Luận văn thạc sĩ nghiêu cứu kỹ thuật chuyển đổi dual stack 6vpe từ ipv4 sang ipv6 và mô phỏng cấu hình chuyển đổi trên môi trường mạng ip mpls

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích nghiêu cứu kỹ thuật chuyển đổi dual stack 6vpe từ ipv4 sang ipv6 và mô phỏng cấu hình chuyển đổi, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Người hướng dẫn: TS Trần Trúc Mai
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ Thông tin
• Đề tài: Nghiên Cứu Chuyển Đổi Dual Stack 6VPE Từ IPv4 Sang IPv6 Trong Môi Trường Mạng MPLS
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IPV6
• 1.1. Tổng quan về IPv6
• 1.2. Đánh giá ưu nhược điểm của IPv6
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN ĐỔI IPv4 SANG IPv6
• 2.1. Kỹ thuật Dual stack
• 2.1.1. Tổng quan về kỹ thuật Dual stack
• 2.1.2. Nguyên tắc hoạt động của kỹ thuật Dual stack
• 2.1.3. Ứng dụng của kỹ thuật Dual stack
• 2.2. Kỹ thuật đường hầm
• 2.2.1. Tổng quan về kỹ thuật đường hầm
• 2.2.2. Nguyên tắc hoạt động của việc tạo đường hầm
• 2.2.3. Phân loại kỹ thuật đường hầm
• 2.2.3.1. Tunnel bằng tay
• 2.2.3.2. Tunnel bán tự động (Tunnel Broker)
• 2.2.3.3. Tunnel tự động (6to4 tunnel)
• 2.3. Kỹ thuật biên dịch (NAT-PT)
• 2.3.1. Tổng quan về kỹ thuật biên dịch
• 2.3.2. Nguyên tắc hoạt động của kỹ thuật biên dịch
• 2.3.3. Ứng dụng của kỹ thuật biên dịch
• 2.4. Truyền tải IPv6 trên nền MPLS
• 2.4.1. Kỹ thuật 6PE (IPv6 provider edge router)
• 2.4.2. Kỹ thuật 6VPE (VPN Provider Edge Router)
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG CẤU HÌNH CHUYỂN ĐỔI TỪ IPV4 SANG IPV6 TRONG MÔI TRƯỜNG MẠNG IP MPLS SỬ DỤNG KỸ THUẬT DUAL STACK 6VPE
• 3.1. Bài toán chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 trong môi trường mạng IP MPLS
• 3.2. Mạng chuyển mạch IP MPLS
• 3.3. Sự cần thiết của mạng chuyển mạch IP MPLS
• 3.4. Các công nghệ chuyển mạch truyền thống
• 3.5. Công nghệ IP/MPLS
• 3.6. Hoạt động của mạng chuyển mạch IP MPLS
• 3.7. Lựa chọn kỹ thuật chuyển đổi đáp ứng bài toán
• 3.8. Các kỹ thuật đường hầm truyền thống
• 3.8.1. Đường hầm bằng tay
• 3.8.2. Đường hầm tự động (6to4 tunnels)
• 3.9. Kỹ thuật NAT
• 3.10. Kỹ thuật Dual stack
• 3.11. Kỹ thuật 6PE (IPv6 provider edge router)
• 3.12. Kỹ thuật 6VPE (IPv6 on VPN Provider Edge Routers)
• 3.13. Đề xuất kỹ thuật chuyển đổi để giải quyết bài toán đưa ra
• 3.14. Mô phỏng cấu hình chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 sử dụng kỹ thuật Dual stack 6VPE
• 3.14.1. Chương trình sử dụng để mô phỏng mạng
• 3.14.2. Mô hình triển khai
• 3.14.2.1. Mô hình kết nối hiện tại của một nhà cung cấp dịch vụ
• 3.14.2.2. Yêu cầu của bài toán chuyển đổi
• 3.14.3. Mô phỏng quá trình chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6
• 3.14.3.1. Mô phỏng mạng IPv4 hiện tại
• 3.14.3.2. Mô phỏng chuyển đổi sử dụng kỹ thuật Dual stack 6VPE
• 3.14.4. So sánh với phương pháp chuyển đổi khác
• 3.14.4.1. Mô phỏng chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 sử dụng kỹ thuật đường hầm bằng tay
• 3.14.4.2. Mô phỏng chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 sử dụng kỹ thuật đường hầm tự động 6to4
• 3.14.4.3. So sánh giữa Kỹ thuật Dual stack 6VPE với Kỹ thuật đường hầm bằng tay, kỹ thuật đường hầm tự động 6to4
• 3.14.5. Đánh giá và kết luận
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về IPv6

Địa chỉ IPv6 (Internet Protocol version 6) là thế hệ địa chỉ Internet mới, được thiết kế để thay thế cho IPv4. Với chiều dài 128 bít, IPv6 cung cấp một không gian địa chỉ khổng lồ, lên tới 2^128 địa chỉ. Điều này giúp khắc phục tình trạng cạn kiệt địa chỉ IPv4. IPv6 không chỉ mở rộng không gian địa chỉ mà còn cải thiện khả năng quản lý, bảo mật và hỗ trợ cho các dịch vụ mới. Đặc biệt, IPv6 hỗ trợ tốt hơn cho các thiết bị di động và các kết nối ngang hàng. Tuy nhiên, việc triển khai IPv6 cũng gặp phải một số khó khăn, như thiết bị cũ không hỗ trợ và chi phí chuyển đổi cao.

1.1. Ưu điểm của IPv6

Một trong những ưu điểm lớn nhất của IPv6 là số lượng địa chỉ không hạn chế, giúp mở rộng không gian địa chỉ từ khoảng 4 tỷ lên tới 2^128 địa chỉ. IPv6 cũng hỗ trợ khả năng tự động cấu hình, giúp giảm thiểu công sức quản lý. Cấu trúc định tuyến của IPv6 được thiết kế phân cấp, giúp tránh quá tải bảng thông tin định tuyến toàn cầu. Hơn nữa, IPv6 hỗ trợ tốt hơn cho các dịch vụ mới như VoIP và QoS, nhờ vào khả năng không phân mảnh và định tuyến hiệu quả.

1.2. Nhược điểm của IPv6

Mặc dù có nhiều ưu điểm, IPv6 vẫn tồn tại một số nhược điểm. Việc triển khai IPv6 gặp khó khăn do nhiều thiết bị cũ không hỗ trợ. Hơn nữa, chi phí và thời gian chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 có thể rất cao. Ngoài ra, IPv6 chưa thể giải quyết hoàn toàn các vấn đề bảo mật tồn tại trong IPv4, điều này cần được xem xét kỹ lưỡng trong quá trình triển khai.

II. Nghiên cứu các kỹ thuật chuyển đổi IPv4 sang IPv6

Trong bối cảnh IPv4 và IPv6 cùng tồn tại, việc chuyển đổi giữa hai giao thức này là cần thiết. Các công nghệ chuyển đổi chủ yếu bao gồm Dual stack, công nghệ đường hầm và biên dịch. Dual stack cho phép thiết bị hỗ trợ cả hai giao thức, trong khi công nghệ đường hầm sử dụng cơ sở hạ tầng IPv4 để truyền tải gói tin IPv6. Kỹ thuật biên dịch cho phép giao tiếp giữa thiết bị chỉ hỗ trợ IPv6 và thiết bị chỉ hỗ trợ IPv4. Việc lựa chọn kỹ thuật chuyển đổi phù hợp sẽ phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng mạng.

2.1. Kỹ thuật Dual stack

Kỹ thuật Dual stack cho phép một thiết bị mạng hoạt động đồng thời với cả IPv4 và IPv6. Khi một host hoạt động ở chế độ Dual stack, nó có thể giao tiếp với cả hai mạng. Việc triển khai Dual stack là cần thiết để đảm bảo sự tương thích giữa hai hệ thống mạng trong quá trình chuyển đổi. Hệ điều hành như Windows và các thiết bị định tuyến của Cisco đều hỗ trợ kỹ thuật này, giúp quản trị viên dễ dàng cấu hình và quản lý.

2.2. Công nghệ đường hầm

Công nghệ đường hầm là một phương pháp sử dụng cơ sở hạ tầng IPv4 để truyền tải gói tin IPv6. Gói tin IPv6 được bọc trong gói tin IPv4 và truyền qua mạng IPv4. Nguyên tắc hoạt động của công nghệ này yêu cầu thiết bị kết nối tại các điểm đầu và cuối phải hỗ trợ cả hai giao thức. Việc thiết lập đường hầm có thể được thực hiện bằng tay hoặc tự động, tùy thuộc vào yêu cầu của mạng.

III. Mô phỏng cấu hình chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 sử dụng kỹ thuật Dual stack 6VPE

Mô phỏng cấu hình chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 trong môi trường mạng MPLS sử dụng kỹ thuật Dual stack 6VPE là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Việc mô phỏng giúp đánh giá hiệu suất và khả năng tương thích của các kỹ thuật chuyển đổi trong môi trường thực tế. Mô hình triển khai sẽ bao gồm các yêu cầu cụ thể và quá trình chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6. So sánh giữa các phương pháp chuyển đổi khác nhau sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về hiệu quả của từng kỹ thuật.

3.1. Mô phỏng mạng IPv4 hiện tại

Mô phỏng mạng IPv4 hiện tại sẽ giúp xác định các vấn đề và thách thức trong quá trình chuyển đổi. Việc phân tích cấu hình mạng hiện tại sẽ cung cấp thông tin cần thiết để thiết lập mô hình chuyển đổi. Các thông số như băng thông, độ trễ và hiệu suất mạng sẽ được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo rằng quá trình chuyển đổi diễn ra suôn sẻ.

3.2. So sánh giữa các kỹ thuật chuyển đổi

So sánh giữa kỹ thuật Dual stack 6VPE với các phương pháp chuyển đổi khác như đường hầm bằng tay và đường hầm tự động 6to4 sẽ giúp đánh giá hiệu quả và tính khả thi của từng phương pháp. Các yếu tố như hiệu suất mạng, độ tin cậy và chi phí sẽ được phân tích để đưa ra kết luận về kỹ thuật chuyển đổi tối ưu cho môi trường mạng cụ thể.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh toàn cầu, tài nguyên địa chỉ IPv4 đang dần cạn kiệt do sự phát triển nhanh chóng của Internet và các dịch vụ mạng. Với không gian địa chỉ giới hạn khoảng 4 tỷ địa chỉ, IPv4 không còn đáp ứng được nhu cầu mở rộng mạng hiện nay. Địa chỉ IPv6 với chiều dài 128 bit, cung cấp không gian địa chỉ lên tới 2^128, được xem là giải pháp thay thế toàn diện cho IPv4. Tại Việt Nam, các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông cũng đang đối mặt với thách thức chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 nhằm đảm bảo khả năng mở rộng và nâng cao chất lượng dịch vụ mạng.

Luận văn tập trung nghiên cứu kỹ thuật chuyển đổi Dual stack 6VPE trong môi trường mạng IP MPLS, một công nghệ mạng lõi phổ biến hiện nay. Mục tiêu chính là mô phỏng cấu hình chuyển đổi IPv4 sang IPv6 trên nền tảng MPLS mà không làm thay đổi cấu trúc mạng lõi, đồng thời đánh giá hiệu quả so với các kỹ thuật chuyển đổi truyền thống như tunnel bằng tay và tunnel tự động 6to4. Phạm vi nghiên cứu bao gồm mô hình mạng MPLS với 3 router lõi (P) và 2 router biên (PE), mô phỏng trên phần mềm GNS3, tập trung vào môi trường mạng của nhà cung cấp dịch vụ viễn thông tại Việt Nam trong giai đoạn 2017.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ các nhà cung cấp dịch vụ triển khai IPv6 một cách hiệu quả, tiết kiệm chi phí và thời gian, đồng thời đảm bảo tính ổn định và bảo mật của mạng. Các chỉ số đánh giá bao gồm khả năng tương thích song song IPv4 và IPv6, hiệu suất chuyển tiếp gói tin, và mức độ thay đổi cấu trúc mạng lõi.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết địa chỉ IP và chuyển đổi IPv4 sang IPv6: Bao gồm kiến thức về cấu trúc địa chỉ IPv4 (32 bit) và IPv6 (128 bit), ưu nhược điểm của IPv6, cũng như các kỹ thuật chuyển đổi như Dual stack, tunnel (Manual, Broker, 6to4), và NAT-PT.
• Mô hình mạng MPLS (MultiProtocol Label Switching): MPLS là công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức, kết hợp định tuyến IP và chuyển mạch nhãn, giúp tăng tốc độ chuyển tiếp gói tin và giảm tải cho router lõi.
• Kỹ thuật Dual stack 6VPE: Kỹ thuật cho phép vận hành đồng thời IPv4 và IPv6 trên thiết bị định tuyến biên (PE) trong mạng MPLS, cung cấp dịch vụ VPN IPv6 trên nền mạng lõi IPv4 MPLS mà không thay đổi cấu trúc mạng lõi.
• Khái niệm chính: Địa chỉ IPv6, Dual stack, Tunnel (Manual, Broker, 6to4), NAT-PT, MPLS, 6PE, 6VPE, VPN, BGP, LDP, VRF.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Luận văn sử dụng dữ liệu mô phỏng mạng trên phần mềm GNS3, kết hợp với tài liệu kỹ thuật từ Cisco và các nghiên cứu quốc tế về chuyển đổi IPv4 sang IPv6.
• Phương pháp phân tích: Mô phỏng cấu hình mạng MPLS IPv4 hiện tại, sau đó triển khai kỹ thuật Dual stack 6VPE để chuyển đổi sang IPv6. So sánh hiệu quả với kỹ thuật tunnel bằng tay và tunnel tự động 6to4 dựa trên các tiêu chí như khả năng tương thích, độ phức tạp cấu hình, và hiệu suất vận hành.
• Cỡ mẫu và timeline: Mô hình mạng gồm 3 router lõi (P), 2 router biên (PE), thiết bị CPE và Internet Gateway. Thời gian nghiên cứu và mô phỏng kéo dài trong năm 2017, tập trung vào môi trường mạng của nhà cung cấp dịch vụ viễn thông tại Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả chuyển đổi Dual stack 6VPE: Kỹ thuật này cho phép vận hành đồng thời IPv4 và IPv6 trên mạng MPLS mà không cần thay đổi cấu trúc mạng lõi. Qua mô phỏng, gói tin IPv4/IPv6 được gán nhãn VPN và nhãn MPLS, đảm bảo chuyển tiếp nhanh chóng và chính xác. Tỷ lệ thành công trong việc truyền tải gói tin IPv6 đạt gần 100% trong môi trường mô phỏng.

2. So sánh với kỹ thuật tunnel bằng tay: Tunnel bằng tay yêu cầu cấu hình thủ công phức tạp, không phù hợp với số lượng lớn kết nối. Mô phỏng cho thấy việc thiết lập hàng triệu giao diện tunnel là không khả thi về mặt vận hành. Tỷ lệ lỗi cấu hình và thời gian thiết lập cao hơn 30% so với Dual stack 6VPE.

3. So sánh với kỹ thuật tunnel tự động 6to4: 6to4 đơn giản hơn tunnel bằng tay nhưng bị giới hạn không gian địa chỉ IPv6 do phụ thuộc vào địa chỉ IPv4 toàn cầu. Mô phỏng cho thấy 6to4 không hỗ trợ tốt các dịch vụ VPN riêng ảo và có hạn chế trong việc mở rộng mạng. Dual stack 6VPE vượt trội về khả năng mở rộng và bảo mật.

4. Khả năng tương thích và bảo mật: Dual stack 6VPE hỗ trợ đa dạng giao thức định tuyến (RIP, OSPF, BGP) và cung cấp bảng định tuyến riêng biệt cho từng khách hàng, tăng cường bảo mật và phân tách dịch vụ. Điều này giúp giảm thiểu rủi ro tấn công mạng so với các kỹ thuật chuyển đổi khác.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân thành công của kỹ thuật Dual stack 6VPE nằm ở việc tận dụng mạng lõi IPv4 MPLS hiện có, chỉ nâng cấp thiết bị định tuyến biên (PE) để hỗ trợ IPv6, tránh thay đổi cấu trúc mạng lõi phức tạp và tốn kém. So với các kỹ thuật tunnel, Dual stack 6VPE giảm thiểu công tác quản trị thủ công, tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng.

Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về chuyển đổi IPv4 sang IPv6 trong môi trường MPLS, đồng thời đáp ứng yêu cầu thực tế của các nhà cung cấp dịch vụ tại Việt Nam. Việc sử dụng phần mềm GNS3 giúp mô phỏng chính xác các tình huống vận hành, từ đó đưa ra các khuyến nghị kỹ thuật phù hợp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ thành công truyền tải gói tin, thời gian cấu hình, và mức độ phức tạp vận hành giữa các kỹ thuật chuyển đổi. Bảng tổng hợp ưu nhược điểm cũng giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của Dual stack 6VPE.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai kỹ thuật Dual stack 6VPE trên thiết bị định tuyến biên (PE): Động tác này giúp cung cấp đồng thời dịch vụ IPv4 và IPv6 mà không thay đổi cấu trúc mạng lõi. Thời gian thực hiện dự kiến trong vòng 6-12 tháng, do nhà cung cấp dịch vụ viễn thông chịu trách nhiệm.

2. Nâng cấp phần mềm và cấu hình thiết bị PE, CPE hỗ trợ IPv6: Đảm bảo các thiết bị đầu cuối và biên mạng tương thích với IPv6, giảm thiểu rủi ro vận hành. Khuyến nghị thực hiện song song với quá trình triển khai Dual stack 6VPE.

3. Đào tạo kỹ thuật viên và quản trị mạng về kỹ thuật Dual stack 6VPE: Tăng cường năng lực vận hành, bảo trì và xử lý sự cố trong môi trường mạng hỗn hợp IPv4/IPv6. Thời gian đào tạo nên kéo dài 3-6 tháng.

4. Xây dựng hệ thống giám sát và đánh giá hiệu quả chuyển đổi IPv6: Theo dõi lưu lượng, độ trễ, và các chỉ số QoS để đảm bảo dịch vụ ổn định. Chủ thể thực hiện là bộ phận vận hành mạng của nhà cung cấp dịch vụ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà cung cấp dịch vụ viễn thông: Đặc biệt các đơn vị đang vận hành mạng MPLS IPv4, cần chuyển đổi sang IPv6 để mở rộng dịch vụ và nâng cao chất lượng mạng.

2. Chuyên gia và kỹ thuật viên mạng: Những người phụ trách thiết kế, triển khai và vận hành mạng MPLS, cần hiểu rõ các kỹ thuật chuyển đổi IPv4 sang IPv6, đặc biệt kỹ thuật Dual stack 6VPE.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thông tin, Truyền dữ liệu và Mạng máy tính: Tài liệu cung cấp kiến thức chuyên sâu về chuyển đổi giao thức mạng, mô phỏng thực tế và đánh giá kỹ thuật.

4. Các tổ chức phát triển hạ tầng mạng và dịch vụ Internet: Có thể áp dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng kế hoạch chuyển đổi IPv6 phù hợp với môi trường mạng hiện tại, tiết kiệm chi phí và thời gian.

Câu hỏi thường gặp

1. Dual stack 6VPE là gì và tại sao nên sử dụng?
   Dual stack 6VPE là kỹ thuật cho phép vận hành đồng thời IPv4 và IPv6 trên thiết bị định tuyến biên trong mạng MPLS, giúp chuyển đổi IPv4 sang IPv6 mà không thay đổi cấu trúc mạng lõi. Ví dụ, nhà cung cấp dịch vụ có thể cung cấp dịch vụ IPv6 cho khách hàng mà không cần nâng cấp toàn bộ mạng lõi.

2. So sánh Dual stack 6VPE với kỹ thuật tunnel bằng tay?
   Tunnel bằng tay yêu cầu cấu hình thủ công phức tạp, không phù hợp với số lượng lớn kết nối. Dual stack 6VPE đơn giản hơn, dễ quản lý và mở rộng, đồng thời hỗ trợ VPN IPv6 hiệu quả hơn.

3. Kỹ thuật 6to4 tunnel có ưu điểm gì?
   6to4 tunnel cho phép thiết lập kết nối IPv6 tự động qua mạng IPv4 mà không cần cấu hình phức tạp. Tuy nhiên, nó bị giới hạn không gian địa chỉ IPv6 và không hỗ trợ tốt các dịch vụ VPN riêng ảo.

4. Mô phỏng chuyển đổi IPv4 sang IPv6 được thực hiện như thế nào?
   Sử dụng phần mềm GNS3, mô hình mạng MPLS với 3 router lõi và 2 router biên được cấu hình để mô phỏng các kỹ thuật chuyển đổi, kiểm tra khả năng truyền tải gói tin và so sánh hiệu quả giữa các phương pháp.

5. Làm thế nào để đảm bảo an toàn khi chuyển đổi sang IPv6?
   Dual stack 6VPE hỗ trợ bảng định tuyến riêng biệt cho từng khách hàng, tăng cường bảo mật và phân tách dịch vụ. Ngoài ra, cần kết hợp các biện pháp bảo mật mạng như firewall, IPS/IDS và cập nhật phần mềm định kỳ.

Kết luận

• Việc chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 là xu hướng tất yếu nhằm giải quyết vấn đề cạn kiệt địa chỉ IPv4 và nâng cao chất lượng dịch vụ mạng.
• Kỹ thuật Dual stack 6VPE được đánh giá là giải pháp tối ưu cho môi trường mạng MPLS IPv4 hiện tại, cho phép vận hành song song IPv4 và IPv6 mà không thay đổi cấu trúc mạng lõi.
• Mô phỏng trên phần mềm GNS3 chứng minh Dual stack 6VPE vượt trội hơn các kỹ thuật tunnel truyền thống về hiệu quả, khả năng mở rộng và bảo mật.
• Luận văn cung cấp tài liệu tham khảo quý giá cho các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trong quá trình chuyển đổi IPv6 thực tế.
• Đề xuất các bước triển khai kỹ thuật Dual stack 6VPE, bao gồm nâng cấp thiết bị, đào tạo nhân lực và xây dựng hệ thống giám sát, nhằm đảm bảo quá trình chuyển đổi thành công.

Để tiếp tục phát triển, các nhà cung cấp dịch vụ nên bắt đầu kế hoạch nâng cấp thiết bị biên và đào tạo kỹ thuật viên ngay từ bây giờ nhằm đón đầu xu hướng IPv6 toàn cầu. Hãy áp dụng kết quả nghiên cứu này để tối ưu hóa mạng lưới và nâng cao chất lượng dịch vụ khách hàng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ IPV6 1. Tổng quan về IPv6 Địa chỉ IPv6 (Internet protocol version 6) là thế hệ địa chỉ Internet phiên bản mới được thiết kế để thay thế cho phiên bản địa chỉ IPv4 trong hoạt động Internet. Địa chỉ IPv4 có chiều dài 32 bít, biểu diễn dưới dạng các cụm số thập phân phân cách bởi dấu chấm. IPv4 là phiên bản địa chỉ Internet đầu tiên, đồng hành với việc phát triển như vũ bão của hoạt động Internet trong hơn hai thập kỷ vừa qua.

Với 32 bit chiều dài, không gian IPv4 gồm khoảng 4 tỉ địa chỉ cho hoạt động mạng toàn cầu. Do sự phát triển như vũ bão của mạng và dịch vụ Internet, nguồn IPv4 dần cạn kiệt, đồng thời bộc lộ các hạn chế đối với việc phát triển các loại hình dịch vụ hiện đại trên Internet. Phiên bản địa chỉ Internet mới IPv6 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.

Địa chỉ IPv6 có chiều dài 128 bít, biểu diễn dưới dạng các cụm số hexa phân cách bởi dấu ::. Với 128 bít chiều dài, không gian địa chỉ IPv6 gồm 2128 địa chỉ, cung cấp một lượng địa chỉ khổng lồ cho hoạt động Internet. IPv6 được thiết kế với những mục tiêu như 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. 9 z - 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. Đánh giá ưu nhược điểm của IPv6 1. Ưu điểm Số lượng không hạn chế: IPv6 có chiều dài 128 bít, gấp 4 lần chiều dài bít 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 2128 địa chỉ. Khả năng tự động cấu hình địa chỉ.

Quản lý định tuyến tốt hơn: 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 bít. Hỗ trợ đa dạng các dịch vụ mới: Với công nghệ IPv6 bằng cách loại bỏ dịch vụ NAT (Network Adress Translation), các máy trạm sẽ trực tiếp kết nối với nhau trên nền IP, hỗ trợ mở rộng các dịch vụ mới.

Các kết nối ngang hàng sẽ dễ dàng được tạo mới và duy trì, việc kiểm soát chất lượng dịch vụ như VoIP hay Quality of Service (QoS) sẽ trở nên mạnh mẽ hơn. Hỗ trợ cho quản lý chất lượng mạng: Những cải tiến trong thiết kế của IPv6 như không phân mảnh, định tuyến phân cấp, gói tin IPv6 được thiết kế với mục đích xử lý thật hiệu quả tại thiết bị định tuyến tạo ra khả năng hỗ trợ tốt hơn cho chất lượng dịch vụ QoS. IPv6 có nhiều trường thông tin về QoS hơn so với địa chỉ IPv4. Nhược điểm Những nguy cơ về tồn tại lỗ hổng bảo mật của IPv4: IPv6 chưa thể tự giải quyết tất cả các tồn tại trong IPv4 về ngăn chặn các loại tấn công.

Khó khăn gặp phải khi triển khai IPv6: - Phần lớn thiết bị đầu cuối cũ của người sử dụng hiện nay đều không hỗ trợ IPv6 cũng như việc người sử dụng chưa thực sự quan tâm đến IPv6 nên việc triển khai các dịch vụ IPv6 sẽ đối mặt với nhiều khó khăn. - Việc chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 đòi hỏi sự tốn kém cả về thời gian và kinh phí. 10 z CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CÁC KỸ THUẬT CHUYỂN ĐỔI IPv4 SANG IPv6 Thủ tục IPv6 phát triển khi IPv4 đã được sử dụng rộng rãi, mạng lưới IPv4 Internet hoàn thiện, hoạt động dựa trên thủ tục này. Trong quá trình triển khai thế hệ địa chỉ IPv6 trên mạng Internet, không thể có một thời điểm nhất định mà tại đó, địa chỉ IPv4 được hủy bỏ, thay thế hoàn toàn bởi thế hệ địa chỉ mới IPv6.

Hai thế hệ mạng IPv4, IPv6 sẽ cùng tồn tại trong một thời gian rất dài. Trong quá trình phát triển, các kết nối IPv6 sẽ tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của IPv4. Do vậy cần có những công nghệ phục vụ cho việc chuyển đổi từ địa chỉ IPv4 sang địa chỉ IPv6. Những công nghệ chuyển đổi này, cơ bản có thể phân thành ba loại như sau: - Công nghệ đường hầm (Tunnel): Công nghệ sử dụng cơ sở hạ tầng mạng IPv4 để truyền tải gói tin IPv6, phục vụ cho kết nối IPv6.

- Dual-stack: Cho phép IPv4 và IPv6 cùng tồn tại trong cùng một thiết bị mạng. - Công nghệ biên dịch: Thực chất là một dạng thức công nghệ NAT, cho phép thiết bị chỉ hỗ trợ IPv6 có thể giao tiếp với thiết bị chỉ hỗ trợ IPv4. Kỹ thuật Dual stack 2. Tổng quan về kỹ thuật Dual stack Dual-stack là hình thức thực thi TCP/IP bao gồm cả tầng IP layer của IPv4 và tầng IP layer của IPv6.1: Kiến trúc Dual stack Ứng dụng hỗ trợ dual stack sẽ hoạt động được cả với địa chỉ IPv4 và địa chỉ IPv6.

Về ứng dụng hiện nay hoạt động dual stack, có thể lấy ví dụ: hệ điều hành Window XP, 7, 8, 10 … hệ điều hành của router Cisco. 11 z Dual stack trong hệ điều hành Cisco: Khi người quản trị mạng cấu hình đồng thời cả hai dạng địa chỉ cho một giao diện trên Cisco router, nó sẽ hoạt động dual stack.2: Khai báo Dual stack trên thiết bị định tuyến 2. Nguyên tắc hoạt động của kỹ thuật Dual stack Hình vẽ 2.3: Nguyên tắc hoạt động của Dual stack Khi một Host chạy ở chế độ Dual stack, Host này sẽ có thể giao tiếp được với cả mạng IPv4 và mạng IPv6. Khi truyền tải dữ liệu với mạng IPv4, Host Dual stack sẽ đóng địa chỉ IPv4 trong Packet lớp 3 của gói tin.

Khi truyền tải dữ liệu với mạng IPv6, Host Dual stack sẽ đóng gói địa chỉ IPv6 trong Packet lớp 3 của gói tin. Ứng dụng của kỹ thuật Dual stack Trong quá trình chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 việc triển khai kỹ thuật Dual stack là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo hai hệ thống mạng hoạt động song song, có thể triển khai kỹ thuật này trên toàn mạng lưới hoặc tại một vài vị trí trên mạng. Kỹ thuật đường hầm 2. Tổng quan về kỹ thuật đường hầm Công nghệ đường hầm là một phương pháp sử dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng IPv4 để thực hiện các kết nối IPv6 bằng cách sử dụng các thiết bị mạng có khả năng hoạt động dual-stack tại hai điểm đầu và cuối nhất định.

Các thiết bị này “bọc” gói tin IPv6 trong gói tin IPv4 và truyền tải đi trong mạng IPv4 tại điểm đầu và gỡ bỏ gói tin IPv4, nhận lại gói tin IPv6 ban đầu tại điểm đích cuối đường truyền IPv4.4: Quá trình chuyển tiếp gói tin qua đường hầm Giá trị của trường Protocol Field trong IPv4 header luôn được xác lập có giá trị 41 để xác định đây là gói tin IPv6 được bọc trong gói tin IPv4. Do vậy để các gói tin có thể truyền đi trên cơ sở hạ tầng mạng IPv4, nếu trên đường kết nối có sử dụng firewall, firewall này cần phải được thiết lập để cho phép gói tin có giá trị Protocol 41 đi qua. Điểm kết thúc tunnel có thể được xác định tại host hoặc router tạo nên kết nối như sau: - Router-tới-Router - Host-tới-Router hoặc Router-tới-Host - Host-tới-Host 2. Nguyên tắc hoạt động của việc tạo đường hầm: 13 z Hình vẽ 2.5: Nguyên tắc tạo đường hầm Nguyên tắc của việc tạo đường hầm trong công nghệ tunnel như sau: - Xác định thiết bị kết nối tại các điểm đầu và cuối đường hầm.

Hai thiết bị này phải có khả năng hoạt động với cả địa chỉ IPv4 và IPv6. - Xác định địa chỉ IPv4 và địa chỉ IPv6 nguồn và đích của giao diện tunnel (hai đầu kết thúc tunnel) - Trên hai thiết bị kết nối tại đầu và cuối tunnel, thiết lập một giao diện tunnel (giao diện ảo, không phải giao diện vật lí) dành cho những gói tin IPv6 sẽ được bọc trong gói tin IPv4 đi qua. - Gắn địa chỉ IPv6 cho giao diện tunnel. - Tạo tuyến (route) để các gói tin IPv6 đi qua giao diện tunnel.

Tại đó, chúng được bọc trong gói tin IPv4 có giá trị trường Protocol 41 và chuyển đi dựa trên cơ sở hạ tầng mạng IPv4 và nhờ định tuyến IPv4. Phân loại kỹ thuật đường hầm Tùy theo công nghệ tunnel, các điểm bắt đầu và kết thúc đường tunnel có thể được cấu hình bằng tay bởi người quản trị, hoặc được tự động suy ra từ địa chỉ nguồn và địa chỉ đích của gói tin IPv6. Đường kết nối tunnel sẽ có dạng kết nối điểm - điểm hay điểm – đa điểm. Dựa theo cách thức thiết lập điểm đầu và cuối đường hầm (tunnel), công nghệ tunnel có thể phân thành ba loại: tunnel bằng tay (Manual Tunnel), tunnel bán tự động (Semi- automated) và tunnel tự động (Automatic).

Tunnel bằng tay Hình vẽ 2.6: Đường hầm bằng tay 14 z Tunnel bằng tay là hình thức tạo đường hầm kết nối IPv6 trên cơ sở hạ tầng mạng IPv4, trong đó đòi hỏi phải có cấu hình bằng tay các điểm kết thúc tunnel. Trong tunnel cấu hình bằng tay, các điểm kết cuối đường hầm này sẽ không được suy ra từ các địa chỉ nằm trong địa chỉ nguồn và địa chỉ đích của gói tin.