốc độ tăng trưởng các thiết bị sử dụng IPv4 và IPv6 (Nguồn:
)
13


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

Hình 1.2. Lưu lượng sử dụng ipv6 để truy cập web theo thống kê của Google

tính đến ngày 15/8/2013

Hình 1.3. Tỷ lệ % các vùng đã triển khai sử dụng IPv6 (Nguồn: Ethernet. Số
liệu tính đến 30/04/2013)
Nhà nƣớc ta cũng đã nhận định đƣợc nhiệm vụ cũng nhƣ mục đích cốt lõi của
việc nâng cấp hạ tầng mạng Internet lên IPv6. Tính đến tháng 12/2012, đã có 33 tổ
chức trong nƣớc đƣợc cấp địa chỉ IPv6. Các ISP lớn tại Việt Nam đều đã sẵn sàng
14


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

tài nguyên IPv6 để cung cấp cho khách hàng. Đã có 8 doanh nghiệp ban hành kế
hoạch hành động, 10 doanh nghiệp báo cáo đã thành lập ban công tác chuyên trách.
Hầu hết các ISP lớn đều đã có cán bộ kỹ thuật tham gia chƣơng trình đào tạo IPv6.
Các doanh nghiệp đã thực hiện đánh giá và khảo sát mạng lƣới cho thấy, mức độ
sẵn sàng cho việc chuyển đổi sang sử dụng IPv6, các thiết bị định tuyến gateway đã
sẵn sàng với IPv6…
Và gần đây, ngày 6/5/2013 đã đƣợc chọn làm ngày ―IPv6 Việt Nam‖ và triển
khai rộng khắp cả nƣớc. VNNIC đã phối hợp các nhà cung cấp dịch vụ Internet
(ISP) tại Việt Nam nhƣ VNPT, Viettel, FPT Telecom, NetNam, VTC và SPT chính
thức khai trƣơng mạng lƣới và các dịch vụ cơ bản IPv6 trên mạng lƣới. Theo Bộ
Thông tin Truyền thông, năm 2013 là năm quan trọng trong Kế hoạch hành động
quốc gia về IPv6, năm nay sẽ bắt đầu giai đoạn chạy thử nghiệm và chính thức
chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6, sau giai đoạn chuẩn bị năm 2011-2012 đã đƣợc hoàn
thành.

Hình 1.4. Sự phát triển của IPv6 so với IPv4 dựa trên các kết nối từ Vietnam
tính đến ngày 13/07/2013 (Nguồn: ipv6-test.com/stats/countr VN)
1.3.

Mục tiêu phát triển IPv6:

1.3.1. Sự ra đời của IPv6:
Không gian địa chỉ IPv4 hiện tại không thể đáp ứng thoả đáng cùng với sự tăng
nhanh của ngƣời sử dụng Internet từ khắp thế giới mặc dù đã có rất nhiều kĩ thuật
15


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

nhằm làm tăng ―tuổi thọ‖ của IPv4 nhƣ NAT, CIDR hay DHCP. Nhƣng điều này
cũng chỉ là giải pháp mang tính tạm thời chứ không thể giải quyết một cách triệt để
đƣợc hết hai tồn tại sâu xa của IPv4 đó chính là:
 Sự giới hạn mạng tính nguyên tắc của không gian địa chỉ IPv4.
 Tốc độ phát triển của mạng Internet quá nhanh làm cho dung lƣợng bảng
định tuyến ở các bộ định tuyến tăng nhanh.
Thách thức mà IETF phải đối mặt đó chính là việc lựa chọn một công nghệ
Internet thế hệ mới IPng (Internet Protocol next generation) nhƣ thế nào để có thể
đáp ứng đƣợc sự đòi hỏi của thị trƣờng. Nhƣng một vấn đề đặt ra là IPng phải tƣơng
thích ngƣợc với IPv4. Và công nghệ mới đó chính là IPv6. IPv6 đƣợc thiết kế đáp
ứng lại đƣợc yêu cầu của ngƣời sử dụng, các chƣơng trình ứng dụng, sự đòi hỏi của
chất lƣợng dịch vụ đồng thời nó cũng đảm bảo tính trong suốt của các ứng dụng đối
với ngƣời sử dụng.
1.3.2. Những ƣu điểm của IPv6 so với IPv4:
IPv6 ra đời không có nghĩa là phủ nhận hoàn toàn IPv4 mà ngƣợc lại, nó kế thừa
và phát huy những nền tảng vốn có của IPv4. Điều đó có nghĩa là mọi chức năng
của IPv4 đều đƣợc tích hợp trong IPv6. Tất nhiên, IPv6 còn có những ƣu điểm vƣợt
trội khác so với IPv4 hiện nay.

Hình 1.5. IPv6 cần được triển khai bởi IPv4 đang dần cạn kiệt. (Nguồn:
Wikipedia.org)
16


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

1.3.2.1.

Không gian địa chỉ:

Tƣơng phản với IPv4, địa chỉ IPv6 có chiều dài là 128bit. Điều đó cho phép có
thể biểu diễn đến 3.4x1038 , tức là cỡ
(340.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000) địa chỉ.
Đó thực sự là một con số khổng lồ. Số lƣợng địa chỉ này sẽ đáp ứng đƣợc sự
bùng nổ của các thiết bị IP trong tƣơng lai. Ngoài ra IPv6 còn cung cấp phƣơng
thức mới tự động cấu hình địa chỉ và xây dựng một phép kiểm tra tính duy nhất của
địa chỉ IP.
1.3.2.2.

Tự động cấu hình địa chỉ:

IPv6 cho phép thiết bị IPv6 tự động cấu hình các thông số phục vụ cho việc nối
mạng nhƣ địa chỉ IP, địa chỉ gateway, địa chỉ máy chủ tên miền khi kết nối vào
mạng. Do vậy đã giảm thiểu việc phải cấu hình nhân công cho thiết bị so với công
việc phải thực hiện với IPv4. Các thao tác cấu hình này có thể không phức tạp đối
với máy tính song với nhu cầu gắn địa chỉ cho một số lƣợng lớn các thiết bị nhƣ
camera, sensor, thiết bị gia dụng… sẽ phải tiêu tốn nhiều nhân công và khó khăn
trong quản lý.
1.3.2.3.

Quản lý định tuyến tốt hơn:

IPv6 đƣợc thiết kế có cấu trúc đánh địa chỉ và phân cấp định tuyến thống nhất,
dựa trên một số mức cơ bản đối với các nhà cung cấp dịch vụ. Cấu trúc phân cấp
này giúp tránh khỏi nguy cơ quá tải bảng thông tin định tuyến toàn cầu khi chiều dài
địa chỉ IPv6 lên tới 128 bít. Trong khi đó, sự gia tăng của các mạng trên Internet, số
lƣợng IPv4 sử dụng, và việc IPv4 không đƣợc thiết kế phân cấp định tuyến ngay từ
đầu đã khiến cho kích thƣớc bảng định tuyến toàn cầu ngày càng gia tăng, gây quá
tải, vƣợt quá khả năng xử lý của các thiết bị định tuyến.
1.3.2.4.

Các header hợp lý:

Header của IPv6 đơn giản và hợp lý hơn IPv4. IPv6 chỉ có 6 trƣờng và 2 địa
chỉ,trong khi IPv4 chứa 10 trƣờng và 2 địa chỉ:
17


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

 IPv6 cung cấp các đơn giản hóa sau: Định dạng đƣợc đơn giản hóa: IPv6
Header có kích thƣớc cố định 40 octet với ít trƣờng hơn IPv4 nên giảm
đƣợc thời gian xử lý Header, tăng độ linh hoạt.
 Không có Header checksum: Trƣờng checksum của IPv4 đƣợc bỏ đi vì
các liên kết ngày nay nhanh hơn và có độ tin cậy cao hơn vì vậy chỉ cần
các Host tính checksum còn Router thì khỏi cần.
 Không có sự phân đoạn theo từng hop: Trong IPv4, khi các packet quá
lớn thì Router có thể phân đoạn nó. Tuy nhiên, việc này sẽ làm tăng them
Overhead cho packet. Trong IPv6 chỉ có Host nguồn mới có thể phân

đoạn một packet theo các giá trị thích hợp dựa vào một MTU path mà nó
tìm đƣợc. Do đó, để hỗ trợ Host thì IPv6 chứa một hàm giúp tìm ra MTU
từ nguồn đến đích.
1.3.2.5.

Khả năng bảo mật kết nối từ thiết bị gửi đến thiết bị nhận (đầu cuối
– đầu cuối):

Địa chỉ IPv6 đƣợc thiết kế để tích hợp sẵn tính năng bảo mật trong giao thức nên
có thể dễ dàng thực hiện bảo mật từ thiết bị gửi đến thiết bị nhận (đầu cuối – đầu
cuối). IPv4 không hỗ trợ sẵn tính năng bảo mật trong giao thức, vì vậy rất khó thực
hiện bảo mật kết nối từ thiết bị gửi đến thiết bị nhận. Hình thức bảo mật phổ biến
trên mạng IPv4 là bảo mật kết nối giữa hai mạng.
1.3.2.6.

Chất lƣợng dịch vụ QoS:

Phần header của IPv6 đƣợc đƣa thêm một số trƣờng mới. Trƣờng nhãn luồng
(Flow Label) ở IPv6 header đƣợc dùng để đánh nhãn cho các luồng dữ liệu. Từ đó
các router có thể có những xử lý khác nhau với các gói tin thuộc các luồng dữ liệu
khác nhau. Do trƣờng Flow Label nằm trong IPv6 header nên QoS vẫn đƣợc đảm
bảo khi phần tải trọng đƣợc mã hóa bởi IPSec.
1.3.2.7.

Địa chỉ Anycast:

18


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

IPv6 định nghĩa một loại địa chỉ mới: địa chỉ Anycast. Một địa chỉ Anycast
là một địa chỉ IPv6 đƣợc gán cho một nhóm các máy có chung chức năng, mục
đích. Khi packet đƣợc gửi cho một địa chỉ Anycast, việc định tuyến sẽ xác định
thành viên nào của nhóm sẽ nhận đƣợc packet qua việc xác định máy gần nguồn
nhất.Việc sử dụng Anycast có 2 ích lợi: Một là, nếu chúng ta đang đến một máy gần
nhất trong một nhóm, chúng ta sẽ tiết kiệm đƣợc thời gian bằng cách giao tiếp với
máy gần nhất. Thứ hai là việc giao tiếp với máy gần nhất giúp tiết kiệm đƣợc băng
thông. Địa chỉ Anycast không có các tầm địa chỉ đƣợc định nghĩa riêng nhƣ
Multicast, mà nó giống nhƣ một địa chỉ Unicast, chỉ có khác là có thể có nhiều máy
khác cũng đƣợc đánh số với cùng scope trong cùng một khu vực xác định. Anycast
đƣợc sử dụng trong các ứng dụng nhƣ DNS...
1.3.2.8.

Hiệu suất:

 Giảm đƣợc thời gian xử lý Header, giảm Overhead vì chuyển dịch địa
chỉ: vì trong IPv4 có sử dụng private address để tránh hết địa chỉ. Do đó,
xuất hiện kỹ thuật NAT để dịch địa chỉ, nên tăng Overhead cho gói tin.
Trong IPv6 do không thiếu địa chỉ nên không cần private address, nên
không cần dịch địa chỉ.
 Giảm đƣợc thời gian xử lý định tuyến: nhiều khối địa chỉ IPv4 đƣợc phân
phát cho các user nhƣng lại không tóm tắt đƣợc, nên phải cần các entry
trong bảng định tuyến làm tăng kích thƣớc của bảng định tuyến và thêm
Overhead cho quá trình định tuyến. Ngƣợc lại, các địa chỉ IPv6 đƣợc
phân phát qua các ISP theo một kiểu phân cấp địa chỉ giúp giảm đƣợc
Overhead.
 Tăng độ ổn định cho các đƣờng: trong IPv4, hiện tƣợng route flapping
thƣờng xảy ra, trong IPv6, một ISP có thể tóm tắt các route của nhiều
mạng thành một mạng đơn, chỉ quản lý mạng đơn đó và cho phép hiện

tƣợng flapping chỉ ảnh hƣởng đến nội bộ của mạng bị flapping.

19


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

 Giảm Broadcast: trong IPv4 sử dụng nhiều Broadcast nhƣ ARP, trong khi
IPv6 sử dụng Neighbor Discovery Protocol để thực hiện chức năng tƣơng
tự trong quá trình tự cấu hình mà không cần sử dụng Broadcast.
 Multicast có giới hạn: trong IPv6, một địa chỉ Multicast có chứa một
trƣờng scope có thể hạn chế các gói tin Multicast trong các Node, trong
các link, hay trong một tổ chức.
 Không có checksum.
1.4.

Tổng kết chƣơng:
Trong chƣơng này ta đã phân tích kỹ những hạn chế mà IPv4 đang vấp phải

cũng nhƣ sự ra đời tất yếu của IPv6. Đây là phiên bản của giao thức Internet đƣợc
thiết kế nhằm khắc phục những hạn chế của giao thức Internet IPv4 và bổ sung
những tính năng mới cần thiết trong hoạt động và dịch vụ mạng thế hệ mới.

20


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

CHƢƠNG II
TỔNG QUAN VỀ INTERNET PROTOCOL VERSION 6 (IPv6)

2.1. Giới thiệu chƣơng:
Trong chƣơng này, ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu cấu trúc của IPv6 và so sánh nó với
cấu trúc header của IPv4. Ngoài ra cũng sẽ trình bày về cấu trúc header mở rộng của
IPv6 (cấu trúc header này không có trong IPv4) và các dạng địa chỉ của IPv6
(anycast, unicast, multicast) cũng nhƣ cách biểu diễn địa chỉ IPv6.
2.2. Cấu trúc của giao thức IPv6:
2.2.1. Cấu trúc gói tin IPv6:
Cấu trúc gói tin IPv6 gồm 3 phần: IPv6 header, Extension header, và upper-layer
protocol data unit.

Hình 2.1. Cấu trúc gói tin IPv6
IPv6 header: có độ dài 40 bytes, trƣờng này sẽ đƣợc nói kỹ hơn ở mục 2.2.3.
Extension Headers (các header mở rộng): không có hoặc có nhiều các extension
header đƣợc đƣa vào trong cấu trúc gói tin và chúng có chiều dài thay đổi. Nếu một
extension header đƣợc đƣa vào thì trƣờng Next Header trong IPv6 header sẽ chỉ ra
Next Header đầu tiên . Trong mỗi Next Header là trƣờng Next Header khác, dùng
để chỉ ra extension header kế tiếp. Extension header cuối cùng chỉ ra các header của
layer lớp trên nhƣ Tranmission Control Protocol (TCP), User Datagram Protocol
(UDP) hoặc Internet Control Message Protocol verison 6 (ICMPv6) chứa trong
Upper-layer Protocol Data Unit.

21


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

Upper-Layer Protocol Data Unit: Uper-Layer PDU điển hình bao gồm một
Upper-Layer Protocol header và payload của nó (các bản tin TCP, UDP hoặc
ICMPv6).
2.2.2. Khái quát cấu trúc của Header IPv6:

So với cấu trúc của địa chỉ IPv4, IPv6 có cấu trúc đơn giản hơn. Trong IPv6
header loại bỏ đi 5 trƣờng so với IPv4, đó là các trƣờng: Header Length, Idefication,
Flags, Fragment Offset và Header Checksum.

Hình 2.2. Cấu trúc header của IPv6 so với IPv4
Trƣờng Header Length bị loại bỏ bởi nó không còn thích hợp với một header có
chiều dài cố định. Trong IPv4 thì chiều dài của trƣờng này ngắn nhất là 20 bytes,
trong khi nếu một tùy chọn nào đó đƣợc thêm vào, nó có thể mở rộng từ 4-60 bytes.
Do vậy, chiều dài thông tin của header là rất quan trọng trong IPv4. Trong IPv6, các
tùy chọn đƣợc định nghĩa trong Extension Header.
Các trƣờng Fragment Offset trong IPv4 rất quan trọng đối với một gói tin lớn
đƣợc gửi qua mạng. Theo đó, các router IPv4 sẽ chia nhỏ gói tin ra làm nhiều phần
và forward các gói tin đó qua mạng. Các host đích sẽ tự tập hợp và tái tạo lại gói tin.
Nếu một gói tin bị lỗi hoặc mất thì quá trình truyền sẽ đƣợc lặp lại. Trong IPv6, một
host sẽ học chiều dài Path Maximum Transmission Unit (MTU) thong qua một quá
trình đƣợc gọi là MTU Discovery (quá trình này sẽ đƣợc trình bày ở phần sau). Nếu
22


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

một host IPv6 muốn gửi fragment một gói tin, nó sẽ sử dụng một Extension header.
Do vậy, các trƣờng Identification, Fragment Offset, Flags đƣợc bỏ đi trong IPv6
header và sẽ đƣợc thêm vào tronng Extension Header nếu cần.
Header Checksum là 1 số sử dụng để kiểm tra lỗi trong thông tin header, đƣợc
tính toán ra dựa trên những con số của header. Do giá trị của trƣờng TTL (Time to
Live) trong header thay đổi mỗi khi gói tin đƣợc truyền qua 1 router, header
checksum cần phải đƣợc tính toán lại mỗi khi gói tin đi qua 1 router. Địa chỉ IPv6
đã giải phóng router khỏi công việc này, nhờ đó giảm đƣợc trễ. Hơn nữa, lớp TCP
ngay phía trên lớp IP có kiểm tra lỗi thông tin, bao gồm cả địa chỉ nguồn và địa chỉ

đích. Việc thực hiện phép tính tƣơng tự tại tầng IP là không cần thiết và dƣ thừa, do
vậy Header Checksum đƣợc loại bỏ khỏi ipv6 header.
Trƣờng Type of Service đƣợc thay thế bằng trƣờng TraficClass. Trƣờng Time to
Live (TTL) và trƣờng Protocol Type đƣợc đổi tên và sửa đổi một chút so với IPv4.
Trƣờng Flow Label đƣợc thêm vào.
Gói tin IPv6 có hai dạng header: header cơ bản và header mở rộng (extension
header). Phần Header cơ bản có chiều dài cố định 40 byte, thuận tiện hơn cho việc
tăng tốc xử lý gói tin. Những thông tin liên quan đến dịch vụ kèm theo đƣợc chuyển
hẳn tới một phân đoạn khác gọi là header mở rộng (extension header).
2.2.3. Các trƣờng trong IPv6 Header:

Hình 2.3.Các trường của IPv6 header
Version: có chiều dài 4 bits và chứa phiên bản của giao thức. Đối với IPv6,
trƣờng này có giá trị là 6 (đối với IPv4, gá trị trƣờng này là 4).

23


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

Traffic Class: trƣờng này đƣợc thay thế trƣờng Type of Service trong IPv4 và có
độ dài 1 byte. Trƣờng này thực hiện quá trình vận chuyển và đóng gói của dữ liệu
thời gian thực và một số dữ liệu khác trở nên thuận tiện hơn. Trƣờng này đƣợc gửi
bởi các node gửi và các router vận chuyển để định nghĩa và phân biệt giữa các lớp
khác và phân quyền ƣu tiên cho các gói tin IPv6.
Flow Label: chiều dài 20 bits, có nhiệm vụ phân biệt các gói tin có mức ƣu tiên
nhƣ nhau. Trƣờng này đƣợc sử dụng để chỉ định rằng gói tin thuộc một dòng (flow)
nhất định giữa nguồn và đích, yêu cầu IPv6 router phải có cách xử lý đặc biệt. Flow
Label đƣợc dùng khi muốn áp dụng chất lƣợng dịch vụ (quality of service) không
mặc định, ví dụ QoS cho dữ liệu thời gian thực (voice, video). Bằng cách sử dụng

trƣờng này, nơi gửi gói tin có thể xác định một chuỗi các gói tin, ví dụ Voice over
IP, thành 1 dòng, và yêu cầu chất lƣợng dịch vụ cụ thể cho dòng đó. Theo mặc định,
Flow Label đƣợc đặt giá trị 0. Có thể có nhiều dòng giữa nguồn và đích, sẽ đƣợc
xác định bởi những giá trị tách biệt của Flow Label.
Payload Length: chiều dài 2 bytes, miêu tả độ dài của Payload – là một thành
phần của gói tin IPv6.
Next Header: chiều dài 1 byte, trƣờng này định nghĩa các dòng thông tin cơ bản
trong IPv6. Nó chỉ định đến header mở rộng đầu tiên (nếu có) hoặc thủ tục lớp trên
nhƣ TCP, UDP, ICMPv6. Nếu sử dụng để chỉ định thủ tục lớp trên, trƣờng này sẽ
có giá trị tƣơng tự nhƣ trƣờng Protocol của địa chỉ IPv4. Bảng sau cho ta thấy
những giá trị của trƣờng Next Header (trang kế tiếp):

24


GIAO THỨC IPv6 VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG | Hoàng Mạnh Tuấn

Mã số

Vùng Header kế tiếp

0

Tuỳ chọn nhảy từng bƣớc một

2

ICMP

6

TCP

17

UDP

43

Routing nguồn

44

Sự phân mảnh (Fragmentation)

50

Payload bảo mật mã hoá

Bảng 2.1. Một số giá trị của trường Next Header
Hop Limit: trƣờng này định nghĩa số lƣợng hop tối đa mà các gói tin IP có thể
đi qua- có chiều dài là 1 byte. Khi đi qua mỗi hop, giá trị này giảm đi 1. Tƣơng tự
IPv4, khi trƣờng này trở về giá trị 0 thì gói tin sẽ bị hủy và và một bản tin ICMPv6
sẽ đƣợc gửi về node nguồn.
Source Address: có chiều dài 16 bytes, chứa địa chỉ IP nguồn của gói tin.
Destination Address: có chiều dài 16 bytes, chứa địa chỉ IP đích của gói tin.
2.2.4. Cấu trúc header mở rộng:
Các header mở rộng (extension header) là đặc tính mới trong thế hệ địa chỉ của
IPv6. Đối với IPv4, các header bao gồm tất cả các trƣờng (options), do đó mỗi
router trung gian đều phải kiểm tra và xử lý các options đó khi truyền dữ liệu. Điều

đó đã vô hình chung làm giảm hiệu năng trong quá trình truyền dữ liệu các gói tin
IPv4. Với IPv6, các header mở rộng đảm nhận việc phân phối và vận chuyển các
options. Gói tin IPv6 có thể bao gồm nhiều header mở rộng. Chỉ có các header mở
rộng Hop-by-hop options mới đƣợc xử lý tại các router trung gian. Nhờ tách biệt
các dịch vụ gia tăng khỏi các dịch vụ cơ bản và đặt chúng trong header mở rộng,
phân loại header mở rộng theo chức năng, địa chỉ IPv6 đã giảm tải nhiều cho router,
và thiết lập nên đƣợc một hệ thống cho phép bổ sung một cách linh động các chức
năng hơn hẳn IPv4
25