TÌM HIỂU VỀ IPv6, CÀI ĐẶT VÀ ỨNG DỤNG TRÊN SEVER LINUX

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

TÌM HIỂU VỀ IPv6, CÀI ĐẶT VÀ ỨNG DỤNG
TRÊN SEVER LINUX

Ngành: Hệ thống thông tin
Niên khoá: 2007-2011
Lớp: DH07DTGL
Sinh viên thực hiện: Trần Minh phúc

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2012
 


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TPHCM
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

TÌM HIỂU VỀ IPv6, CÀI ĐẶT VÀ ỨNG DỤNG
TRÊN SEVER LINUX

Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

ThS.Phan Vĩnh Thuần

Trần Minh Phúc

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2012

 


CÔNG TRÌNH HOÀN TẤT TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM

Cán bộ hướng dẫn: ThS. Phan Vĩnh Thuần.

Cán bộ phản biện: TS. Phạm Văn Tính

Luận văn cử nhân được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN CỬ
NHÂN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HCM ngày 25 tháng 02 năm
2012

 


Bộ Giáo Dục và Đào Tạo

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Trường ĐH Nông Lâm TP.HCM

Độc Lập-Tự Do-Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN CỬ NHÂN

Họ tên sinh viên: TRẦN MINH PHÚC

Phái: Nam

Ngày tháng năm sinh: 11/10/1979

Nơi sinh: IaPia-ChuPRong-Gia Lai

Chuyên ngành: Hệ Thống Thông Tin

Ngành: Công nghệ thông tin

I. TÊN ĐỀ TÀI: Tìm hiểu về IPv6, cài đặt và ứng dụng trên Server Linux

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1.Nhiệm vụ:
Hiểu rõ đặc điểm, cấu trúc, giao thức hoạt động và sử dụng IPv6.
Nắm vững những tính năng mới của IPv6 so với IPv4.
Triển khai thử nghiệm hệ thống Server bằng IPv6.
Xây dựng hệ thống mạng IPv6 trên nền mạng IPv4 sẳn có.
2. Nội dung:
Chương 1: Tổng quan về sự phát triển của Internet và giới thiệu về IPv6.
Chương 2: Cấu trúc và đặc điểm các loại địa chỉ IPv6.
Chương 3: Các giao thức hoạt động của Ipv6.
 

Chương 4: Các vấn đề liên quan khi chuyển đổi hệ thống từ IPv4 sang IPv6.
Chương 5: Cài đặt và ứng dụng.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/09/2011

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/01/2011

V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Phan Vĩnh Thuần.

Ngày /

/

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
 

Ngày /

/

CHỦ NHIỆM CHUYÊN NGÀNH

Ngày /

KHOA CNTT
 

 

/

LỜI CẢM ƠN
Khóa luận hoàn thành, em đã nhận được sự giúp đỡ khoa CNTT, quý thầy cô
trong khoa đã dạy dỗ em trong suốt thời gian qua. Nhân đây em xin bày tỏ lời cảm
ơn đến:
Các thầy cô giáo Trường Đại Học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh nói
chung, Phân hiệu Nông Lâm TPHCM nói riêng và khoa CNTT đã thuyền đạt những
kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian học tập tại trường.
Đặc biệt em xin chân thành biết ơn đến thầy Th.S Phan Vĩnh Thuần đã trực
tiếp hướng dẫn em xây dựng và hoàn thành khóa luận này.
Xin chân thành cảm ơn đến các bạn bè thân hữu gần xa giúp đỡ tôi trong thời
gian thực thi và hoàn thành khòa luận.
Cuối cùng, con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, gia đình đã sinh
thành nuôi dưỡng, dạy dỗ và là ngồn động viên sâu sắc nhất để con trưởng thành đến
ngày hôm nay.
Tp.HCM, tháng 10 năm 2011
SINH VIÊN:
TRẦN MINH PHÚC

 

i


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ i
MỤC LỤC.....................................................................................................................ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................ v

DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................... ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... v
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ INTERNET VÀ GIỚI THIỆU VỀ IPv6 ............. 2
1.1 Tổng quan về sự phát triển của Internet .................................................................. 2
1.2 Nguyên nhân phát triển IPv6 và những hạn chế IPv4 ............................................ 3
1.2.1 Nguyên nhân phát triển IPv6 ............................................................................... 3
1.2.2 Những giới hạn của IPv4 ..................................................................................... 5
1.3 Giới thiệu về IPv6 .................................................................................................. 6
1.3.1 Số lượng nhiều vô kể ........................................................................................... 7
1.3.2 Khả năng tự động cấu hình (Plug and Play) ........................................................ 7
1.3.3 Khả năng bảo mật kết nối từ thiết bị gửi đến thiết bị nhận (đầu cuối – đầu cuối)7
1.3.4 Quản lý định tuyến tốt hơn: ................................................................................. 7
1.3.5 Dễ dàng thực hiện multicast và hỗ trợ tốt hơn cho di động: ................................ 8
1.3.6 Tăng kích thước của tầm địa chỉ .......................................................................... 9
1.3.7 Header có nhiều ưu thế ...................................................................................... 10
1.4.3 Một số tính năng mới nổi trội hơn so với IPv4 .................................................. 13
1.4.1 Đơn giản hóa việc đặt địa chỉ Host. ................................................................... 13
1.4.2 Tự động cấu hình địa chỉ.................................................................................... 13
1.4.3 Hiệu suất cao hơn. .............................................................................................. 14
1.4.4 Hỗ trợ tốt tính năng di động. .............................................................................. 14
1.4.5 Bảo mật cao. ....................................................................................................... 15
1.4.6 Header đơn giản hơn. ......................................................................................... 15
1.4.7 Tổng hợp địa chỉ (Addresss Aggregation). ........................................................ 16
1.4.8 Đánh số lại thiết bị IPv6 (Renumbering) ........................................................... 16
 

ii

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI ĐỊA CHỈ IPv6 ... 18
2.1 Định nghĩa cách biểu diễn địa chỉ IPv6 ............................................................... 18
2.1.1 Các quy tắc biểu diễn ........................................................................................ 18
2.1.2 Sử dụng các địa chỉ IPv6 trong việc truy cập URL ........................................... 19
2.2 Phân loại địa chỉ ................................................................................................... 19
2.2.1 Unicast Address.................................................................................................. 19
2.2.1.1 Global Unicast Address: ................................................................................. 19
2.2.1.2 Link-local Addresses:...................................................................................... 21
2.2.1.3 Site-local Addresses: ....................................................................................... 22
2.2.2 Multicast Address ............................................................................................... 23
2.2.3 Anycast Address ................................................................................................. 24
2.3 Các loại địa chỉ IPv6 đặc biệt .............................................................................. 25
2.3.1 Địa chỉ không định danh và địa chỉ loopback .................................................... 25
2.3.2 Địa chỉ IPv4-Compatible IPv6 ........................................................................... 25
2.3.3 Địa chỉ IPv4-Mapped IPv6 ................................................................................ 26
2.4.4 Thống kê các dạng địa chỉ IPv6 ......................................................................... 27
CHƯƠNG 3: CÁC GIAO THỨC HOẠT ĐỘNG CỦA IPv6. ............................... 27
3.1 Định tuyến cho liên mạng IPv6 ............................................................................ 27
3.1.1 Bảng định tuyến IPv6 ......................................................................................... 27
3.1.1.1 Các đặc tính ..................................................................................................... 27
3.1.1.2 Các loại entry trong bảng định tuyến IPv6 ..................................................... 28
3.1.1.3 Quá trình định tuyến ....................................................................................... 28
3.1.2 Định tuyến tĩnh.................................................................................................. 30
3.1.2.1 Các đặc tính ..................................................................................................... 30
3.1.2.2 Cấu hình static route IPv6 ............................................................................... 31
3.1.2.3 Các loại static route IPv6 ................................................................................ 31
3.1.3 Các giao thức định tuyến động trong IPv6 ........................................................ 32
3.1.3.1 RIPng .............................................................................................................. 32
3.1.3.2 OSPFv3 ........................................................................................................... 33
3.1.3.3 EIGRP cho IPv6 .............................................................................................. 33

3.1.3.4 IS-IS ................................................................................................................ 36
 

iii


3.3 OSPFv3 cho IPv6 ................................................................................................. 37
3.3.1 Hoạt động của OSPFv3 ...................................................................................... 37
3.3.2 Gói tin LSA cho IPv6 ......................................................................................... 38
3.3.3 Cấu hình OSPFv3 trên thiết bị Cisco ................................................................. 40
3.3.3.1 Cấu hình OSPFv3 trên toàn cục ...................................................................... 40
3.3.3.2 Cấu hình OSPFv3 trên Interface ..................................................................... 41
CHƯƠNG 4

CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN KHI CHUYỂN ĐỔI TỪ IPv4

THÀNH IPv6 ............................................................................................................. 43
4.1 Dual Stack ............................................................................................................. 44
4.2 Tunneling .............................................................................................................. 45
4.2.1 Hoạt động của tunneling .................................................................................... 45
4.2.2 Phân loại công nghệ tunneling ........................................................................... 45
4.3 NAT-PT ................................................................................................................. 48
CHƯƠNG 5: CÀI ĐẶC VÀ ỨNG DỤNG IPv6 ...................................................... 50
5.1 Cấu hình IPv6 cho hệ điều hành Linux ................................................................. 50
5.1.1 kích hoạt IPv6 cho hệ điều hành Linux ............................................................. 50
5.1.2 Quan sát cấu hình ............................................................................................... 50
5.1.3 Cấu hình bằng tay địa chỉ IPv6 cho card mạng trong Linux ............................. 51
5.2 Cấu hình IPv6 cho hệ điều hành Windows: .......................................................... 52
5.2.1 Kích hoạt IPv6 cho hệ điều hành Windows: ...................................................... 52
5.2.2 Quan sát cấu hình ............................................................................................... 52

5.2.3 Cấu hình bằng tay IPv6 cho giao diện card mạng ............................................. 52
5.3 Ping trên Hai hệ điều hành (Phần này sẽ trình bày chi tiết trong phần demo). ... 52
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ........................................... 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 55

 

iv


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

 

AD

Administrative Distance

AfriNIC

African Network Information Centre

AH

Authentication Header

APNIC

Asia-Pacific Network Information Centre

ARIN

American Registry for Internet Numbers

ARPANE

Advanced Research Projects Agency Network

BDR

Backup Designated Router

CEF

Cisco Express Forwarding

CIDR

Classless Inter-Domain Routing

DHCP

Dynamic Host Configuration Protocol

DR

Designated Router

EIGRP

Enhanced Interrior Gateway Routing Protocol

ESP

Encapsulating Security Payload

EUI

Extended Universal Identifier

FP

Format Prefix

GNS

Graphical Network Simulator

GRU

Globally Routable Unicast

IANA

Internet Assigned Numbers Authority

ID

Identifier

IETF

Internet Engineering Task Force

IPv4

Internet Protocol version 4

IPv6

Internet Protocol version 6

IS-IS

Intermediate System to Intermediate System

ISP

Internet Service Provider

LACNIC

Latin America and Caribbean Network Information Centre

LAN

Local Area Network

v

 

LSA

Link-state Advertisement

LSDB

Link-state Database

MTU

Maximum Tranmission Unit

NLA

Next Level Aggregator

NTP

Network Time Protocol

OSPF

Open Shortest Path First

OSPFv3

Open Shortest Path First Version 3

QoS

Quality of Service

RFC

Request For Comment

RIPE

Réseaux IP Européens Network Coordination Centre

RIPng

Routing Information Protocol next generation

RIR

Regional Internet Registry

SLA

Site Level Aggregator

SPF

Shortest Path First

TLA

Top Level Aggregate

VNNIC

Viet Nam Network Information Center

vi


DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1 Sự cạn kiệt IPv4 qua các năm. ....................................................................... 4
Hình 1.2 Thế giới sẵn sàng cho IPv6. ........................................................................... 5
Hình 1.3 Kết nối Unicast............................................................................................... 8
Hình 1.4 Kết nối Unicast............................................................................................... 8
Hình 1.5 Kết nối Multicast............................................................................................ 9
Hình 1.6 Số Bits trong IPv4 so với IPv6....................................................................... 9
Hình 1.7 Chi tiết IPv6 Header. .................................................................................... 10
Hình1.8 Thứ tự header trong gói tin IPv6. .................................................................. 12
Hình 1.9 IPv6 Mobility. .............................................................................................. 15
Hình 1.10 Tổng hợp địa chỉ cho định tuyến. .............................................................. 16
Hình 1.5 Kiến trúc quản lý việc cấp phát địa chỉ IPv6 lúc đầu. .................................. 20
Hình 1.6 Kiến trúc quản lý việc cấp phát địa chỉ IPv6 hiện nay. ................................ 20
Hình 2.1 Cấu trúc địa chỉ Link-local. ......................................................................... 21
Hình 2.2 Xem địa chỉ Link-local của máy tính. .......................................................... 22
Hình 2.3 Cấu trúc địa chỉ Site-local. ........................................................................... 22
Hình 2.4 Cấu trúc địa chỉ Multicast Address. ............................................................. 23
Hình 2.5 Cấu trúc địa chỉ Anycast Address ................................................................ 24
Hình 2.6 Cấu trúc địa chỉ IPv4-Mapped IPv6............................................................. 26

Hình 2.7 Cấu trúc địa chỉ 6to4. .................................................................................. 28
Hình 3.1 Bảng định tuyến IPv6 trên Windows. ......................................................... 29
Hình 3.2 Định dạng gói tin RIP .................................................................................. 32
Hình 3.3 Next hop RTE............................................................................................... 33
Hình 3.4 IPv6 prefix RTE. .......................................................................................... 33
Hình 3.5 Cấu trúc phân cấp trong OSPFv3................................................................. 38
Hình 3.6OSPFv3 LSA header. .................................................................................... 39
Hình 4.1 Sự chuyển đổi giữa mạng IPv4 và IPv6....................................................... 43
Hình 4.2 Mô hình Dual-stack..................................................................................... 44
Hình 4.4 Dual-stack trong Cisco. ................................................................................ 44
 

vii


Hình 4.5 Công nghệ tunneling .................................................................................... 45
Hình 4.6 Môhình 6to4 tunneling. ................................................................................ 46
Hình 4.7 Cấu trúc địa chỉ IPv6 6to4. .......................................................................... 46
Hình 4.8 Mô hình Tunnel Broker. ............................................................................... 47
Hình 4.9 Công nghệ NAT-PT. .................................................................................... 48
Hình 5.1 kích hoạt IPv6 cho hệ điều hành Linux ....................................................... 50
Hình 5.2 Địa chỉ Link-Local của IPv6 trong hệ điều hành Linux. ............................. 53
Hình 5.3 ping địa chỉ link-local của Linux ................................................................. 51
Hình 5.4 Địa chỉ toàn cầu IPv6gán bằng tay .............................................................. 51
Hình 5.5 Ping IPv6 trong Linux .................................................................................. 51
Hình 5.6 Kích hoạt IPv6 trong Hệ điều hành Windows ............................................. 52
Hình 5.7 Địa chỉ Link-Local và cấu hình bằng tay của Windows .............................. 52
Hình 5.8 Ping địa chỉ cấu hình bằng tay trong Windows ........................................... 52

 

viii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1 Bảng đặc tả cấp phát địa chỉ IPv6 trên toàn cầu. ......................................... 20
Bảng 2.1 Ví dụ về địa chỉ IPv6 Multicast. .................................................................. 24
Bảng 2.2 Bảng mô tả các loại địa chỉ IPv6 Multicast. ................................................ 24
Bảng 2.3 Bảng thống kê các dạng địa chỉ IPv6. ......................................................... 27
Bảng 3.1 Chức năng gói LSA. .................................................................................... 39
Bảng 3.2 Lệnh cấu hình OSPFv3 toàn cục ................................................................. 40
Bảng 3.3 Lệnh cấu hình OSPFv3 trên Interface ......................................................... 41

 

ix


 

MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn đề tài
Với tiền thân là mạng ARPANET, ngày nay mạng INTERNET đã phát triển
với tốc độ nhanh chóng và trở thành mạng lớn nhất trên thế giới. Các dịch vụ trên
Internet không ngừng phát triển, cơ sở hạ tầng mạng được nâng cao về băng thông và
chất lượng dịch vụ. Chính vì vậy, nhu cầu về địa chỉ IP ngày càng lớn, thế hệ địa chỉ
Internet đầu tiên là IPv4, sẽ không thể đáp ứng nổi sự phát triển của mạng Internet
toàn cầu trong tương lai. Do đó, một thế hệ địa chỉ Internet mới sẽ được triển khai để
bắt kịp, đáp ứng và thúc đẩy mạng lưới toàn cầu tiến sang một giai đoạn phát triển

mới. Chính vì lý do cấp thiết chuyển sang sử dụng “IPv6”, nên tôi đã chọn vấn đề tài:
“Tìm hiểu về IPv6, cài đặt và ứng dụng trên Server Linux.”
II. Mục tiêu
Hiểu rõ đặc điểm, cấu trúc, giao thức hoạt động và sử dụng IPv6.
Nắm vững những tính năng mới của IPv6 so với IPv4.
Triển khai thử nghiệm hệ thống Server bằng IPv6.
Xây dựng hệ thống mạng IPv6 trên nền mạng IPv4 sẳn có.
III. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi của IPv6 rất rộng, từ cơ sở hạ tầng cho đến các dịch vụ mạng. Khóa
luận này nghiên cứu tổng quan về địa chỉ IPv6, các cách thức triển khai trên cơ sở hạ
tầng mạng lớp 3 lớp Network mà cụ thể là vấn đề định tuyến và chuyển đổi qua lại
giữa môi trường IPv4 và IPv6.
IV. Kết quả đạt được
Tài liệu chi tiết về IPv6 và triển khai thử nghiệm mạng IPv6, các vấn đề cần
quan tâm khi chuyển đổi hệ thống từ IPv4 thành hệ thống IPv6.
IV. Nội dung thực hiện
Chương 1: Tổng quan về sự phát triển của Internet và giới thiệu về IPv6.
Chương 2: Cấu trúc và đặc điểm các loại địa chỉ IPv6.
Chương 3: Các giao thức hoạt động của Ipv6.
Chương 4: Các vấn đề liên quan khi chuyển đổi hệ thống từ IPv4 sang IPv6.
Chương 5: Cài đặt và ứng dụng.

 

1


 

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ INTERNET
VÀ GIỚI THIỆU VỀ IPv6
Ngày 03-02-2011, nguồn cung địa chỉ Internet IPv4 đã chính thức cạn kiệt sau
30 năm sử dụng. Tổ chức quản lý địa chỉ Internet toàn cầu (IANA) đã phân bổ những
khối địa chỉ IPv4 cuối cùng cho các nhà cấp phát địa chỉ Internet khu vực (RIR). Điều
đó không có nghĩa mọi thứ trên thế giới đã chấm dứt, cũng không có nghĩa Internet đã
đến ngày tận thế. Địa chỉ IPv6 là sẽ là phiên bản thế hệ tiếp theo Internet. Đây là phiên
bản thiết kế nhằm khắc phục những hạn chế của giao thức IPv4 và bổ sung những tính
năng mới cần thiết trong hoạt động và dịch vụ mạng thế hệ sau.
1.1 Tổng quan về sự phát triển của Internet
Vào cuối năm1960 Bộ Quốc phòng Mỹ tiến hành xây dựng một mạngmáy tính
diện rộng trên toàn nước Mỹ. Mạng máy tính nàycó tên gọi là ARPANET (Advanced
Research Project Agency Network) , mục tiêu xâydựng của mạng máy tính này là cho
phép các tổ chức chính phủ Mỹ chia sẻ tài nguyên như máy in, máy chủ, cơ sở dữ liệu
trên mạng.Vào đầu năm 1980 giao thức TCP/IP được phát triển và nhanh chóng trở
thành giao thức mạng chuẩn được dùng trên mạng ARPANET. Hệ điều hành
được dùng trên mạng lúc này là BSD UNIX cũng được tích hợp để sử dụng giao thức
TCP/IP. Hệ điều hành này nhanh chóng trở thành một công cụ hữu hiệu để phát triển
mạng máy tính. Với các công nghệ mới này số lượng mạng máy tính đã phát triển chóng
Mạng ARPANET ban đầu đã trở thành mạng đường trục (backbone) cho mạng má tính
chạy trên giao thức TCP/IP gồm hang ngàn máy thuộc các mạng cục bộ khác nhau.
Mạng máy tính này chính là mạng Internet. Tuy nhiên vào năm 1988, DARPA quyết
định tiến hành các thử Nghiệm khác, Bộ Quốc phòng Mỹ bắt đầu hủy bỏ mạng
ARPANET và thay vào đóbằng mạng máy tính NSFNET. Phát

triển

từ

mạng

ARPANET, ngày nay mạng Internet gồm hàng trăm ngàn máy tính được nối với
nhau trên toàn thế giới. Mạng đường trục hiện tại có thể tải được lưu lượng lớn gấp

 

2


 

hàng ngàn lần so với mạng ARPANET trước đó. Thông tin tham khảo
( Internet là một liên mạng, tức là mạng của các
mạng con, để kết nối các mạng con với nhau, có hai vấn đề cần giải quyết. Về mặt vật
lý, các mạng con chỉ có thể kết nối với nhau khi có máy tính có thể kết nối với các mạng
này. Việc kết nối đơn thuần về vật lý chưa thể làm cho các mạng con có thể trao đổi
thông tin với nhau. Vấn đề thứ hai là máy tính kết nối được về mặt vật lý với các mạng
con phải hiểu được cả hai giao thức truyền tin được sử dụng trên các mạng con này và
các gói thông tin của các mạng con sẽ được gửi qua nhau thông qua đó. Máy tính này
được gọi là Internet gateway hay router.
1.2 Nguyên nhân phát triển IPv6 và những hạn chế IPv4
1.2.1 Nguyên nhân phát triển IPv6
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. Sự phát triển nhanh
chóng này đòi hỏi phải kèm theo sự mở rộng, nâng cấp không ngừng của cơ sở hạ tầng
mạng và công nghệ sử dụng.

 

3


 

Hình 1.1 Sự cạn kiệt IPv4 qua các năm.
Bước sang những năm đầu của thế kỷ XXI, ứng dụng của Internet phát triển
nhằm cấp dịch vụ cho người dùng trên các thiết bị mới ra đời: Notebook, Cellualar
modem, Tablet,Smart-Phone, Smart TV… Để có thể đưa những khái niệm mới dựa trên
cơ sở TCP/IP này thành hiện thực, TCP/IP phải mở rộng. Nhưng một thực tế mà không
chỉ giới chuyên môn, mà ngay cả các ISP cũng nhận thức được đó là tài nguyên mạng
ngày càng hạn hẹp. Việc phát triển về thiết bị, cơ sở hạ tầng, nhân lực… không phải là
một khó khăn lớn. Vấn đề ở đây là địa chỉ IP, không gian địa chỉ IP đã cạn kiệt, địa chỉ
IP (IPv4) không thể đáp ứng nhu cầu mở rộng mạng đó. Bước tiến quan trọng mang tính
chiến lược đối với kế hoạch mở rộng này là việc nghiên cứu cho ra đời một thế hệ sau
của giao thức IP, đó chính là IP version 6.

 

4


 

Hình 1.2 Thế giới sẵn sàng cho IPv6.
IPv6 ra đời không có nghĩa là phủ nhận hoàn toàn IPv4 (công nghệ mà hạ tầng
mạng chúng ta đang dùng ngày nay). Vì là một phiên bản hoàn toàn mới của công nghệ

IP, việc nghiên cứu, ứng dụng vào thực tiễn luôn là một thách thức rất lớn. Một trong
những thách thức đó liên quan đến khả năng tương thích giữa IPv6 và IPv4, liên quan
đến việc chuyển đổi từ IPv4 lên IPv6, làm thế nào mà người dùng có thể khai thác
những thế mạnh của IPv6 nhưng không nhất thiết phải nâng cấp đồng loạt toàn bộ mạng
(LAN, WAN, Internet…) lên IPv6.
1.2.2 Những giới hạn của IPv4
IPv4 hỗ trợ trường địa chỉ 32 bit, IPv4 ngày nay hầu như không còn đáp ứng
được nhu cầu sử dụng của mạng Internet. Hai vấn đề lớn mà IPv4 đang phải đối mặt là
việc thiếu hụt các địa chỉ, đặc biệt là các không gian địa chỉ tầm trung (lớp B) và việc
phát triển về kích thước rất nguy hiểm của các bảng định tuyến trong Internet.Thêm vào
đó, nhu cầu tự động cấu hình (Auto-config) ngày càng trở nên cần thiết. Địa chỉ IPv4
trong thời kỳ đầu được phân loại dựa vào dung lượng của địa chỉ đó (số lượng địa chỉ
IPv4). Địa chỉ IPv4 được chia thành 5 lớp A, B, C, D. 3 lớp đầu tiên được sử dụng phổ
biến nhất. Các lớp địa chỉ này khác nhau ở số lượng các bit dùng để định nghĩa Network
ID.Ví dụ: Địa chỉ lớp B có 16 bit đầu dành để định nghĩa Network ID và 16 bit cuối
cùng dành cho Host ID. Trong khi địa chỉ lớp C có 21 bit dành để định nghĩa Network
ID và 8 bit còn lại dành cho Host ID…Do đó, dung lượng của các lớp địa chỉ này khác
nhau.

 

5


 

1.3 Giới thiệu về IPv6
Địa chỉ IPv4 được thiết kế có chiều dài 32 bit và có thể cung cấp khoảng 4 tỉ địa
chỉ cho hoạt động mạng toàn cầu. Địa chỉ IPv4 đã đồng hành với việc phát triển như vũ
bão của hoạt động Internet trong hơn hai thập kỷ vừa qua. Song nguồn tài nguyên IPv4

sắp cạn kiệt trước tốc độ tiêu thụ quá nhanh của toàn cầu trước nhu cầu phát triển không
ngừng các dịch vụ mới đòi hỏi kết nối băng thông rộng với địa chỉ IP cố định (tỉ lệ sử
dụng địa chỉ/khách hàng là 1:1), cũng như đòi hỏi tham gia kết nối mạng của đa dạng
thiết bị (thiết bị số dùng cho cá nhân PDA, điện thoại di động, đồ dùng điện tử, ô tô, tàu
thủy, xe lửa, máy bay...). Bên cạnh nguy cơ cạn kiệt nguồn IPv4, xu hướng hội nhập
mạng viễn thông và Internet với khái niệm mạng thế hệ mới “Next Generation
Network” đã khiến IPv4 bộc lộ một số hạn chế trong cấu trúc thiết kế , khiến những nhà
nghiên cứu, những tổ chức tiêu chuẩn hóa chịu trách nhiệm về hoạt động mạng toàn cầu
nhận thấy cần có sự phát triển lên một tầm cao hơn của giao thức Internet.
IPv6 (Internet protocol version 6) là phiên bản địa chỉ Internet mới, được thiết kế
để thay thế cho phiên bản IPv4, với hai mục đích cơ bản:
- Thay thế cho nguồn IPv4 cạn kiệt để tiếp nối hoạt động Internet.
- Khắc phục các nhược điểm trong thiết kế của địa chỉ IPv4. IPv6 được thiết kế
với tham vọng đạt được những mục tiêu sau:
- Không gian địa chỉ lớn hơn và dễ dàng quản lý không gian địa chỉ.
- Khôi phục lại nguyên lý kết nối đầu cuối-đầu cuối của Internet và loại bỏ hoàn
toàn công nghệ NAT
- Quản trị TCP/IP dễ dàng hơn: DHCP được sử dụng trong IPv4 nhằm giảm cấu
hình thủ công TCP/IP cho host. IPv6 được thiết kế với khả năng tự động cấu hình mà
không cần sử dụng máy chủ DHCP, hỗ trợ hơn nữa trong việc giảm cấu hình thủ công.
- Cấu trúc định tuyến tốt hơn: Định tuyến IPv6 được thiết kế hoàn toàn phân cấp.
- Hỗ trợ tốt hơn Multicast: Multicast là một tùy chọn của địa chỉ IPv4, tuy nhiên
khả năng hỗ trợ và tính phổ dụng chưa cao.
-Hỗ trợ bảo mật tốt hơn: IPv4 được thiết kế tại thời điểm chỉ có các mạng nhỏ,
biết rõ nhau kết nối với nhau. Do vậy bảo mật chưa phải là một vấn đề được quan tâm.
Song hiện nay, bảo mật mạng internet trở thành một vấn đề rất lớn, là mối quan tâm
hàng đầu.
 

6

 

- Hỗ trợ tốt hơn cho di động: Thời điểm IPv4 được thiết kế, chưa tồn tại khái
niệm về thiết bị IP di động. Trong thế hệ mạng mới, dạng thiết bị này ngày càng phát
triển, đòi hỏi cấu trúc giao thức Internet có sự hỗ trợ tốt hơn. IPv6 là phiên bản nâng cấp
của IPv4. Được cải tiến và thiết kế để khắc phục những hạn chế trong thiết kế của phiên
bản trước (IPv4), IPv6 có những điểm mạnh và lợi thế sau đây:
1.3.1 Số lượng nhiều vô kể
IPv6 có chiều dài 128 bit, gấp 4 lần chiều dài bit của địa chỉ IPv4 nên đã mở
rộng không gian địa chỉ từ khoảng hơn 4 tỷ địa chỉ, lên tới một con số khổng lồ là 2^128
= 3,4 x1038 địa chỉ. Một số nhà phân tích tính toán và kết luận rằng, cho dù sử dụng như
thế nào, chúng ta cũng không thể dùng hết địa chỉ IPv6.
1.3.2 Khả năng tự động cấu hình (Plug and Play)
Để một thiết bị IPv4 có thể kết nối vào Internet, người quản trị mạng phải cấu
hình bằng tay các thông số phục vụ cho việc nối mạng như địa chỉ IP, địa chỉ gateway,
địa chỉ máy chủ tên miền. Việc này có thể không phức tạp đối với máy tính song với các
thiết bị như camera, sensor, thiết bị gia dụng… là vấn đề phức tạp.
IPv6 được thiết kế để cho phép thiết bị IPv6 có thể tự động cấu hình các thông
số trên khi kết nối vào mạng, từ đó rất linh hoạt và giảm thiểu cấu hình nhân công.
1.3.3 Khả năng bảo mật kết nối từ thiết bị gửi đến thiết bị nhận (đầu cuối – đầu
cuối)
Theo thiết kế, IPv4 không hỗ trợ tính năng bảo mật tại tầng IP. Do 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 với nhau

1.3.4 Quản lý định tuyến tốt hơn:
Sự gia tăng của các mạng trên Internet và việc sử dụng ngày càng nhiều địa chỉ
IPv4 khiến cho kích thước bảng định tuyến toàn cầu ngày càng gia tăng, gây quá tải,

vượt quá khả năng xử lý của các thiết bị định tuyến tầng cao. Một phần lí do của việc
gia tăng bảng định tuyến là do IPv4 không được thiết kế phân cấp ngay từ đầu.
 

7


 

Địa chỉ IPv6 được thiết kế có cấu trúc đánh địa chỉ và phân cấp định tuyến thống
nhất. Phân cấp định tuyến toàn cầu dựa trên một số mức cơ bản đối với các nhà cung
cấp dịch vụ.Cấu trúc định tuyến phân cấp giúp cho địa chỉ IPv6 tránh khỏi nguy cơ quá
tải bảng thông tin định tuyến toàn cầu khi chiều dài địa chỉ lên tới 128 bit.
1.3.5 Dễ dàng thực hiện multicast và hỗ trợ tốt hơn cho di động:
Các kết nối giữa máy tính tới máy tính trên Internet để cung cấp cho người sử
dụng các dịch vụ mạng hiện tại hầu hết là kết nối unicast. Unicast là kết nối giữa một
máy tính nguồn và một máy tính đích. Để cung cấp dịch vụ cho nhiều khách hàng, máy
chủ sẽ phải mở nhiều kết nối tới các máy tính khách hàng (Hình 1.3)

Hình 1.3 Kết nối Unicast
Nhằm tăng hiệu năng của mạng, tiết kiệm băng thông, giảm tải cho máy chủ,
công nghệ multicast được thiết kế để một máy tính nguồn có thể kết nối đồng thời đến
nhiều đích (Hình 1.4).

Hình 1.4 Kết nối Unicast

 

8

 

Nhằm tăng hiệu năng của mạng, tiết kiệm băng thông, giảm tải cho máy chủ,
công nghệ multicast được thiết kế để một máy tính nguồn có thể kết nối đồng thời đến
nhiều đích (Hình 1.5).

Hình 1.5 Kết nối Multicast
Khi phát triển phiên bản địa chỉ mới, IPv6 hoàn toàn dựa trên nền tảng IPv4.
Nghĩa là hầu hết những chức năng của IPv4 đều được tích hợp vào IPv6. Tuy nhiên,
IPv6 đã lượt bỏ một số chức năng cũ và thêm vào những chức năng mới tốt hơn. Ngoài
ra IPv6 còn có nhiều đặc điểm hoàn toàn mới.
1.3.6 Tăng kích thước của tầm địa chỉ

Hình 1.6 Số Bits trong IPv4 so với IPv6.
Một so sánh thú vị là nếu nói IPv4 là một trái banh golf thì IPv6 là một mặt trời.
IPv6 sử dụng 128 bit địa chỉ, tăng gấp 4 lần số bit so với IPv4 (32bit). Nghĩa là trong
khi IPv4 chỉ có 232 ~ 4,3 tỷ địa chỉ, thì IPv6 có tới 2128 ~ 3,4 *1038 địa chỉ IP. Gấp 296
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. Địa chỉ IPv6 được biểu diễn bởi ký tự Hexa với tổng cộng 8 Octet. Mỗi Octet chứa
4 ký tự Hexa tương ứng với 16 bit nhị phân. Dấu hai chấm ngăn cách giữa các octet.
Giao thức IPv4 hiện tại được duy trì bởi kỹ thuật NAT và cấp phát địa chỉ tạm thời.
 

9


 

Tuy nhiên vì vậy mà việc thao tác dữ liệu trên payload của các thiết bị trung gian
là một bất lợi các lợi ích về truyền thông ngang hàng (peer-peer), bảo mật đầu cuối và
chất lượng dịch vụ (QoS). Với số lượng cực kỳ lớn địa chỉ IPv6 thì sẽ không cần đến kỹ
thuật NAT hay cấp phát địa chỉ tạm thời nữa. Vì lúc đó, mỗi thiết bị (Máy tính, điện
thoại, tivi, robot, thiết bị dân dụng…) đều sẽ có một địa chỉ IP toàn cầu. Đây là một
không gian địa chỉ cực lớn với mục đích không chỉ cho Internet mà còn cho tất cả các
mạng máy tính, hệ thống viễn thông, hệ thống điều khiển và thậm chí cho từng vật dụng
trong gia đình. Trong tương lai, mỗi chiếc điều hòa, tủ lạnh, máy giặt hay nồi cơm
điện…của mọi gia định trên thế giới cũng sẽ mang một địa chỉ IPv6 để chủ nhân của
chúng có thể kết nối và ra lệnh từ xa. Nhu cầu hiện tại chỉ cần 15% không gian địa chỉ
IPv6, còn 85% dự phòng cho tương lai.
1.3.7 Header có nhiều ưu thế

Hình 1.7 Chi tiết IPv6 Header.
Các trường có trong IPv6 Header :
+ Version :Trường chứa 4 bit 0110 ứng với số 6 chỉ phiên bản của IP.
+ Traffic Class :Trường 8 bit tương ứng với trường Type of Service (ToS) trong
IPv4. Trường này được sử dụng để biểu diễn mức ưu tiên của gói tin, ví dụ có nên được
truyền với tốc độ nhanh hay thông thường, cho phép thiết bị có thể xử lý gói một cách
tương ứng.
+ Flow Label :Trường hoàn toàn mới trong IPv6, có 20 bit chiều dài. Trường này
biểu diễn luồng cho gói tin và được sử dụng trong các kỹ thuật chuyển mạch đa lớp
(multilayer switching), nhờ đó các gói tin được chuyển mạch nhanh hơn trước. Bằng

 

10


 

cách sử dụng trường này, nơi gửi gói tin hoặc thiết bị hiện thời có thể xác định một
chuỗi các gói tin thành 1 dòng, và yêu cầu dịch vụ cụ thể cho dòng đó. Ngay cả trong
IPv4, một số các thiết bị giao tiếp cũng được trang bị khả năng nhận dạng dòng lưu
lượng và gắn mức ưu tiên nhất định cho mỗi dòng. Tuy nhiên, những thiết bị này không
những kiểm tra thông tin tầng IP ví dụ địa chỉ nơi gửi và nơi nhận, mà còn phải kiểm tra
cả số port là thông tin thuộc về tầng cao hơn. Trường Flow Label trong IPv6 cố gắng đặt
tất cả những thông tin cần thiết vào cùng nhau và cung cấp chúng tại tầng IP.
+ Payload Length :Trường 16 bit. Tương tự trường Toal Length trong IPv4, xác
định tổng kích thước của gói tin IPv6 (không chứa header)
+ Next Header :Trường 8 bit. Trường này sẽ xác định xem extension header có
tồn tại hay không, nếu không được sử dụng, header cơ bản chứa mọi thông tin tầng IP.
Nó sẽ được theo sau bởi header của tầng cao hơn, tức là header của TCP hay UDP, và
trường Next Header chỉ ra loại header nào sẽ theo sau.
+ Hop Limit :Trường 8 bit. Trường này tương tự trường Time to live của IPv4.
Nó có tác dụng chỉ ra số hop tối đa mà gói tin IP được đi qua. Qua mỗi hop hay router,
giá trị của trường sẽ giảm đi 1.
+ Source Address :Trường này gồm 16 octet (hay 128 bit), định danh địa chỉ
nguồn của gói tin.
+ Destination Address :Trường này gồm 16 octet (hay 128 bit), định danh địa chỉ
đích của gói tin.
Ngoài ra IPv6 Header còn có thêm Extension Headers, là phần Header mở
rộng. IPv6 ứng dụng một hệ thống tách biệt các dịch vụ gia tăng khỏi các dịch vụ cơ bản
và đặt chúng trong header mở rộng (extension header), phân loại các header mở rộng
theo chức năng của chúng. Làm như vậy thì sẽ giảm tải nhiều cho router, và thiết lập
nên được một hệ thống cho phép bổ sung một cách linh động các chức năng.

 

11