Những hạn chế của IPv4 và đặc điểm của IPv6

Những hạn chế của IPv4 và đặc điểm của IPv6
1.1 Những hạn chế của IPv4:
- Giao thức tầng mạng trong bộ giao thức TCP/IP hiện tại đang là IPv4 (Internet-
working protocol verision 4). IPv4 cung cấp truyền thông host-to-host giữa những
hệ thống trên Internet. Mặc dù IPv4 được thiết kế khá tốt, sự thông đại thông tin đã
tiến triển từ lúc khởi đầu IPv4 vào những năm 1970, nhưng IPv4 có những sự thiếu
hụt khiến cho nó không đồng bộ cho sự phát triển nhanh của Internet, gồm những
thứ sau:
+ IPv4 có 2 level cấu trúc địa chỉ (netid và hostid) phân nhóm vào 5 lớp (A, B, C,
D và E). Sự sử dụng những ô địa chỉ là không hiệu quả. Ví dụ như khi cos một tổ
chức được cấp cho 1 địa chỉ lớp A, 16 triệu địa chỉ từ ô địa chỉ được phân phối duy
nhất cho tổ chức sử dụng. Nếu 1 tổ chức được cấp cho 1 địa chỉ lớp C, mặt khác
chỉ có 256 địa chỉ được phân phối cho tổ chức, đây không phải là một số đủ. Cũng
vậy, nhiều triệu địa chỉ bị lãng phí trong nhóm D và E. Phương thức phân địa chỉ
này đã dùng hết những ô địa chỉ của IPv4, và mau chóng sẽ không còn địa chỉ nào
còn để cấp cho bất kỳ một hệ thống mới nào muốn kết nối vào Internet. Mặc dù
sách lược subnet và supernet đã giảm bớt những vấn đề về địa chỉ, nhưng subnet và
suprnet đã làm cho đường truyền trở lên khó khăn hơn.
+ Internet phải thích nghi được với sự chuyển giao audio và video thời gian thực.
Loại chuyển giao này yêu cầu những sách lược trì hoãn ít nhất và sự đặt trước của
tài nguyên không được cung cấp trong thiết kế.
+ Internet phải thích nghi được với sự mã hoá và sự chứng nhận của dữ liệu cho
một số ứng dụng. Không một sự mã hoá và sự chứng nhận nào được cung cấp
trong IPv4.
- Để khắc phục thiếu sót trên IPv6 được biết đến như là IPng (Internet working
Protocol, next generation), được đề xướng và nay là một chuẩn.
1.2 Đặc điểm của IPv6:
- Trong IPv6 giao thức Internet được cải tiến một cách rộng lớn để thích nghi được
sự phát triển không biết trước được của Internet. Định dạng và độ dài của những
địa chỉ IP cũng được thay đổi với những gói định dạng. 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 hoặc có trong giao thức ICMPv6. Những giao thức
tìm đường như RIP, OSPF cũng được cải tiến khả năng thích nghi với những thay
đổi này. Những chuyên gia truyền thông dự đoán là IPv6 và những giao thức liên
quan với nó sẽ nhanh chóng thay thế phiên bản IP hiện thời.
Thế hệ mới của IP hay IPv6 có những ưu điểm như sau:
1.2.1 Không gian địa chỉ lớn:
- IPv6 có địa chỉ nguồn và đích dài 128 bít. Mặc dù 128 bít có thể tạo hơn 3,4*10
38
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.
1.2.2 Địa chỉ phân cấp, hạ tầng định tuyến hiệu quả:
- Các địa chỉ toàn cục của Ipv6 được thiết kế để tạo ra một hạ tầng định tuyến hiệu
qủa, phân cấp và có thể tổng quát hoá 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.
1.2.3 Khuôn dạng header đơn giản hoá:
- 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 lựa chọn sang
các header mở rộng được đặt phía sau của IPv6 header. Khuôn dạng header mới
của IPv6 tạo ra sự xử lý hiệu quả hơn tại các router.
1.2.4 Tự cấu hình địa chỉ:
- 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 server DHCP và tự cấu hình địa chỉ stateless
(không có server DHCP). Với tự cấu hình địa chỉ dạng stateless, các trạm trong
liên kết tự động cấu hình chúng với địa chỉ IPv6 của liên kết (địa chỉ cục bộ liên

kết) và với địa chỉ rút ra từ tiền tổ được quảng bá bởi router cục bộ. Thậm trí nếu
không có router, 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.
1.2.5 Khả năng xác thực và bảo mật an ninh:
- Tích hợp sẵn trong thiết kế IPv6 giúp triển khai dễ dàng đảm bảo sự tương tác lẫn
nhau giữa các nút mạng.
1.2.6 Hỗ trợ tốt hơn về chất lượng dịch vụ QoS:
- Lưu thông trên mạng được phân thành các luồng cho phép sử lý mức ưu tiên khác
nhau tại các router.
1.2.7 Hỗ trợ tôt hơn tính năng di động :
- Khả năng di động MobileIP tận dụng được các ưu điểm của IPv6 so với IPv4.
1.2.8 Khả năng mở rộng:
- Thiết kế của IPv6 có dự phòng cho sự phát triển trong tương lai đồng thời dễ
dàng mở rộng khi có nhu cầu.
1.3 Cấu trúc địa chỉ IPv6:
1.3.1 Địa chỉ IPv6:
- Một địa chỉ gồm có 16 bytes, đó là 128 bít độ dài. Kiểu ký hiệu dấu 2 chấm trong
hệ đếm 16 ( Hexadecimal Colon Notation):
- Để làm cho những địa chỉ trở nên có thể đọc được nhiều hơn, IPv6 trình bầy rõ
trong kiểu ký hiệu dấu 2 chấm trong hệ đếm 16. Trong kiểu ký hiệu này, 128 bít
được chia thàng 8 phần, mỗi phần rộng 2 byte. 2 byte trong kiểu ký hiệ hệ đếm 16
yêu cầu 4 chữ số trong hệ đếm 16 này. Vì thế cho nên địa chỉ gồm có 32chữ số
trong hệ đếm 16 với mỗi 4 chữ số một lại có một dấu : chấm. Hình1.

128 bít= 16 bytes= 32chữ số trong hệ đếm 16

FDEC : : 7654 3210 ADBF 2922 FFFF
Hình 1: Địa chỉ IP phiên bản 6 ( IPv6 Address)
- Sự rút gọn:

+ Mặc dù là địa chỉ IP ngay cả khi ở trong định dạnh hệ số đếm 16, vẫn rất dài,
nhiều chữ số 0 trong một địa chỉ.
Thí dụ: 1080:0000:0000:0000:0008:0800:200C:417A
Do đó cơ chế nén 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.
Chưa rút gọn
1080:0000:0000:0000:0008:0800:200C:417A
Đã rút gọn
1080: 0: 0: 0: 8: 800:200C:417A
Hình 2 : Sự rút gọn địa chỉ (Abbreviated Address)
111111101111101100…………………………..111111111111
- Hơn nữa ta có thể sử dụng ký hiệu :: để chỉ một chuỗi các số 0. Tuy nhiên ký hiệu
trên chỉ được sử dụng một lần trong một địa chỉ. Địa chỉ IP có độ dài cố định, ta có
thể tính được số các bit 0 mà ký hiệu đó biểu diễn. Ta có thể áp dụng ở đầu hay ở
cuối địa chỉ. Cách viết này đặc biệt có lợi khi biểu diễn các địa chỉ multicast,
loopback hay các điạ chỉ chưa chỉ định.

Chưa rút gọn
1080: 0: 0: 0: 8: 800:200C:417A
Đã rút gọn
1080::8:800:200C:417A
Hình 3: Sự rút gọn địa chỉ có số 0 liên tiếp (Abbreviated Address with consecutive
zeros)
- Việc khôi phục lại sự rút gọn địa chỉ là rất đơn giản: thêm số 0 vào cho đến khi
nhận được địa chỉ nguyên bản (4 chữ số trong 1 phần , 32 chữ số trong một địa chỉ)
- IPv6 cho phép giảm lớn địa chỉ và được biểu diễn theo ký pháp CIDR.
Ví dụ: Biểu diễn mạng con có độ dài tiền tố 80 bít:
1080:0:0:0:8::/80
Hình 4 : Địa chỉ CIDR ( CIDR Address)

1.3.2 Không gian địa chỉ
- Không gian địa chỉ có độ dài lớn hơn IPv4( 128 bít so với 32 bít) do đó cung cấp
không gian địa chỉ lớn hơn rất nhiều. Trong khi không gian địa chỉ 32 bít của IPv4
cho phép khoảng 4 tỉ địa chỉ, không gian địa chỉ IPv6 có
thể có khoảng 6.5*10
23
địa chỉ trên mỗi mét vuông bề mặt trái đất. Địa chỉ IPv6
128 bít được chia thành các miền phân cấp theo trật tự trên Internet. Nó tạo ra
nhiều mức phân cấp và linh hoạt trong địa chỉ hoá và định tuyến hiện không có
trong IPv4.
- Không gian địa chỉ có nhiều mục đích khác nhau. Người ta thiết kế địa chỉ IP đã
chia không gian địa chỉ thành 2 phần, với phần đầu được gọi là kiểu tiền tố. Phần
giá trị tiền tố này cho bíêt mục đích của địa chỉ. Những mã số được thiết kế sao
cho không có mã số nào giống phần đầu của bất kỳ mã số nào khác. Do đó không
có sự nhập nhằng khi một địa chỉ được trao kiểu tiền tố có thể dẽ dàng xác định
được. Hình 5 cho chúng ta thấy dạng của địa chỉ IPv6:
128 bít

Biến Biến

Kiểu tiền tố Phần cón lại của địa chỉ


Hình 5 : Cấu trúc địa chỉ ( Address Structure)
- Không gian IPv6 được chia trên cơ sở các bít đầu trong địa chỉ. Trường có độ dài
thay đổi bao gồm các bít đầu tiên trong địa chỉ gọi là Tiền tố định dạng ( Format
Prefix) FP. Cơ chế phân bổ địa chỉ như sau:
Phân bố Tiền tồ định dạng Tỷ lệ trong không gian
địa chỉ
Dự phòng 0000 0000 1/256

Dự phòng 0000 0001 1/256
Dự phòng cho địa chỉ NSAP 0000 001 1/128
Dự phòng cho địa chỉ IPX 0000 010 1/128
Chưa cấp phát 0000 011 1/128
Chưa cấp phát 0000 1 1/32
Chưa cấp phát 0001 1/16
Địa chỉ dựa trên vị trí địa lý (
Hiện đã loại bỏ)
001 1/8
Chưa cấp phát 101 1/8
Chưa cấp phát 110 1/8
Chưa cấp phát 1110 1/16
Chưa cấp phát 1111 0 1/32
Chưa cấp phát 1111 10 1/64
Chưa cấp phát 1111 110 1/128
Chưa cấp phát 1111 1110 0 1/512
Địa chỉ liên kết cục bộ 1111 1110 10 1/1024
Địa chỉ site cục bộ 1111 1110 11 1/1024
Địa chỉ multicast 1111 1111 1/256
Hình 6 : Cơ chế phân bổ địa chỉ
1.3.3 Cấp phát địa chỉ IPv6:
1.3.3.1 Địa chỉ unicast trên cơ sở người cung cấp:
- Địa chỉ trên cơ sở người cung cấp được sử dụng chung bởi 1 host bình thường
như 1 địa chỉ unicast. Định dạng địa chỉ được diễn tả như sau:
128 bits

8 bits
3 bits 5 bits

Hình 7: Địa chỉ trên cơ sở người cung cấp (Provider-based Address)

- Những trường cho địa chỉ người dùng trên cơ sở cung cấp như sau :
+ Chứng thực kiểu (Type indentifier): Trường 3 bít này định nghĩa những địa
chỉ như là 1 địa chỉ trên cơ sở người cung cấp.
Provider
Indentifler
Subscriber
Indentifler
Subnet
Indentifler
Node
Indentifler
010 Registry
+ Chứng thực đăng ký (Registry indentifier) : Trường 5 bít này trình bày chi
nhánh đã đăng ký địa chỉ. Hiện thời thì có 3 trung tâm địa chỉ được định nghĩa:
RIPE- NCC (mã 01000): Tại Châu Âu.
INTERNIC (mã 11000): Tại Bắc Mỹ.
APNIC (mã 10100): Tại Châu á - Thái Bình Dương
+ Chứng thực hà cung cấp (Provider indentifier): Trường độ dài tuỳ biến này
xác nhận nhà cung cấp (provider) cho truy cập Internet 16 bit độ dài là khuyến cáo
đối với trường này.
+ Chứng thực thuê bao (Subscriber indentifier): Khi một tổ chức đặt mua
Internet dài hạn thông qua 1 nhà cung cấp, nó được cấp phát 1 thẻ nhận dạng người
đặt mua (Subscriber indentification). 24 bít độ dài là khuyến cáo đối với trường
này.
+ Chứng thực Subnet (Subnet indentifier): Mỗi subscriber có thể có nhiều
subnetwork khác nhau, và mỗi network có thể có nhiều chứng thực. Chứng thực.
Chứng thực subnet định nghĩa một network cụ thể dưới khu vực của subscriber. 32
bít độ dài là khuyến cáo đối với trường này.
+ Chứng thực None (None indentifier): trường cuối cùng định nghĩa nhận dạng
giao điểm kết nối tới subnet. Độ dài 8 bít là khuyến cáo với trường này để làm nó

thích hợp với địa chỉ link 48 bít (Vật lý) được sử dụng bởi Ethernet. Trong tương
lai địa chỉ link này có lẽ sẽ giống địa chỉ vật lý node.
- Chúng ta có thể nghĩ về một điạ chỉ cung cấp trung tâm như 1 đẳng cấp chứng
thự có một số tiền tố. Như những gì thấy ở hình 8, mỗi tiền tố định nghĩa một cấp
bậc của hệ thống. Kiểu tiền tố định nghĩa kiểu, tiền tố định nghiã 1 cách duy nhất
về nhà cung cấp bậc đăng ký, tiền tố nhà cung cấp định nghĩa 1 cách duy nhất về
nhà cung cấp, tiền tố subnet định nghĩa 1 cách duy nhất về subscriber, và tiền tố
subnet định nghĩa 1 cách duy nhất về subnet.
Subnet
Subscriber
Provider
Hình 8 : Hệ thống địa chỉ (Address Hierarchy)
1.3.3.2 Địa chỉ dự trữ (Reserved Address):
- Những địa chỉ mà sử dụng tiền tố dự trữ (0000 0000) sẽ được thảo luận một cách
ngắn gọn tại đây.
+ Địa chỉ không xác định (Unspecified Address): Đây là một địa chỉ mà phần
không phải tiền tố chỉ chứa chữ số 0. Nói một cách khác phần còn lại của địa chỉ
gồm toàn zero. Địa chỉ này được sử dụng khi host không hiểu được địa chỉ của
chính nó và gửi 1 câu hỏi thăm để tìm địa chỉ của nó. Tuy nhiên trong câu hỏi thăm
phải định nghĩa 1 địa chỉ nguồn. Địa chỉ không xác định có thể được sử dụng cho
mục đích này. Chú ý là địa chỉ không thể được sử dụng làm địa chỉ đích. Địa chỉ
này được trình bày trong hình sau :

8 bít
120 bit

Hình 9 : Địa chỉ không rõ (Unspecified Address)
+ Địa chỉ vòng ngược (Loopback Address): Đây là một địa chỉ được sử dụng bởi
1 host để kiểm tr nó mà không cần vào mạng. Trong trường hợp này 1 thông điệp
được tạo ra ở tầng ứng dụng nó gửi tới tầng chuyển tải và đi qua tầng mạng. Tuy

nhiên thay vì đi đến mạng vật lý nó trở lại tầng chuyển tải và đi qua tầng ứng dụng.
Địa chỉ này rất hữu dụng cho việc kiểm tra những gói phần mềm chức năng trong
tầng này trước khi thậm chí cả việc kết nối máy tính vào mạng. Địa chỉ được mô tả
trong hình dưới đây gồm có tiền tố 0000 0000 và theo sau là 119 bit 0 và 1 bit 1.
Provider
Indentifier
Subscriber
indentifier
Subnet
Indentifier
Node
indentifier
00000000 Tất cả toàn bít 0

8 bít
120 bit

Hình 10 : Địa chỉ vòng
ngược ( Loopback
Address)
+ Địa chỉ IPv4: Những gì chúng ta thấy được trong suốt quá trình chuyển đổi từ
địa chỉ IPv4 và IPv6, host có thể sử dụng địa chỉ IPv4 của nó đã được nhúng vào
địa chỉ IPv6. Có 2 định dạng địa chỉ được thiết kế cho mục đích này: thích ứng
( compatible) và hoạ đồ (mapped)
+ Địa chỉ thức ứng ( Compatile Address): Là một địa chỉ của 96 bit 0 theo sau
32 bit của địa chỉ IPv4. Địa chỉ này được sử dụng khi 1 máy tính sử dụng IPv6
muốn gửi một thông điệp sang 1 máy tính sử dụng IPv6. Tuy nhiên gói tin phải đi
qua một miền mà ở đó mạng vẫn sử dụng IPv4. Người gửi sử dụng địa chỉ thích
ứng IPv4 để làm cho thuận tiện việc chuyển gói tin qua miền sử dụng IPv4.
Thí dụ: Địa chỉ IPv4 là 2.13.17.14 (định dạng dấu chấm trong hệ đếm 10) được

chuyển thành 0::020D:110E (định dạng dấu 2 chấm trong hệ đếm 16). Địa chỉ IPv4
được thêm 96 bít 0 để tạo ra địa chỉ IPv6 128 bít.

8 bít 88 bít 32 bít
00000000 Tất cả toàn bít 0 Địa chỉ IPv4
a. Địa chỉ thích ứng
Địa chỉ IPv6
Địa chỉ IPv4
00000000 000000000000………….00000
000000001
0::020D:110E
2.13.17.14
b. Chuyển đổi địa chỉ
Hình 11: Địa chỉ thích ứng ( Compatible Address)
+ Địa chỉ hoạ đồ (Mapped Address): Gồm 80 bít o theo sau là 16 bít 1 sau nữa là
32 bít của địa chỉ IPv4. Địa chỉ này được sử dụng khi 1 máy tính vẫn sử dụng IPv4.
Gói tin du lịch phần lớn qua mạng IPv6 nhưng sau hết được chuyển tới 1 host sử
dụng IPv4. Địa chỉ IPv4 được thêm 16 bít 1 và 80 bít 0 để tạo địa chỉ IPv6 128 bít.

8 bít 72 bít 16 bit 32 bít
00000000 Tất cả bít 0 Tất cả bít 1 Địa chỉ IPv4
a.Địa chỉ hoạ đồ
Địa chỉ IPv6
Địa chỉ IPv4
b. Chuyển đổi địa chỉ
Hình 12: Địa chỉ hoạ đồ (Mapped Address)
0::020D:110E
2.13.17.14
- Một điều thú vị về địa chỉ thích ứng và địa chỉ hoạ đồ là chúng được thiết kế
bằng một cách mà khi tính toán checksum chúng ta có thể sử dụng hoặc địa chỉ

nhúng hoặc địa chỉ đầy đủ vì những bít 0 hoặc bít 1 thêm vào là bội của 16, không
có bất kỳ một tác động nào lên việc tính toán checksum. Địa chỉ này quan trọng vì
nếu địa chỉ của gói tin được chuyển tư IPv6 sang IPv4 bởi router, việc tính toán
checksum sẽ không được tính toán.
1.3.3.3 Địa chỉ cục bộ ( Local Address):
Nhũng địa chỉ mà sử dụng tiền tố dự trữ (1111 1110) sẽ được thảo kuận một cách
ngắn gọn tại đây.
+ Địa chỉ link cục bộ ( Link local Address): Những địa chỉ này được sử dụng khi
1 mạng LAN muốn sử dụng giao thức Internet nhưng không kết nói Internet vì lý
do an ninh. Kiểu địa chỉ này sử dụng tiền tố 1111 1110 10. Đại chỉ link cục bộ
đựơc sử dụng trong mạng đôc lập và không có ảnh hưởng chung nào. Không ai ở
ngoài mạng độc lập này có thể gửi thông điệp đến những máy tính gia nhập 1
mạng sử dụng những địa chỉ này.
10 bít 70 bít 48 bít

Hình 13 : Địa chỉ link cục bộ ( Link local Address)
+ Địa chỉ site cục bộ (Site Local Address): Những địa chỉ này được sử dụng nếu
như 1 site có một số mạng sử dụng giao thức Internet nhưng không kết nối Internet
vì những lý do an ninh. Kiểu địa chỉ này sử dụng tiền tố 1111 1110 11. Địa chỉ site
cục bộ được sử dụng trong mạng độc lập và không có ảnh hưởng chung nào.
Không ai ở ngoài mạng độc lập này có thể gửi thông điệp đến máy tính gia nhập
mạng sử dụng những địa chỉ này.
10 bít 38 bít 32 bít 48 bít


Hình 14 : Địa chỉ site cục bộ ( Site Local Address)
11111111010 Tất cả bít 0 Địa chỉ Node11111111010 Tất cả bít 0 Địa chỉ Subnet Địa chỉ Node