Mở đầu: Tập trung làm rõ những lý do cơ bản để lựa chọn đề tài, xác định rõ mục tiêu, đối tƣợng, phạm vi và phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài. Chƣơng 1: Tổng quan về giao thức IPv6 Chƣơng này sẽ trình bày tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến giao thức IPv6, giới thiệu giao thức bảo mật IPSec trong IPv6 và tích hợp bảo mật IPSec trong địa chỉ IPv6. Chƣơng 2: Một số chuẩn giao tiếp IoT và Các công nghệ chuyển đổi sang IPv6 Chƣơng này sẽ trình bày các nội dung liên quan đến một số chuẩn giao tiếp IoT và các công nghệ chuyển đổi từ địa chỉ IPv4 sang địa chỉ IPv6 8 đảm bảo không phá vỡ cấu trúc Internet cũng nhƣ làm gián đoạn hoạt động của mạng Internet. Chƣơng 3: Mô phỏng giao thức định tuyến IPv6 ứng dụng trong mạng IoT Chƣơng này sẽ trình bày kết quả mô phỏng và đánh giá hiệu năng giao thức RPL ứng dụng cho mạng tổn hao công suất thấp.
Kết luận và hƣớng 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 ngành điện tử- viễn thông và công nghệ thông tin. Các tổ chức, doanh nghiệp trong lĩnh vực liên quan có thể tham khảo các nội dung nghiên cứu của luận văn để áp dụng cho các hệ thống mạng IPv6 không dây công suất thấp của mình. TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC IPv6 Địa chỉ của các máy tính trên Internet hiện nay đang đƣợc đánh số theo thế hệ địa chỉ phiên bản 4 (IPv4) gồm 32 bít.
Trên lý thuyết, không gian IPv4 bao gồm hơn 4 tỉ địa chỉ (thực tế thì ít hơn). Tuy nhiên đứng trƣớc sự phát triển mạnh mẽ về số lƣợng các thiết bị trên mạng lƣới thì xảy ra nguy cơ thiếu hụt không gian địa chỉ IPv4; cùng với những hạn chế trong công nghệ và những nhƣợc điểm của IPv4 đã thúc đẩy sự ra đời của một thế hệ địa chỉ Internet mới IPv6. Đây là phiên bản đƣợc 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 đƣợc quan tâm.
IPv6 đã đƣợc phát triển với mục tiêu chính là cải thiện khả năng bảo mật. Trong chƣơng này các vấn đề bảo mật trong mạng IPv6 sẽ đƣợc xem xét và trình bày. Khái quát chung về IPv6 [3] Xuất phát điểm của IPv6 có tên gọi là IPng (Internet Protocol Next Generation) là một phiên bản mới của IP, đƣợc thiết kế để thay thế cho giao thức cũ IPv4. IPng đƣợc gán với phiên bản là 6 và lấy tên chính thức là IPv6.
Quan điểm chính khi thiết kế IPv6 là từng bƣớc 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 tƣơng thích tuyệt đối với mạng Internet dùng IPv4 hiện tại. Những chức năng đã đƣợc kiểm nghiệm thành công trên IPv4 sẽ vẫn duy trì trên IPv6. Những chức năng không đƣợc sử 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.
Còn IPv6 có 128 bít địa chỉ với khả năng 1 cung cấp địa chỉ 2128 = 340282366920938463374607431768211456 địa chỉ, nhiều hơn không gian địa chỉ IPv4 khoảng 8 tỷ tỷ tỷ lần vì 2 32 lấy tròn 4*109 còn 2128 lấy tròn 340*1036. Số địa chỉ này nếu rải đều trên bề mặt trái đất thì mỗi mét vuông có khoảng 665570 tỷ tỷ địa chỉ. Đây là một không gian địa chỉ cực lớn với mục đích không chỉ có Internet mà còn cho tất cả các mạng máy tính, hệ thống viễn thông, hệ thống điều khiển và từng vật dụng trong gia đình… Hình 1. Sự biến đổi của Internet.
Đặc điểm của IPv6 [3] Trong IPv6 giao thức Internet đƣợc cải tiến một cách rộng lớn để thích nghi đƣợc sự phát triển không biết trƣớc đƣợc của Internet. Định dạng và độ dài của những địa chỉ IP cũng đƣợc thay đổi với những gói định dạng. Thế hệ mới của IP hay IPv6 có những ƣu điểm nhƣ sau: - Không gian địa chỉ lớn - Phân cấp đánh địa chỉ và phân cấp định tuyến rõ rệt hơn - Đơn giản hóa việc đặt địa chỉ Host - Khuôn dạng phần đầu đơn giản hóa - Khả năng cấu hình địa chỉ tự động và đánh số lại 1 - Khả năng xác thực và bảo mật an ninh - Hỗ trợ tốt hơn về chất lƣợng dịch vụ QoS - Hỗ trợ tốt hơn tính năng di động - Khả năng mở rộng 1. Cách thức biểu diễn, cấu trúc và các dạng địa chỉ IPv6 [3] 1.
Biểu diễn địa chỉ IPv6 Ngƣời ta không biểu diễn địa chỉ IPv6 dƣới dạng số thập phân. Địa chỉ IPv6 đƣợc 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 không thuận tiện, và để nhớ chúng thì không thể. Do vậy, địa chỉ IPv6 đƣợc biểu diễn dƣới dạng một dãy chữ số hexa.
Để biểu diễn 128 bít nhị phân IPv6 thành dãy chữ số hexa decimal, ngƣời ta chia 128 bít này thành các nhóm 4 bít, chuyển đổi từng nhóm 4 bít thành số hexa tƣơng ứng và nhóm 4 số hexa thành một nhóm phân cách bởi dấu “:”. Kết quả, một địa chỉ IPv6 đƣợc biểu diễn thành một dãy số gồm 8 nhóm số hexa cách nhau bằng dấu “:”, mỗi nhóm gồm 4 chữ số hexa. 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 và đầy đủ những con số này thì dãy số biểu diễn 1 địa chỉ IPv6 thƣờng 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 thành “0”, cụm số “09C0” có thể viết thành “9C0”. Quy tắc 2: Trong cả địa chỉ IPv6, một số nhóm liền nhau chứa toàn số 0 có thể không viết và chỉ viết thành “::”. Tuy nhiên, chỉ đƣợc thay thế một lần nhƣ 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 đƣợc số các số 0 trong một cụm “::” để từ đó khôi phục lại chính xác địa chỉ IPv6 ban đầu. Địa chỉ IPv6 còn đƣợc biểu diễn theo cách thức liên hệ với địa chỉ IPv4. 32 bít cuối của địa chỉ IPv6 tƣơng ứng địa chỉ IPv4 đƣợc biết theo cách viết thông thƣờng của địa chỉ IPv4.
Biểu diễn một dải địa chỉ IPv6 Tƣơng tự nhƣ IPv4, một dải địa chỉ IPv6 đƣợc viết dƣới dạng một địa chỉ IPv6 đi kèm với số bít xác định số bit phần mạng (bít tiền tố), nhƣ sau: địa chỉ IPv6/số bít mạng. Cấu trúc của một địa chỉ IPv6 Cấu trúc chung của một địa chỉ IPv6 thƣờng thấy nhƣ hình 1. Cấu trúc thƣờng thấy của một địa chỉ IPv6. 1 Bit xác định loại địa chỉ IPv6 (bít tiền tố - prefix): Nhƣ 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 đƣợc dành riêng để xác định dạng địa chỉ, đƣợc gọi là các bít tiền tố (prefix). Các bít tiền tố này sẽ quyết định địa chỉ thuộc loại nào và số lƣợng địa chỉ đó trong không gian chung IPv6. Ví dụ: 8 bít tiền tố “1111 1111” tức “FF” xác định dạng địa chỉ multicast.
Địa chỉ multicast chiếm 1/256 không gian địa chỉ IPv6. Ba bít tiền tố “001” xác định dạng địa chỉ unicast định danh toàn cầu, tƣơng đƣơng với địa chỉ IPv4 chúng ta vẫn thƣờng sử dụng hiện nay. Các 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 sử dụng trong giao tiếp toàn cầu, cũng nhƣ link-local (là địa chỉ dùng trong giao tiếp giữa các IPv6 node trên một đƣờng kết nối), sitelocal (địa chỉ đƣợc thiết kế cho giao tiếp trong phạm vi một site) đều có 64 bít cuối cùng đƣợc sử dụng để xác định một giao diện duy nhất trên một đƣờng kết nối (tƣơng đƣơng với một mạng con “subnet”). Nhƣ vậy, một phân mạng con nhỏ nhất của địa chỉ IPv6 sẽ có kích thƣớc /64.
Các dạng địa chỉ IPv6 1. Tổng quan về phân loại địa chỉ IPv6 Địa chỉ IPv6 không còn duy trì khái niệm broadcast. Theo cách thức gói tin đƣợc gửi đến đích, IPv6 bao gồm ba loại địa chỉ sau: Unicast: Địa chỉ unicast xác định một giao diện duy nhất. Trong mô hình định tuyến, các gói tin có địa chỉ đích là địa chỉ unicast chỉ đƣợc gửi 1 tới một giao diện duy nhất.
Địa chỉ unicast đƣợc sử dụng trong giao tiếp một – một. Multicast: Địa chỉ multicast định danh một nhóm nhiều giao diện. Gói tin có địa chỉ đích là địa chỉ multicast sẽ đƣợc gửi tới tất cả các giao diện trong nhóm đƣợc gắn địa chỉ đó. Địa chỉ multicast đƣợc sử dụng trong giao tiếp một – nhiều.
Trong địa chỉ IPv6 không còn tồn tại khái niệm địa chỉ broadcast. Mọi chức năng của địa chỉ broadcast trong IPv4 đƣợc đảm nhiệm thay thế bởi địa chỉ IPv6 multicast. Anycast: Anycast là khái niệm mới của địa chỉ IPv6. Địa chỉ anycast cũng xác định tập hợp nhiều giao diện.
Tuy nhiên, trong mô hình định tuyến, gói tin có địa chỉ đích anycast chỉ đƣợc gửi tới một giao diện duy nhất trong tập hợp. Giao diện đó là giao diện “gần nhất” theo khái niệm của thủ tục định tuyến. Nhƣ đã trình bày, không gian IPv6 đƣợc 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 sử dụng trong giao tiếp nội bộ trên một đƣờng kết nối, có dạng sử 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.