MỞ ĐẦU 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 khoảng hơn 10 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. Bước sang những năm đầu của thế kỷ XXI, ứng dụng của Internet phát triển nhằm cung cấp dịch vụ cho người dùng notebook, cellualar modem và thậm chí nó còn thâm nhập vào nhiều ứng dụng dân dụng khác như TV, tủ lạnh, máy pha cà phê… 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 IPv4 ngày càng cạn kiệt, càng về sau 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. IPv6 ra đời không có nghĩa là phủ nhận hoàn toàn IPv4 (công nghệ mà hạ tầng mạng chúng ta đang dùng rất phổ biến ngày nay). Vì là một phiên bản hoàn toàn mới của công nghệ IP, việc nghiên cứu, ứng dụng và triển khai 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 sang 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. Là một cơ sở đạo tạo đi đầu về công nghệ cao, từng bước đưa ngành Công nghệ Điện tử Viễn thông của Trường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN trở thành một trong những cơ sở đào tạo, nghiên cứu và thực hành dẫn đầu trong hệ thống các trường đại học công nghệ trong cả nước. Bộ môn Hệ thống Viễn thông nhận thấy việc triển khai xây dựng một mô hình mạng ứng dụng các công nghệ mới là hết sức cần thiết. Điều này giúp cho sinh viên cũng như cán bộ giảng dạy có điều kiện thực hành công nghệ, nghiên cứu phát triển công nghệ.
Được sự quan tâm, đầu tư của trường ĐH Công nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội trong vài năm gần đây, bộ môn Hệ thống Viễn thông đã được trang bị các thiết bị TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 12 tiên tiến để xây dựng một hệ thống mạng Viễn thông thu nhỏ đáp ứng được đầy đủ các tiêu chí như một mạng Viễn thông trong thực tế. Tuy nhiên hệ thống mạng trong PTN được triển khai mới chỉ dừng lại ở việc cung cấp các dịch vụ dựa trên công nghệ IPv4. Với các yêu cầu cấp thiết như đã nêu trên thì việc xây dựng triển khai thử nghiệm một mô hình mạng IP thế hệ mới ứng dụng công nghệ IPv6 là một việc hết sức có ý nghĩa. Với mong muốn đóng góp một phần công sức vào dự án xây dựng phòng thí nghiệm nên em chọn đề tài luận văn của mình là “Nghiên cứu triển khai mô hình mạng ứng dụng IP version 6”.
Luận văn gồm 6 chương: Chuơng 1, 2, 3 và 4 trình bày tổng quan về công nghệ IPv6. Chương 5 chủ yếu thảo luận về các cơ chế chuyển đổi giữa IPv4 và IPv6. Chương 6 là một số mô hình triển khai thử nghiệm IPv6 trong thực tế. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 13 CHƢƠNG 1 : GIỚI THIỆU VỀ IPv6 1.
Hạn chế của IPv4[5],[8] Phiên bản hiện tại của IP (là IPv4) đã không được thay đổi cơ bản kể từ RFC 791 công bố năm 1981. IPv4 đã thể hiện được vai trò và tầm quan trọng của nó, IPv4 được triển khai một cách dễ dàng, rộng rãi, khả năng hoạt động liên mạng cao. Tuy nhiên, việc thiết kế ban đầu của IPv4 đã không dự đoán trước được các vấn đề sau: Gần đây do sự bùng nổ của Internet theo hàm số mũ và nguy cơ cạn kiệt không gian địa chỉ IPv4 đang đến gần. Mặc dù không gian địa chỉ của IPv4 là 32 bit cho phép lên tới 4.296 địa chỉ, nhưng số lượng địa chỉ IP public mới chỉ là vài trăm triệu.
Kết quả là, địa chỉ IPv4 trở nên tương đối khan hiếm, điều này buộc một vài tổ chức phải sử dụng phương pháp thông dịch địa chỉ mạng (NAT) để ánh xạ một địa chỉ IP public đơn thành nhiều địa chỉ IP private. Mặc dù NAT đã khuyến khích việc sử dụng lại không gian địa chỉ private, nhưng điều này cũng tạo ra một số trở ngại cho việc thực thi các ứng dụng. Ngoài ra, sự tăng nhanh đột biến của các thiết bị kết nối Internet và các vật dụng gia đình đảm bảo rằng không gian địa chỉ IPv4 cuối cùng sẽ cạn kiệt. Sự lớn nhanh của Internet và có thể các Router lõi của Internet sẽ phải lưu giữ các bảng định tuyến lớn.
Bởi vì theo cách mà các chỉ số mạng IPv4 đã được phân bổ, thông thường có trên 85.000 route trong bảng định tuyến của Rouer Internet ngày nay. Cơ sở hạ tầng định tuyến Internet IPv4 hiện tại là sự kết hợp của cả phân cấp và không phân cấp định tuyến. Sự cần thiết cấu hình đơn giản hơn Hầu hết việc triển khai mạng IPv4 hiện tại phải được cấu hình bằng tay hoặc sử dụng một giao thức cấu hình địa chỉ chẳng hạn như giao thức cấu hình Host động (DHCP). Với nhiều máy tính và thiết bị sử dụng IP, đòi hỏi phải có một cách thức cấu hình địa chỉ đơn giản và tự động hơn và cài đặt cấu hình khác không dựa trên sự cấp phát của cơ chế DHCP.
Yêu cầu bảo mật ở tầng IP Liên lạc riêng trên một môi trường public như Internet đòi hỏi các dịch vụ bảo mật bảo vệ dữ liệu khỏi bị xem hay bị thay đổi trong khi truyền. Mặc dù có một tiêu chuẩn đang tồn tại được cung cấp để bảo vệ cho các gói tin IPv4 (IPSec), tiêu chuẩn này là một tùy chọn cho IPv4 và là giải pháp bảo mật độc quyền đang được ưa chuộng. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 14 Yêu cầu hỗ trợ tốt hơn về thời gian thực đối với dữ liệu cũng như chất lượng dịch vụ cuộc gọi (QoS) Mặc dù các chuẩn QoS tồn tại cho IPv4, lưu lượng thời gian thực được hỗ trợ dựa trên 8 bit của trường TOS trong IPv4 và sự nhận dạng dữ liệu, đăc biệt sử dụng gói dữ liệu người dùng (UDP) hoặc cổng giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP). Đáng tiếc, trường TOS của IPv4 có chức năng bị giới hạn.
Ngoài ra, sự nhận dạng dữ liệu mà sử dụng một cổng TCP hoặc UDP là không thể khi dữ liệu gói tin IPv4 được mã hóa. Chính vì các lý do trên mà nhóm chuyên trách về kỹ thuật IETF (Internet Engineering Task Force) của hiệp hội Internet đã phát triển một bộ giao thức mới gọi là IPv6. IPv6 được cố tình thiết kế có tác động nhỏ nhất với các giao thức lớp trên và lớp dưới, tránh sự bổ sung thêm các tính năng mới không cần thiết và rườm rà. Hậu quả của việc không gian địa chỉ IPv4 bị giới hạn.
Do sự khan hiếm của địa chỉ IPv4 public, NAT đang được triển khai để sử dụng lại không gian địa chỉ IPv4 private. Tại những nơi mà địa chỉ IP public khan hiếm, có nhiều mức NAT giữa một máy tính client và Internet. Mặc dù NAT cho phép nhiều client hơn kết nối vào Internet, nhưng nó cũng gây ra một số trở ngại cho một vài ứng dụng. Chúng ta hãy xem xét sự hoạt động của NAT để minh chứng tại sao sự thông dịch địa chỉ mạng chỉ là giải pháp tạm thời, không bền vững và làm kém hiệu quả đối với các kết nối end-to-end.
Ví dụ, một doanh nghiệp nhỏ sử dụng chỉ số mạng private IPv4 là 192.0/24 cho mạng intranet của mình và được cấp địa chỉ public 131.119 bởi nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP). NAT được triển khai tại biên của mạng này ánh xạ toàn bộ dải địa chỉ private 192.0/24 thành địa chỉ public 131. Để phân biệt với một mạng intranet khác, NAT sử dụng cơ chế chọn động các cổng TCP và UDP.1 trình bày cấu hình của ví dụ này.1 – Ví dụ về NAT Nếu một host với địa chỉ IPv4 private 192.10 sử dụng một trình duyệt Web để kết nối tới Web server tại địa chỉ 157.9, host này tạo ra một gói tin IPv4 với các thông tin như sau : TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 15 Địa chỉ đích: 157.9 Địa chỉ nguồn: 192.10 Cổng TCP đích: 80 Cổng TCP nguồn: 1025 Gói tin IPv4 này sau đó được chuyển tới NAT, NAT sẽ thông dịch địa chỉ nguồn và cổng TCP nguồn thành gói tin đi ra như sau: Địa chỉ đích: 157.9 Địa chỉ nguồn: 131.119 Cổng TCP đích: 80 Cổng TCP nguồn: 5000 NAT giữ ánh xạ {192.119, TCP 5000} trong một bảng thông dịch cục bộ để tham chiếu về sau. Gói tin IPv4 được thông dịch sẽ được gửi trên Internet.
Gói tin đáp ứng được gửi trở lại bởi Web server và được nhận bởi NAT. Khi nhận, gói tin sẽ bao gồm: Địa chỉ đích: 131.119 Địa chỉ nguồn: 157.9 Cổng TCP đích: 5000 Cổng TCP nguồn: 80 NAT kiểm tra bảng thông dịch của nó, thông dịch địa chỉ đích và cổng TCP đích rồi chuyển gói tin tới host 192. Gói tin này bao gồm: Địa chỉ đích: 192.10 Địa chỉ nguồn: 157.9 Cổng TCP đích: 1025 Cổng TCP nguồn: 80 Đối với các gói tin đi ra từ NAT, địa chỉ IPv4 nguồn (địa chỉ private) được ánh xạ thành địa chỉ được cấp phát bởi ISP (địa chỉ public), và chỉ số cổng TCP/UDP được ánh xạ thành các chỉ số cổng TCP/UDP khác. Đối với các gói tin đi vào NAT, địa chỉ IPv4 đích (địa chỉ public) được ánh xạ thành địa chỉ intranet gốc (địa chỉ private), và các chỉ số cổng TCP/UDP được ánh xạ ngược thành các chỉ số cổng TCP/UDP ban đầu.