Mở đầu: Tập trung làm rõ những ý do cơ bản để lựa chọn đề tài, xác định rõ mục tiêu, đối tƣợng, phạm vi v phƣơng ph p nghiên cứu của đề tài. Chƣơng 1: Tổng quan về giao thức IPv6 Chƣơng 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. Chƣơng 2: Một số chuẩn giao tiếp IoT và Các công nghệ chuyển đổi sang IPv6 Chƣơng 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 8 đảm bảo không phá vỡ cấu trúc Internet cũng nhƣ m gi n đoạn hoạt động của mạng Internet. Chƣơng 3: Mô phỏng giao thức định tuyến IPv6 ứng dụng trong mạng IoT Chƣơng 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 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 ng nh điện t - viễn thông và công nghệ thông tin. Các tổ chức, doanh nghiệp trong ĩnh 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 đ nh 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 ƣợng các thiết bị trên mạng ƣới thì xảy ra nguy cơ thiếu hụt hông 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 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 n y c c vấn đề bảo mật trong mạng IPv6 sẽ đƣợc xem xét và trình bày.
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, 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 hông đƣợc 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. Còn IPv6 có 128 bít địa chỉ với khả năng 10 cung cấp địa chỉ 2128 = 340282366920938463374607431768211456 địa chỉ, nhiều hơn hông gian địa chỉ IPv4 khoảng 8 tỷ tỷ tỷ lần vì 232 lấy tròn 4*109 còn 2128 lấy tròn 340*1036. Số địa chỉ này nếu rải đều trên bề mặt tr i đất thì mỗi mét vuông có khoảng 665570 tỷ tỷ địa chỉ Đây một hông gian địa chỉ cực lớn với mục đích hông 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 v 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 đ nh 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 v đ nh số lại 11 - Khả năng x c thực và bảo mật an ninh - Hỗ trợ tốt hơn về chất ƣợng 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, v 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 decima , 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 v đầy đủ những con số này thì dãy số biểu diễn 12 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 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 toàn số 0 có thể không viết và chỉ viết th nh “::” 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 hôi phục lại chính x c 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 èm với số bít x c 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. 13 Bit x c 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 d nh riêng để x c 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 ƣợng địa chỉ đó trong hông 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 hông gian địa chỉ IPv6. Ba bít tiền tố “001” x c định dạng địa chỉ unicast định danh toàn cầu, tƣơng đƣơng với địa chỉ IPv4 chúng ta vẫn thƣờng s dụng hiện nay. C c 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 nhƣ in -local (là địa chỉ dùng trong giao tiếp giữa các IPv6 node trên một đƣờng kết nối), site oca (địa chỉ đƣợc thiết kế cho giao tiếp trong phạm vi một site) đều có 64 bít cuối cùng đƣợc s dụng để x c 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 ích 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 g i đến đích, IPv6 bao gồm ba loại địa chỉ sau: Unicast: Địa chỉ unicast x c định một giao diện duy nhất. Trong mô hình định tuyến, c c gói tin có địa chỉ đích địa chỉ unicast chỉ đƣợc g i 14 tới một giao diện duy nhất Địa chỉ unicast đƣợc s dụng trong giao tiếp một – một. Mu ticast: Địa chỉ mu ticast định danh một nhóm nhiều giao diện.
Gói tin có địa chỉ đích địa chỉ multicast sẽ đƣợc g i tới tất cả các giao diện trong nhóm đƣợc gắn địa chỉ đó Địa chỉ mu ticast đƣợc s 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 x c định tập hợp nhiều giao diện Tuy nhiên, trong mô hình định tuyến, gói tin có địa chỉ đích anycast chỉ đƣợc 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. Nhƣ đã trình b y, hông 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 s dụng trong giao tiếp nội bộ trên một đƣờng kết nối, có dạng s dụng trong kết nối toàn cầu.