CHƯƠNG 1 TỔỔNG QUAN VỀỀ NAT 1.1 Giới thiệu về NAT Kết nối Internet hiện đại ngày nay đều phải sử dụng đến kỹ thuật NAT. NAT cho phép một (hay nhiều) địa chỉ IP nội miền được ánh xạ với một (hay nhiều) địa chỉ IP ngoại miền. Địa chỉ IP là chuỗi số có chiều dài 32 bit (IPv4) hoặc 128 bit (IPv6) dùng để định danh một thiết bị mạng trên hệ thống mạng giúp chúng nhận diện và liên lạc với nhau. Trong một mô hình mạng, mỗi một thiết bị mạng chỉ có một địa chỉ IP duy nhất.
Cùng với sự bùng nổ Internet như hiện nay và nhu cầu sử dụng hệ thống mạng ngày càng gia tăng, không gian địa chỉ IPv4 bắt đầu bị giới hạn. Giải pháp đưa ra là thiết kế lại định dạng địa chỉ IP, cho phép nhiều địa chỉ IP hơn nữa (cụ thể là IPv6). Tuy nhiên giải pháp này vẫn đang khó khăn trong quá trình triển khai tại nhũững mô hình mạng thực tế của các tổ chức doanh nghiệp cũng như các hộ gia đình. Do đó giải pháp tốt nhất là sử dụng đến kỹ thuật NAT.
NAT cho phép một thiết bị như bộ định tuyến - Router hoạt động như một thiết bịngười đại diện trung gian giữa Internet và mạng nội bộ, cho phép các thiết bị trong mạng nội bộ(hoặc Public Network: hệ thống mạng công cộng) và Local (hoặc Private: hệ thống mạng nội bộ). được kết nối ra ngoài mạng internet với thiết bị đại diện là Router thực hiện chức năng NAT [8].1 Nhiệm vụ của NAT NAT giống như một Router, chuyển tiếp các gói tin giữa những lớp mạng khác nhau trên một mạng lớn. NAT dịch hay thay đổi một hoặc cả hai địa chỉ bên trong một gói tin khi gói tin đó đi qua một Router, hay một số thiết bị khác. Thông thường NAT thường thay đổi địa chỉ thường là địa chỉ riêng (IP Private) của một kết nối mạng thành địa chỉ công cộng (IP Public).
NAT cũng có thể coi như một Firewall (tường lửa) cơ bản. NAT duy trì một bảng thông tin về mỗi gói tin được gửi qua. Khi một máy tính trên mạng kết nối đến 1 e 3 website trên Internet header của địa chỉ IP nguồn được thay thế bằng địa chỉ Public đã được cấu hình sẵn trên NAT sever, sau khi có gói tin trở về NAT dựa vào bảng ghi mà nó đã lưu về các gói tin, thay đổi địa chỉ IP đích thành địa chỉ của PC trong mạng và chuyển tiếp đi. Thông qua cơ chế đó quản trị mạng có khả năng lọc các gói tin được gửi đến hay gửi từ một địa chỉ IP và cho phép hay ngăn truy cập đến một port cụ thể [6].
Triển khai NAT có thể thực hiện tại các vị trí: - Thực hiện NAT tại thiết bị đầu cuối khách hàng - Thực hiện NAT tại nhà cung cấp dịch vụ.2 Thực hiện NAT tại thiết bị đầu cuối khách hàng Static NAT (NAT tĩnh): Hình 1-1: Static NAT Static NAT (NAT tĩnh) là phương thức NAT một - đôi một. Một IP trong mạng nội bộ, mạng khách hàngPrivate sẽ được ánh xạ map với một IP công cộng. NAT tĩnh được sử dụng khi thiết bị cần truy cập từ bên ngoài mạng.1 Static NAT (NAT tĩnh), địa chỉ IP của máy tính là 192.100 luôn được Router biên dịch đến địa chỉ IP 202. Dynamic NAT (NAT động): Dynamic NAT được dùng để ánh xạ một địa chỉ IP này sang một địa chỉ khác một cách tự động, thông thường là ánh xạ từ một địa chỉ cục bộ sang một địa chỉ được e 4 đăng ký.
Bất kỳ một địa chỉ IP nào nằm trong dải địa chỉ IP công cộng đã được định trước đều có thể được gán một thiết bị bên trong mạng. Hình 1-2: Dynamic NAT NAT Overload: NatAT Overload là một dạng của Dynamic NAT (NAT động), nó thực hiện ánh xạ nhiều địa chỉ IP thành một địa chỉ (many - to - one) và sử dụng các địa chỉ số cổng khác nhau để phân biệt cho từng chuyển đổi. NAT Overload còn có tên gọi là PAT (Port Address Translation). Chỉ số cổng được mã hóa 16 bit, do đó có tới 65536 địa chỉ nội bộ có thể được chuyển đổi sang một địa chỉ công cộng.
e 5 Hình 1-3: Nat Overload 1.3 Thực hiện NAT tại nhà cung cấp dịch vụ Carrier Grade Network Address Translation (CGN) – Dịch địa chỉ mạng tại nhà cung cấp dịch vụ. Địa chỉ là yếu tố cơ bản đối với cách thức hoạt động của Internet. Sự phát triển vượt bậc của Internet đã dẫn đến việc Internet hết địa chỉ ở định dạng hiện tại, IPv4. Sự phát triển này đã được dự đoán từ lâu và một định dạng kế nhiệm, được gọi là IPv6, đã sẵn sàng được áp dụng.
Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 sẽ mất nhiều năm. Quá trình chuyển đổi sẽ yêu cầu nâng cấp các ứng dụng Internet, thiết bị, dịch vụ, thiết bị điện tử tiêu dùng và mạng. Trong quá trình chuyển đổi này, các nhà khai thác mạng sẽ chạy các mạng mà IPv4 và IPv6 cùng tồn tại. Có một số lượng lớn các cơ chế chuyển đổi IPv4 sang IPv6, tất cả đều vẫn yêu cầu địa chỉ IPv4, mặc dù không gian địa chỉ IPv4 sắp cạn kiệt.
Do đó, điều quan trọng là phải tìm cách sử dụng tối đa các địa chỉ IPv4 có sẵn. Một phương pháp để tiết kiệm tài nguyên IPv4 là sử dụng phương pháp dịch địa chỉ mạng tại nhà cung cấp dịch vụ (CG-NAT) [1] công cụ để bảo tồn địa chỉ IPv4 được gọi là Dịch địa chỉ mạng cấp nhà cung cấp dịch vụ hoặc đơn giản là …. e 6 Hình 1-4: Mô hình CGNAT 1.2 Quá trình chuyển đổi IPv4 sang IPv6 Sự bùng nổ của Internet trong những năm gần đây đã dẫn đến nguồn tài nguyên địa chỉ Internet IPv4 được tiêu thụ một cách nhanh chóng. Với tổng số khoảng 4 tỷ địa chỉ IPv4, cộng đồng Internet toàn cầu đã cạn kiệt.
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 vượt trội về công nghệ mới của IPv6 so với IPv4. Thực tế những năm vừa qua, trong khi nhiều nước đã triển khai cung cấp dịch vụ trên IPv6 thì tại Việt Nam, nhận thức của nhiều cơ quan, tổ chức, doanh nghiệp về sự cần thiết phải chuyển đổi sang sử dụng IPv6 vẫn còn hạn chế, việc đăng ký sử dụng IPv6 tại Việt Nam còn tiến triển rất chậm. IPv6 là giải pháp cho vấn đề địa chỉ IP. Đây không phải là một tiêu chuẩn mới, nhưng là một tiêu chuẩn đã bị bỏ qua phần lớn trong những năm gần đây do vẫn còn quá nhiều địa chỉ IPv4.
Việc tiếp tục bỏ qua IPv6 có thể gây ra bất kỳ vấn đề tiềm ẩn nào bao gồm không thể chuyển sang IPv6 khi không còn sự lựa chọn, mất hoàn toàn kết nối với Internet và không còn khả năng cạnh tranh với các tổ chức khác có hệ thống đã sẵn sàng cho IPv6 để chuyển sang thế hệ tiếp theo của địa chỉ và sử dụng Internet. e 7 IPv4 và IPv6 có thể cùng tồn tại trong một mạng và điều này rất tốt vì quá trình chuyển đổi sẽ mất nhiều năm. Các tổ chức sẽ phải hỗ trợ cả hai ít nhất trong thời gian tạm thời để duy trì hoạt động Internet liên tục. Kỹ thuật hỗ trợ cả hai phiên bản IP cùng một lúc được gọi là Dual-stacking.
Nó được phát triển do những hạn chế của phiên bản IPv4, IPv4 và v6 không tương thích và không thể nói chuyện với nhau. Vì vậy, hỗ trợ cho cả hai phải được duy trì để sử dụng chúng cùng một lúc trong quá trình chuyển dịch. Dịch chuyển quá nhanh hoặc chỉ hỗ trợ cái này hay cái kia sẽ mất một số kết nối hoặc liên lạc cho đến khi hoàn tất quá trình chuyển đổi toàn cầu đầy đủ. Để hỗ trợ các tổ chức thực hiện việc chuyển đổi này, các giải pháp Quản lý Địa chỉ IP (IPAM) sẽ được triển khai [7].
Thách thức trong việc chuyển đổi sang IPv6:. Cho đến nay các nhà mạng cung cấp dịch vụ iInternet đã được cấu hình để cấp phát IPv6 cho các tổ chức và cá nhân, nhưng trong quá trình chuyển đổi IPv4 sang IPv6 tại các tổ chức và cá nhân vẫn còn gặp rất nhiều vấn đề lớn [11]: Việc chuyển sang IPv6 sẽ tốn nhiều thời gian và công sức, nhưng có thể dễ dàng hơn nhiều với việc lập kế hoạch hợp lý. Các công cụ như IPAM sẽ trở thành tiêu chuẩn, nhưng nó cũng sẽ phụ thuộc rất nhiều vào kiến thức của của các tổ chức về hệ thống của mình và mức độ lên kế hoạch kỹ lưỡng. Có một số yếu tố cần xem xét khi lập kế hoạch chuyển đổi IPv4 sang IPv6.
Tương thích phần cứng và phần mềm: Phải đảm bảo rằng thiết bị hiện có trong mạng của tổ chức, gia đình, đặc biệt là thiết bị truyền thông cốt lõi kết nối mạng, phải có khả năng hỗ trợ IPv6. Điều này có thể đơn giản như một bản vá hoặc nâng cấp phần sụn hoặc có thể yêu cầu phần cứng hoặc phần mềm hoàn toàn mới. Nếu nó là quan trọng và cần thiết, cần xác định ngay thay vì tìm hiểu khi nó không hoạt động. Tuy nhiên, tính đến năm 2020, tất cả các hệ điều hành chính đều hỗ trợ IPv6.
Các ứng dụng phần mềm được phát triển nội bộ hoặc nguồn thương mại, có thể phải xử lý một yếu tố khác vì IPv6 có thể không được hỗ trợ trong chính ứng dụng đó. Tổ chức và cá nhân có thể cần xem xét việc nâng cấp phần mềm của mình. e 8 Độ dài và Khối lượng địa chỉ IPv6: IPv6 ở dạng thập lục phân và cực kỳ lớn, có nghĩa là không thân thiện với người dùng. Ngay cả các quản trị viên mạng và những người rất quen thuộc với việc quản lý máy tính và mạng cũng có thể sẽ gặp khó khăn, cuối cùng gây ra lỗi và các vấn đề liên tục.
Độ dài của địa chỉ cũng sẽ gây ra vấn đề cho các dịch vụ DHCP và DNS, có nghĩa là cần có khả năng xử lý việc đặt tên và địa chỉ IPv6 (DHCP6 đã được xác định là ưu tiên). Giao diện địa chỉ IPv6: Địa chỉ IPv6 cũng đã thay đổi so với IPv4 và quản trị viên phải hiểu sự thay đổi này trong trường hợp yêu cầu nhiều địa chỉ trên một giao diện, cũng như tự làm quen với từ vựng mới. Có rất nhiều loại địa chỉ mới tương tự như những gì chúng ta biết ngày nay. Như một mô tả ngắn gọn,Ví dụ như địa chỉ unicast toàn cầu chỉ ra một địa chỉ công cộng duy nhất.