Nghiên cứu giao thức định tuyến cho IPv6 ứng dụng trong mạng iot

1

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung trong Luận văn tơi viết hồn tồn là chính xác
và trung thực. Các tài liệu tham khảo sử dụng có nguồn gốc đuợc trích dẫn rõ
ràng. Tơi xin chịu ho n to n tr ch nhiệm nếu có dấu hiệu sao ch p từ c c t i iệu h
c Luận văn đuợc tìm hiểu, nghiên cứu duới sự huớng dẫn của TS. Huỳnh
Công Tú, thầy

nguời uôn động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều

kiện thuận lợi nhất để tơi hồn thành. Tuy vậy do thời gian và khả năng có hạn
chắc chắn sẽ khơng tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận đuợc sự góp ý và
bổ sung để luận văn đuợc hồn chỉnh hơn trong thời gian đến.
Bình Định, ngày 20 tháng 04 năm 2021
Nguời thực hiện

Nguyễn Thông


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện luận văn, em đã có cơ hội được nghiên cứu, học
tập và cập nhật các kiến thức chuyên ng nh cơ bản trong các bộ mơn đã được
học ở trường. Cùng với đó, phương ph p giảng dạy khoa học gắn với thực tiễn
công tác của các Thầy giảng viên trong khoa kỹ thuật công nghệ trường Đại
học Quy nhơn Qua đây em cũng xin chân th nh cảm ơn Thầy hướng dẫn TS.
Huỳnh Cơng Tú đã giúp đỡ em hồn thành luận văn n y
Bình Định, ngày 20 tháng 04 năm 2021
Người thực hiện

Nguyễn Thông

MỤC LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (Bản sao)


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
••
Ký hiệu

Tiếng Anh

Tiếng Việt

6LoWPAN

IPv6 Protocol over Low-Power

S dụng giao thức IPv6 trong các

Wireless PANs

mạng PAN không dây công suất
thấp

AH

Authentication Header

Mào đầu xác thực

APNIC

Asia- Pacific Network

Trung tâm thơng tin mạng châu

Information Centre

Á- Thái Bình Dương

ARP

Address Resolution Protocol

Thủ tục phân giải địa chỉ

CTP

Collection Tree Protocol

Giao thức cây thu thập dữ liệu
thực thi

DAO

Destination Advertisement

Đối tượng quảng b đích

Object
DDR

Data Delivery Ratio

Tỷ lệ chuyển phát bản tin dữ liệu

DHCP

Dynamic Host Configuration

Giao thức cấu hình động máy

Protocol

chủ

DIO

DODAG Information Object

DODAG đối tượng thơng tin

DIS

DODAG Information

DODAG khuyến khích thơng tin

Solicitation
DNS

Domain Name System

Hệ thống tên miền

DODAG

Destination Oriented Direct

Đồ thị hơng có chu trình được

Acyclic Graph

định hướng

ESP

Encrypted Security Payload

Mào đầu mã hóa

ETX

Expected Transmission

Truyền kỳ vọng

IANA

Internet Assigned Numbers
Authority

Tổ chức cấp phát số hiệu Internet


ICMP

Internet Control Message

Giao thức x lý các thông báo

Protocol

trạng thái cho IP

ICV

Integrity Check Value

Giá trị kiểm tra tính tồn vẹn

IEEE

Institute of Electrical and

Hội Kỹ sư Điện và Điện tử

Electronics Engineers
IETF

Internet Engineering Task Force

Hiệp hội đặc trách kỹ thuật
Internet

IoT

Internet of Things

Internet Vạn Vật

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

IPSec

IP Security Architecture

Giao thức bảo mật Internet

IPv4

Internet Protocol version 4

Giao thức Internet phiên bản 4

IPv6

Internet Protocol version 6

Giao thức Internet phiên bản 6

LAN

Local Area Network

Mạng cục bộ

LLN

Low- Power and Losy Networks

Mạng tổn hao công suất thấp

LTE

Long Term Evolution

Tiến hóa dài hạn

M2M

Machine-to-Machine

Tương t ác giữa máy với máy

NAT

Network Address Transiation

Chuyển đổi địa chỉ mạng

NAT- PT

Network Address Transiation -

Chuyển đổi địa chỉ mạng -

Protocol Transiator

chuyển đổi giao thức

QoS

Quality of Service

Chất 1 ượng dịch vụ

RFC

Request for Comments

Tài liệu chuẩn cho Internet

RIPng

RIP next generation

Giao thức RIP được xây dựng
cho việc định tuyến trên nền
IPv6

RPL

Routing Protocol for Low-

Giao thức định tuyến Ipv6 dành

Power and Lossy Networks

cho mạng tổn hao công suất thấp


SN

Sequence Number

Số thứ tự

SPI

Security Parameters Index

Chỉ mục tham số bảo mật

TCP

Transmission Control Protocol

Giao thức điều khiển giao vận

TTL

Time to live

Thời gian tồn tại

UDP

User Datagram Protocol

Giao thức dữ liệu người dùng

VNNIC

Vietnam Internet Network

Trung tâm Internet Việt Nam

Information Center


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
•

3.9....................................................................................................76
Hình 3. 11. Sự phụ thuộc của mức tiêu thụ năng ượng vào số nút cảm biến.77
Hình 3. 12. . Mức tiêu thụ năng ượng của mạng gồm 10,15,20,25 nút cảm
biến.................................................................................................78


DANH MỤC CÁC BẢNG
•


10

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Mạng Internet và các mạng dùng công nghệ IP đã trở nên rất quan trọng
trong cuộc sống của xã hội hiện đại ngày nay. Mạng Internet đã tạo ra mơi
trường hoạt động tồn cầu cho tất cả mọi người tham gia, gần như xóa đi biên
giới giữa các quốc gia, thu ngắn khoảng c ch địa lý. Một trong những vấn đề
quan trọng mà kỹ thuật mạng trên thế giới đang phải giải quyết là sự phát triển
với tốc độ quá nhanh của mạng Internet tồn cầu. Sự phát triển này cùng với sự
tích hợp dịch vụ, triển khai những dịch vụ mới, kết nối nhiều mạng h c nhau,
như mạng di động với mạng Internet đã đặt ra vấn đề thiếu tài nguyên dùng
chung. Việc s dụng hệ thống địa chỉ hiện tại cho mạng IPv4 sẽ hông đ p ứng
nổi sự phát triển của mạng Internet toàn cầu trong một thời gian ngắn sắp tới
Do đó nghiên cứu triển khai ứng dụng một phương thức đ nh địa chỉ mới nhằm
khắc phục những hạn chế này là một yêu cầu tất yếu cần được làm ngay.
Hiện nay, IoT (Internet of Things) đang một chủ đề nóng thu hút được
nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới [6,9,12]. Nhiều chuẩn
giao thức h c nhau đã được đề xuất cho mơ hình mạng IoT. Trong bối cảnh

bùng nổ về cơng nghệ thông tin, mạng Internet ngày càng mở rộng, các thiết bị
và cơng nghệ Internet hiện có như điện thoại thơng minh, máy tính bảng, m y
tính x ch tay, đồng hồ thơng minh, thiết bị và tự động hóa tòa nh cũng được coi
là một phần của Internet of Things. Quan niệm mới này về việc mở rộng
Internet đến mọi thứ là khả thi nhờ vào phiên bản mới của giao thức Internet
(IPv6). IPv6 trải rộng hông gian địa chỉ để hỗ trợ tất cả các thiết bị hỗ trợ
Internet mới nổi.
IPv6 đã được thiết kế để cung cấp thông tin liên lạc an to àn cho người
dùng và tính di động cho tất cả các thiết bị gắn liền với người dùng; do đó


11

người dùng ln có thể được kết nối C c tính năng của IPv6 là thứ đã giúp
chúng ta có thể nghĩ đến việc kết nối tất cả c c đối tượng và xây dựng Internet
of Things. Mục tiêu của Internet of Things là tích hợp và thống nhất tất cả các
hệ thống thông tin liên lạc xung quanh chúng ta Do đó, c c hệ thống có thể có
được tồn quyền kiểm sốt và truy cập vào các hệ thống h c để cung cấp khả
năng giao tiếp và tính tốn phổ biến với mục đích x c định một thế hệ dịch vụ
mới.
IPv6 được coi là công nghệ phù hợp nhất cho Internet of Things, vì nó
cung cấp khả năng mở rộng, tính linh hoạt, kết nối được th nghiệm, mở rộng,
phổ biến, mở và end-to-end Đây ý do tôi chọn đề tài "Nghiên cứu giao thức
định tuyến cho IPv6 ứng dụng trong mạng IoT" làm Luận văn tốt nghiệp Cao
học . Đề tài được sự hướng dẫn của thầy TS. Huỳnh Công Tú - Giảng viên
Khoa Kỹ thuật và Công nghệ, trường Đại học Quy Nhơn
2. Tổng quan về tình hình triển khai IPv6 trên thế giới và tại Việt Nam
2.1. Tình hình triển khai IPv6 trên thế giới
Do Internet phát triển quá nhanh với các loại hình dịch vụ v phương
thức kết nối mạng tiêu tốn địa chỉ, kể từ năm 2011, IPv4 chính thức cạn kiệt ở

phạm vi toàn cầu IPv6 được thiết kế thay thế, để khắc phục c c nhược điểm của
IPv4 v đ p ứng được các yêu cầu phát triển của công nghệ, dịch vụ Internet thế
hệ mới.
Chuyển đổi IPv6 là xu thế bắt buộc được c c nước trên thế giới triển khai
mạnh với chiều hướng tăng nhanh, đặc biệt trong khu vực Châu Á -Thái Bình
Dương Theo số liệu thống ê, tính đến tháng 7/2019, tỉ lệ ứng dụng IPv6 tồn
cầu đạt khoảng 26%, tăng trưởng trung bình 200%. Các doanh nghiệp ISP, di
động, nội dung lớn trên thế giới đã chuyển đổi mạng 1 ưới, dịch vụ hoạt động
với IPv6 và xây dựng kế hoạch tắt dần hệ thống mạng IPv4, như: Goog e,


12

Faceboo , Youtube, Microsoft, Instagram, CNN IPv6 đã trở thành giao thức
mặc định trong triển khai 4G LTE, 5G, IoT. Tỷ lệ IPv6 của các nhà mạng di
động lớn tại Hoa Kỳ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ, Đ i Loan đạt mức rất cao,
tiêu biểu: T-Mobile -93,36%; Reliance Jio -90,16%;
British Sky -87,75%; Verizon Wireless -86,05%; Sprint Wireless -77.99%,
Chunghwa Telecom -74,86%...
c
I
N
V
IY
T
B
E
P
R
M

Y
T
W

u
G
R
D

Country

IPv6 Capable

IPv6
Preferred
71
05%
7297

Samples

India, Southern Asia. Asia

7456%

United States Virgin Islands. Canbbean. Americas
Mayotte. Eastern Afnca, Africa

7313%
6669%

%

66

Belgium, Western Europe. Europe

6526%

18%

64

Puerto Rico, Caribbean. Americas

60 70%

90%

6047

Malaysia, South-Eastern Asia, Asia

52 17%

%

5063

Taiwan. Eastern Asia, Asia

51.98%

%

50

United States of America, Northern Amenca, Americas

51 67%

33%

51

Greece, Southern Europe. Europe
Germany, Western Europe. Europe

5094%
5040%

02%

50

2,596,30
8
3181,471
18.060,9
07

1.653,05

78%

49

9
2.773666

4738

3.301
050 283

E
F
R
B

France. Western Europe, Europe

47 89%

82%

Saint Barthelemy, Canbbean, Americas

47 00%

%

47

L
A
X
V
N

Aland Islands, Northern Europe, Europe

4342%

00%

41

Vietnam, South-Eastern Asia, Asia

4333%

93%
19%

Hình a. Tình hình triển khai IPv6 trên tồn thế giới [16].

2.2.

42

36,498,7
61
32,562
3,669
441,
279
299 923

935
4.695,51
0

Tình hình triển khai IPv6 tại Việt Nam

Theo lộ trình Kế hoạch h nh động quốc gia về IPv6 ban hành theo Quyết
định số 433/QĐ-BTTTT ng y 19/3/2011; điều chỉnh bổ sung theo Quyết định
số 1509/QĐ-BTTTT ngày 20/10/2014 của Bộ trưởng Bộ Thông tin và Truyền
thông, Việt Nam đang ở năm cuối của kế hoạch h nh động quốc gia về IPv6.
Kết quả triển khai IPv6 Việt Nam đã đạt được nhiều kết quả nổi bật trên nhiều
phương diện. Cụ thể như sau:
- Ngày 06/5/2013, nhân sự kiện ngày IPv6 Việt Nam 2013, mạng IPv6
Quốc gia gồm hệ thống DNS quốc gia và trạm trung chuyển Internet quốc gia
(VNIX) trên IPv6 chính thức được hai trương với sự kết nối của 6 ISP (gồm
Viettel, VNPT, Netnam, FPT Telecom, SPT, VTC); tiếp tục được duy trì hoạt
động ổn định và phát triển với 18/20 ISP kết nối VNIX qua IPv6 (bổ sung
thêm CMC Telecom, HTC, LCS, MBG, MobiFone, SCTV, TPCOM, VNTT,


13

VinaData, DCNET, MTT ...) là nền tảng vững chắc cho cơng tác triển khai
IPv6 ở Việt Nam (tính đến 06/2020) Đối với hệ thống DNS quốc gia, hiện tại
đã có 6/7 cụm máy chủ đã hỗ trợ IPv4/IPv6 phục vụ cho vận hành cho hệ
thống tên miền quốc gia Việt Nam ".vn".
- Tính đến tháng 7/2019, Việt Nam đã có hơn 9 triệu thuê bao FTTH (chủ
yếu là thuê bao của Tập đo n VNPT, Tập đo n Viette v FPT Te ecom); 9 triệu
thuê bao di động (của 03 nhà mạng lới nhất Việt Nam gồm: Viettel, Vinaphone,
Mobifone) và hơn 6.000 Website dưới tên miền “ . vn” hoạt động tốt với IPv6;
trong đó có 61 Website của cơ quan nhà nước, tiêu biểu có cổng thơng tin của
Bộ Thông tin và Truyền thông, Bộ T i nguyên v Môi trường, UBND Tp. Đ
Nẵng, UBND Tp HCM, Đồng Nai, nhiều sở TTTT ................................. Tỷ lệ
ứng dụng IPv6 của Việt Nam đạt 38%, Việt Nam đứng thứ 5 trên thế giới, vượt
qua Ma aysia v đứng thứ 1 khu vực ASEAN (nguồn APNIC), với hơn 20 000
000 người s dụng IPv6 (nguồn Cisco). Mạng Internet IPv6 Việt Nam hoạt động
ổn định, dịch vụ IPv6 được cung cấp rộng rãi tới người s dụng đã góp phần
đảm bảo cho hoạt động Internet Việt Nam bắt kịp với xu thế công nghệ mới.
AS7552

ASN
VIETEL-AS-AP Vĩettel Group

AS Name

56.11%

IPv6
Preferred

Sampl
es

AS4589
9
AS1840

VNPT-AS-VN VNPT Corp

37.93%

54
82%
36.72%

60,995
56,661

FPT-AS-AP The Corporation for Financing & Promoting Technology

3003%

29 31%

3
AS1314
29
AS4554

MOBIFONE-AS-VN MOBIFONE Corporation

59.61%

5556%

26,822
7,665

3
AS2408
6
AS3824

VIETTEL-AS-VN Viettel Corporation
VIETNAMOBILE-AS-VN Vietnamobile Telecommunications Joint stock Company

7
AS4590
3
AS7602

CMCTELECOM-AS-VN CMC Telecom Infrastructure Company

AS2408
8
AS2417
3

SCTV-AS-VN SaiGon Tourist cable Televition Company

IPv6 Capable

0.23%

0.23%

3470

63.60%

61 39%

2,893

0 14%

009%

2,214

0.13%

0.13%

778

SPT-AS-VN Saigon Postel Corporation

025%

0.25%

408

HTCHCMC-AS-VN Hanoi Telecom Joint stock Company - HCMC Branch

0.84%

0.84%

237

NETNAM-AS-AP Netnam Company

0.54%

0.54%

184

Hình b. TOP các đơn vị, doanh nghiệp triển khai IPv6 tiêu biểu tại Việt Nam (Cập
nhật 04/2021 nguồn APNIC [16]).


14

Hình c. Biểu đồ tỉ lệ ứng dụng IPv6 tại Việt Nam (Cập nhật 04/2021, nguồn APNIC
[16]).
___

F
_

Tình hình nghiên cứu về giao thức định tuyến cho IoT.
2.

2.3.

_

Hiện nay có nhiều chuẩn giao thức khác nhau đã được đề xuất cho mơ
hình mạng IoT. Một trong những chuẩn đó chính việc s dụng giao thức IPv6
trên môi trường liên kết vô tuyến theo chuẩn IEEE 802 15 4 Để chuẩn hóa về
mặt giao thức, tổ chức chuẩn hóa quốc tế IETF đã hình thành hai nhóm cơng t
c đó nhóm 6LoWPAN v nhóm RoLL Nhóm 6LoWPAN thực hiện chuẩn hóa
lớp thích ứng cần thiết với giao thức IPv6 trên các mạng s dụng lớp vật lý
IEEE 802.15.4 [8]. Nhóm RoLL thực hiện nhiệm vụ chuẩn hóa giao thức định
tuyến IPv6 cho các thiết bị có tài ngun hạn chế trên mơi trường liên kết vơ
tuyến có tổn hao và cơng suất thấp Nhóm RoLL đã đề xuất giao thức định
tuyến RPL (IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks) nhằm
xây dựng một cấu trúc liên kết mạng bền vững qua các liên kết tổn hao công
suất thấp với các yêu cầu trạng thái liên kết tối thiểu [13].
Tại Việt nam cũng đã có nghiên cứu về giao thức định tuyến cho mạng
tổn hao công suất thấp. Trong nghiên cứu [1] đã đ nh gi hiệu năng của giao
thức định tuyến RPL, giao thức định tuyến vectơ hoảng cách dựa trên IPv6 cho
mạng cảm biến không dây. Các tác giả nghiên cứu [1] đã chỉ ra sự phù hợp của


15

của giao thức RPL cho mạng IoT. Năm 2019, Nguyễn Trường Giang cùng các
cộng sự tại Trung tâm Internet Việt Nam đã thực hiện: “Nghiên cứu giao thức
định tuyến IPv6 ứng dụng cho mạng khơng dây cơng suất thấp” Nhóm chủ trì

đề t i đã thực hiện nghiên cứu, xây dựng và triển khai hoàn chỉnh đề tài theo
các nội dung: nghiên cứu tổng quan về định tuyến IPv6 cho mạng không dây
công suất thấp; nghiên cứu kỹ thuật và các giao thức định tuyến IPv6 cho
mạng không dây công suất thấp; nghiên cứu đề xuất mơ hình triển hai định
tuyến IPv6 cho mạng không dây công suất thấp.
3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu:
3.1. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu giao thức định tuyến IPv6 và khả năng ứng dụng cho mạng
IoT.
3.2.

Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan IoT.
- Nghiên cứu về giao thức định tuyến IPv6.
- Vai trị IPv6 đối với IoT
- Những tính năng mới của IPv6 so với IPv4.
- Các cách thức để triển khai IPv6.
3.3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

a) Đối tượng nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về định tuyến IPv6 và công nghệ chuyển đổi
IPv4-IPv6
- Nghiên cứu kỹ thuật và các giao thức định tuyến IPv6 cho mạng IoT
- Mô phỏng giả lập mơ hình triển hai định tuyến IPv6 cho mạng IoT
b) Phạm vi nghiên cứu

16

- Nghiên cứu các kỹ thuật và giao thức định tuyến IPv6 ứng dụng cho
mạng IoT công suất thấp
4. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu:
- Phân tích tài liệu, số liệu thu thập được về các vấn đề 1 iên quan đến
giao thức định tuyến IPv6 và ứng dụng trong ĩnh vực IoT, từ đó có c i
nhìn tổng quan v đầy đủ, đ nh gi được những ưu điểm của giao tức định
tuyến IPv6 so với các giao thức khác.
- Khảo sát số liệu và thông số của các tổ chức chuẩn hóa.
- Xây dựng mơ hình thực nghiệm s dụng mã nguồn mở nhằm phân tích,
so s nh, đ nh gi hiệu quả của việc s dụng giao thức IPv6 và ứng dụng
mạng IoT Tìm ra c c điểm mạnh cũng như hạn chế của nó từ đó chọn
lựa, điều chỉnh cho phù hợp với thực tế.
5. Bố cục dự kiến của luận văn
Mở đầu: Tập trung làm rõ những ý do cơ bản để lựa chọn đề tài, xác
định rõ mục tiêu, đối tượng, phạm vi v phương ph p nghiên cứu của đề tài.
Chương 1: Tổng quan về giao thức IPv6
Chương n y sẽ trình bày tổng quan về các nghiên cứu iên quan đến giao
thức IPv6, giới thiệu giao thức bảo mật IPSec trong IPv6 và tích hợp bảo mật
IPSec trong địa chỉ IPv6.
Chương 2: Một số chuẩn giao tiếp IoT và Các cơng nghệ chuyển đổi
sang IPv6
Chương n y sẽ trình bày các nội dung iên quan đến một số chuẩn giao
tiếp IoT và các công nghệ chuyển đổi từ địa chỉ IPv4 sang địa chỉ IPv6 đảm
bảo không phá vỡ cấu trúc Internet cũng như 1 àm gi án đoạn hoạt động của
mạng Internet.


17

Chương 3: Mô phỏng giao thức định tuyến IPv6 ứng dụng trong
mạng IoT
Chương n y sẽ trình bày kết quả mô phỏng v đ nh gi hiệu năng giao thức
RPL ứng dụng cho mạng tổn hao công suất thấp.
Kết luận và hướng phát triển, tài liệu tham khảo
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài có thể làm tài liệu tham khảo để học tập nghiên cứu cho các cán
bộ kỹ thuật ngành viễn thông, sinh viên ng nh điện t - viễn thông và công nghệ
thơng tin.
Cácthống
khảo
tổ
các
chức,
nội dung
doanh
nghiệpdây
cứu
trong
củaĩnh
luận
vực
văn
liên
đểcủa
quan
áp
dụng
có cho

thể các
tham
hệ
mạng
IPv6nghiên
khơng
cơng
suất
thấp
mình.


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC IPv6
Địa chỉ của các máy tính trên Internet hiện nay đang được đánh số theo
thế hệ địa chỉ phiên bản 4 (IPv4) gồm 32 bít. Trên lý thuyết, khơng gian IPv4
bao gồm hơn 4 tỉ địa chỉ (thực tế thì ít hơn) Tuy nhiên đứng trước sự phát triển
mạnh mẽ về số ượng các thiết bị trên mạng ưới thì xảy ra nguy cơ thiếu hụt
hông gian địa chỉ IPv4; cùng với những hạn chế trong công nghệ và những
nhược điểm của IPv4 đã thúc đẩy sự ra đời của một thế hệ địa chỉ Internet mới
IPv6. Đây phiên bản được 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.
Hiện nay các vấn đề bảo mật đang được quan tâm IPv6 đã được phát triển
với mục tiêu chính là cải thiện khả năng bảo mật. Trong chương n y c c vấn đề
bảo mật trong mạng IPv6 sẽ được xem xét và trình bày.
1.1.

Khái quát chung về IPv6 [3]

Xuất ph t điểm của IPv6 có tên gọi là IPng (Internet Protocol Next

Generation) là một phiên bản mới của IP, được thiết kế để thay thế cho giao
thức cũ IPv4 IPng được gán với phiên bản là 6 và lấy tên chính thức là IPv6.
Quan điểm chính khi thiết kế IPv6 là từng bước thay thế IPv4, không tạo ra sự
biến động lớn đối với hoạt động của mạng Internet nói chung và của từng dịch
vụ trên Internet nói riêng, đảm bảo tính tương thích tuyệt đối với mạng Internet
dùng IPv4 hiện tại. Những chức năng đã được kiểm nghiệm thành công trên
IPv4 sẽ vẫn duy trì trên IPv6. Những chức năng hơng được s dụng trên IPv4 sẽ
bị loại bỏ, đồng thời triển khai một số chức năng mới liên quan đến địa chỉ,
bảo mật và triển khai các dịch vụ mới.
IPv4 có 32 bít địa chỉ về mặt lý thuyết có thể cung cấp một không gian
địa chỉ 232 = 4294967296 địa chỉ. Cịn IPv6 có 128 bít địa chỉ với khả năng


cung cấp địa chỉ 2128 = 340282366920938463374607431768211456 địa chỉ,
nhiều hơn hông gian địa chỉ IPv4 khoảng 8 tỷ tỷ tỷ lần vì 232 lấy trịn 4*109 cịn
2128 lấy trịn 340*1036. Số địa chỉ này nếu rải đều trên bề mặt tr i đất thì mỗi
mét vng có khoảng 665570 tỷ tỷ địa chỉ Đây một hông gian địa chỉ cực lớn
với mục đích hơng chỉ có Internet mà cịn cho tất cả các mạng máy tính, hệ
thống viễn thơng, hệ thống điều khiển và từng vật dụng trong gia đình...

Hình 1. 1. Sự biến đổi của Internet.

1.2.

Đặc điểm của IPv6 [3]

Trong IPv6 giao thức Internet được cải tiến một cách rộng lớn để thích
nghi được sự phát triển khơng biết trước được của Internet . Định dạng và độ
dài của những địa chỉ IP cũng được thay đổi với những gói định dạng. Thế hệ
mới của IP hay IPv6 có những ưu điểm như sau:

- Không gian địa chỉ lớn
- Phân cấp đ nh địa chỉ và phân cấp định tuyến rõ rệt hơn
- Đơn giản hóa việc đặt địa chỉ Host
- Khn dạng phần đầu đơn giản hóa
- Khả năng cấu hình địa chỉ tự động v đ nh số lại
- Khả năng x c thực và bảo mật an ninh
- Hỗ trợ tốt hơn về chất 1 ượng dịch vụ QoS


- Hỗ trợ tốt hơn tính năng di động
- Khả năng mở rộng
1.3.
1.3.1.

Cách thức biểu diễn, cấu trúc và các dạng địa chỉ IPv6 [3]
Biểu diễn địa chỉ IPv6

Người ta không biểu diễn địa chỉ IPv6 dưới dạng số thập phân Địa chỉ
IPv6 được viết hoặc theo 128 bít nhị phân, hoặc thành một dãy chữ số hexa
decimal. Tuy nhiên, nếu viết một dãy số 128 bít nhị phân quả là khơng thuận
tiện, v để nhớ chúng thì khơng thể. Do vậy, địa chỉ IPv6 được biểu diễn dưới
dạng một dãy chữ số hexa Để biểu diễn 128 bít nhị phân IPv6 thành dãy chữ số
hexa decima , người ta chia 128 bít này thành các nhóm 4 bít, chuyển đổi từng
nhóm 4 bít 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.
Địa chi IPV6: 128 bit
0010 0000 ...00... 1100 1011 1010 0010 0011 1001 1011 0111

ị

32 cụm 4 bit = 32 chữ sổ hexa = 8 cụm 4 chữ số hexa

I
2000:0000:0000:0000:0000:0000:CBA2:39B7

1.3.1.1. Rút gọn cách viết địa chỉ IPv6
Dãy 32 chữ số hexa của một địa chỉ IPv6 có thể có rất nhiều chữ số 0 đi liền
nhau. Nếu viết toàn bộ v đầy đủ những con số này thì dãy số biểu diễn địa chỉ
IPv6 thường rất dài. Do vậy, có thể rút gọn cách viết địa chỉ IPv6 theo hai quy
tắc sau đây:
Quy tắc 1: Trong một nhóm 4 số hexa, có thể bỏ bớt những số 0 bên trái.
Ví dụ cụm số “0000” có thể viết th nh “0”, cụm số “09C0” có thể viết th nh
“9C0”.


Quy tắc 2: Trong cả địa chỉ IPv6, một số nhóm liền nhau chứa tồn số 0
có thể khơng viết và chỉ viết th nh “::” Tuy nhiên, chỉ được thay thế một lần
như vậy trong toàn bộ một địa chỉ IPv6 Điều này rất dễ hiểu. Nếu chúng ta
thực hiện thay thế hai hay nhiều lần các nhóm số 0 bằng “::”, chúng ta sẽ
không thể biết được số các số 0 trong một cụm “::” để từ đó hơi phục lại chính
x c địa chỉ IPv6 ban đầu.
Địa chỉ IPv6 còn được biểu diễn theo cách thức liên hệ với địa chỉ IPv4.
32 bít cuối của địa chỉ IPv6 tương ứng địa chỉ IPv4 được biết theo cách viết
thông thường của địa chỉ IPv4.
1.3.1.2. Biểu diễn một dải địa chỉ IPv6
Tương tự như IPv4, một dải địa chỉ IPv6 được viết dưới dạng một địa
chỉ IPv6 đi èm với số bít x c định số bit phần mạng (bít tiền tố), như sau: địa
chỉ IPv6/số bít mạng.
1.3.2.

Cấu trúc của một địa chỉ IPv6

Cấu trúc chung của một địa chỉ IPv6 thường thấy như hình 1.2 (một số
dạng địa chỉ IPv6 khơng tn theo cấu trúc này).
128 bít
64 bít
Tiền tồ (prefix) n
bít

64 -n bít
Định danh giao diện (INTERFACE ID)

Hình 1. 2. Cấu trúc thường thấy của một địa chỉ IPv6.

> Bit xác định loại địa chỉ IPv6 (bít tiền tố - prefix):
Như đã đề cập, 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 bít
đầu trong địa chỉ IPv6 được d nh riêng để x c định dạng địa chỉ, được gọi là
các bít tiền tố (prefix). Các bít tiền tố này sẽ quyết định địa chỉ thuộc loại nào
và số ượng địa chỉ đó trong hơng gian chung IPv6


Ví dụ: 8 bít tiền tố “1111 1111” tức “FF” x c định dạng địa chỉ multicast.
Địa chỉ multicast chiếm 1/256 hơng gian địa chỉ IPv6. Ba bít tiền tố “001” x c
định dạng địa chỉ unicast định danh toàn cầu, tương đương với địa chỉ IPv4
chúng ta vẫn thường s dụng hiện nay.
> C ác bít định danh giao diện (interface ID):
Ngoại trừ dạng địa chỉ multicast và một số dạng địa chỉ cho mục đích
đặc biệt, địa chỉ IPv6 s dụng trong giao tiếp toàn cầu, cũng như in -local (là địa
chỉ dùng trong giao tiếp giữa các IPv6 node trên một đường kết nối), site oca

(địa chỉ được thiết kế cho giao tiếp trong phạm vi một site) đều có 64 bít cuối
cùng được s dụng để x c định một giao diện duy nhất trên một đường kết nối
(tương đương với một mạng con “subnet”) Như vậy, một phân mạng con nhỏ
nhất của địa chỉ IPv6 sẽ có ích thước /64.
1.3.3.

Các dạng địa chỉ IPv6

1.3.3.1. Tổng quan về phân loại địa chỉ IPv6
Địa chỉ IPv6 không cịn duy trì khái niệm broadcast. Theo cách thức gói
tin được g i đến đích, IPv6 bao gồm ba loại địa chỉ sau:
* Unicast: Địa chỉ unicast xác định một giao diện duy nhất. Trong mơ
hình định tuyến, c c gói tin có địa chỉ đích địa chỉ unicast chỉ được g i tới
một giao diện duy nhất . Địa chỉ unicast được sử dụng trong giao tiếp một
- một.
❖ Multicast: Địa chỉ multicast định danh một nhóm nhiều giao diện. Gói
tin có địa chỉ đích địa chỉ multicast sẽ được g i tới tất cả các giao diện
trong nhóm được gắn địa chỉ đó Địa chỉ mu ticast được s dụng trong giao
tiếp một - nhiều.
Trong địa chỉ IPv6 khơng cịn tồn tại khái niệm địa chỉ broadcast. Mọi
chức năng của địa chỉ broadcast trong IPv4 được đảm nhiệm thay thế
bởi địa chỉ IPv6 multicast.


❖ Anycast: Anycast là khái niệm mới của địa chỉ IPv6 Địa chỉ anycast
cũng x c định tập hợp nhiều giao diện Tuy nhiên, trong mơ hình định
tuyến, gói tin có địa chỉ đích anycast chỉ được g i tới một giao diện duy
nhất trong tập hợp. Giao diện đó

giao diện “gần nhất” theo h i niệm

của thủ tục định tuyến.
Như đã trình b y, hơng gian IPv6 được phân chia thành rất nhiều dạng địa
chỉ. Mỗi dạng địa chỉ có chức năng nhất định trong phục vụ giao tiếp. Có dạng
chỉ s dụng trong giao tiếp nội bộ trên một đường kết nối, có dạng s dụng trong
kết nối toàn cầu. Do vậy, địa chỉ IPv6 unicast và IPv6 multicast lại bao gồm
nhiều dạng địa chỉ khác nhau. Các dạng địa chỉ này có phạm vi hoạt động nhất
định.
1.3.3.2. Những dạng địa chỉ thuộc loại UNICAST
Địa chỉ unicast bao gồm năm dạng sau đây:
>Địa chỉ đặc biệt
IPv6 s dụng hai địa chỉ đặc biệt sau đây trong giao tiếp:
- 0:0:0:0:0:0:0:0 hay còn được viết "::" là loại địa chỉ “ hông định danh”
được IPv6 node s dụng để thể hiện rằng hiện tại nó hơng có địa chỉ Địa chỉ “::”
được sử dụng làm địa chỉ nguồn cho các gói tin trong quy trình hoạt động của
một IPv6 node khi tiến hành kiểm tra xem có một node nào khác trên cùng
đường kết nối đã s dụng địa chỉ IPv6 m nó đang dự định dùng hay chưa Địa
chỉ này không bao giờ được gắn cho một giao diện hoặc được s dụng m địa chỉ
đích
- 0:0:0:0:0:0:0:1 hay "::1" được s dụng m địa chỉ x c định giao diện
loopback, cho phép một node g i gói tin cho chính nó, tương đương với địa chỉ
127.0.0.1 của IPv4 C c gói tin có địa chỉ đích ::1 hơng bao giờ được g i trên
đường kết nối hay chuyển tiếp đi bởi router. Phạm vi của dạng địa chỉ này là


phạm vi node.
> Địa chỉ link-local
- Khái niệm node lân cận (neighbor node) trong hoạt động của địa chỉ
IPv6:
Trong IPv6, các node trên cùng một đường link coi nhau là các node lân

cận (neighbor node). Trong mơ hình hoạt động của IPv6, giao tiếp giữa các
node lân cận trên một đường kết nối là vô cùng quan trọng IPv6 đã ph t triển
một thủ tục mới, tên gọi Neighbor Discovery (ND) là một thủ tục thiết yếu,
phục vụ giao tiếp giữa các neighbor node Địa chỉ link-local cần thiết cho các
quy trình mà thủ tục Neighbor Discovery phụ trách.
- Địa chỉ link-local:
Link-local là loại địa chỉ phục vụ cho giao tiếp nội bộ, giữa các IPv6
node trên cùng một đường kết nối IPv6 được thiết kế với tính năng “p ug- andp ay”, tức khả năng cho ph p IPv6 host tự động cấu hình địa chỉ, các tham số
phục vụ giao tiếp bắt đầu từ chưa có thơng tin cấu hình nào. Tính năng đó có
được là nhờ IPv6 node ln ln có khả năng tự động cấu hình nên một dạng
địa chỉ s dụng giao tiếp nội bộ Đó chính địa chỉ link-local.
Địa chỉ link-1 ocal ln được node IPv6 cấu hình một cách tự động, khi
bắt đầu hoạt động, ngay cả khi khơng có sự tồn tại của mọi loại địa chỉ unicast
h c Địa chỉ này có phạm vi trên một đường link, phục vụ cho giao tiếp giữa các
node lân cận. Sở dĩ IPv6 node có thể tự động cấu hình địa chỉ link-local là do
IPv6 node có thể tự động cấu hình 64 bít định danh giao diện Địa chỉ link- oca
được tạo nên từ 64 bít định danh giao diện (Interface ID) và một tiền tố
(prefix) quy định sẵn cho địa chỉ link-local là FE80::/10.
- Cấu trúc địa chỉ link-local
Khi khơng có router, các node IPv6 trên một đường link sẽ s dụng địa


chỉ link- oca để giao tiếp với nhau. Phạm vi của dạng địa chỉ unicast này là trên
một đường kết nối (phạm vi link).
Cấu trúc của địa chỉ link- oca như hình 1 3.
10 Bits

54 Bits

64 Bits

1111 1110 10

000...000

Interface ID

Hình 1. 3. Cấu trúc địa chỉ link-local.

Địa chỉ link-local bắt đầu bởi 10 bít tiền tố FE80::/10, theo sau bởi 54 bít
0. 64 bít cịn lại định danh giao diện (Interface ID).
> Địa chỉ site-local
Trong thời kỳ ban đầu của IPv6, dạng địa chỉ IPv6 Site- oca được thiết
kế với mục đích s dụng trong phạm vi một mạng, tương đương với địa chỉ
dùng riêng (private) của IPv4. Phạm vi tính duy nhất của dạng địa chỉ này là
phạm vi trong một mạng dùng riêng (ví dụ một mạng office, một tổ hợp mạng
office của một tổ chức...). Các router biên IPv6 khơng chuyển tiếp gói tin có
địa chỉ site-local ra khỏi phạm vi mạng riêng của tổ chức. Do vậy, một vùng
địa chỉ site-local có thể được dùng trùng lặp bởi nhiều tổ chức mà không gây
xung đột định tuyến IPv6 toàn cầu Địa chỉ site-local trong một mạng dùng
riêng không thể được truy cập tới từ một site khác.
Địa chỉ Site-local có tiền tố FEC0::/10 và có cấu trúc như hình 1.4:
10 Bits
1111 1110 11

4

38 Bits
000...000

16 Bits

—

Subnet ID

64 Bits
Interface ID

Hình 1. 4. Cấu trúc địa chỉ Site-local.

Địa chỉ site-local bắt đầu bằng 10 bít prefix FEC0::/10. Tiếp theo là 38
bít 0 và 16 bít mà tổ chức có thể phân chia subnet, định tuyến trong phạm vi
site của mình. 64 bít cuối là 64 bít định danh giao diện cụ thể trong một subnet.