CHƯƠNG 1 : CÁC KHÓ KHĂN TRONG VIỆC SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IPv4 HIỆN NAY 1.1 Sự cạn kiệt không gian địa chỉ IPv4 Kể từ năm 2003, khi tốc độ tiêu thụ địa chỉ IPv4 bắt đầu tăng vọt do Internet phát triển tại những khu vực dân cư đông đảo như Trung Quốc, Ấn Độ kết hợp với sự phát triển của các loại hình dịch vụ và phương thức kết nối mạng tiêu tốn địa chỉ (những dạng dịch vụ mới đòi hỏi không gian địa chỉ IP cố định và tỉ lệ sử dụng địa chỉ/khách hàng là 1:1 với kết nối dạng đầu cuối – đầu cuối như: dịch vụ xDSL, dịch vụ FTTH,…), khả năng cạn kiệt nguồn IPv4 toàn cầu đã trở thành chủ đề nóng được bàn thảo nhiều trên các diễn đàn, thông tin về hoạt động của mạng Internet. Những năm tiếp theo, vùng địa chỉ IPv4 dự trữ cho hoạt động Internet toàn cầu được quản lý bởi IANA ngày càng vơi đi nhanh, việc IPv4 sẽ hết trở nên rõ ràng và tất yếu. Năm 2007, toàn bộ 5 tổ chức quản lý tài nguyên địa chỉ cấp vùng (RIR) đã đồng loạt ban hành nghị quyết thông báo địa chỉ IPv4 sẽ cạn kiệt trong khoảng 2 đến 4 năm sau đó và kêu gọi cộng đồng triển khai địa chỉ IPv6 để thay thế, đảm bảo sự phát triển không gián đoạn của hoạt động Internet. Tại thời điểm cuối năm 2007, căn cứ trên tốc độ tiêu thụ IPv4 toàn cầu, các tổ chức quốc tế đã dự báo thời điểm cạn kiệt IPv4 là giữa năm 2012.
Tuy nhiên các năm sau đó, tốc độ xin cấp địa chỉ IPv4 tăng lên rất nhanh, tốc độ cấp phát địa chỉ IPv4 của các tổ chức quản lý địa chỉ cấp vùng ngày càng tăng cao. Đến giữa năm 2008, thời điểm hệ thống quản lý địa chỉ toàn cầu hết IPv4 được dự báo rơi vào khoảng tháng 11/2011. Trên thực tế, thời điểm cạn kiệt IPv4 toàn cầu diễn ra nhanh hơn dự báo. Ngày 3 tháng 2 năm 2011, IANA đã chính thức công bố cạn kiệt kho địa chỉ dự trữ cấp phát cho các RIR.
Toàn bộ yêu cầu xin cấp IPv4 cho các hoạt động Internet toàn cầu chỉ sử dụng các vùng địa chỉ dữ trữ của các tổ chức cấp vùng (RIR). Việc cạn kiệt hoàn toàn địa chỉ IPv4 tại từng khu vực tùy thuộc theo tốc độ tiêu thụ tại khu vực. Theo mô hình quản lý toàn cầu, không gian địa chỉ IP các loại và số hiệu mạng được quản lý thống nhất bởi tổ chức IANA. IANA sau đó cấp các không gian địa chỉ 3 lớn cho các tổ chức quản lý tài nguyên cấp khu vực RIR.
Trên thế giới có tổng cộng 5 RIR bao gồm APNIC phụ trách khu vực Châu Á Thái Bình Dương, RIPE NCC phụ trách khu vực Châu Âu và Trung Đông, ARIN phụ trách khu vực Bắc Mỹ, LACNIC phụ trách khu vực Châu Mỹ La tin và AFRINIC phụ trách khu vực Châu Phi. Các RIR sau khi nhận tài nguyên từ IANA sẽ chịu trách nhiệm quản lý, phân bổ các tài nguyên đó trong phạm vi khu vực. Với tốc độ tiêu thụ tài nguyên IPv4 lớn nhất trên toàn cầu, Châu Á – Thái Bình Dương là khu vực đầu tiên chính thức bước vào giai đoạn cạn kiệt IPv4 kể từ ngày 15/4/2011 khi toàn bộ khối lượng địa chỉ IPv4 dự trữ của APNIC được tiêu thụ, chỉ còn lại duy nhất một khối /8 để phục vụ cho việc chuyển đổi sang sử dụng địa chỉ IPv6. Tiếp theo đó, ngày 14/9/2012, RIPE NCC, tổ chức quản lý địa chỉ khu vực Châu Âu và Trung Đông thông báo đã chính thức hết IPv4 để cấp theo chính sách thông thường và chuyển sang chính sách cấp phát hạn chế IPv4 từ khối /8 cuối cùng.
Muộn hơn một chút, các khu vực khác là Châu Mỹ La tinh (LACNIC) vào đầu năm 2015 và Bắc Mỹ (ARIN) là khu vực tiếp theo không còn IPv4 để cấp phát. Đối với khu vực Châu Á – Thái Bình Dương, APNIC dự kiến sẽ hết IPv4 vào năm 2020.1 : Tình hình cạn kiệt IPv4 toàn cầu [1] 4 1.2 Hạn chế về công nghệ và nhược điểm của IPv4 1.1 Cấu trúc định tuyến không hiệu quả: Địa chỉ IPv4 có cấu trúc định tuyến vừa phân cấp, vừa không phân cấp. Mỗi router phải duy trì bảng thông tin định tuyến lớn, đòi hỏi router phải có dung lượng bộ nhớ lớn. IPv4 cũng yêu cầu router phải can thiệp xử lý nhiều đối với gói tin IPv4, ví dụ thực hiện phân mảnh, điều này tiêu tốn CPU của router và ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý (gây trễ, hỏng gói tin).2 Hạn chế về tính bảo mật và kết nối đầu cuối – đầu cuối: Trong cấu trúc thiết kế của địa chỉ IPv4 không có cách thức bảo mật nào đi kèm.
IPv4 không cung cấp phương tiện hỗ trợ mã hóa dữ liệu. Kết quả là hiện nay, bảo mật ở mức ứng dụng được sử dụng phổ biến, không bảo mật lưu lượng truyền tải giữa các host. Nếu áp dụng IPSec1 là một phương thức bảo mật phổ biến tại tầng IP, mô hình bảo mật chủ yếu là bảo mật lưu lượng giữa các mạng, việc bảo mật lưu lượng đầu cuối – đầu cuối được sử dụng rất hạn chế. Để giảm nhu cầu tiêu dùng địa chỉ, hoạt động mạng IPv4 sử dụng phổ biến công nghệ chuyển đổi địa chỉ NAT.
Trong đó, máy chủ biên dịch địa chỉ can thiệp vào gói tin truyền tải và thay thế trường địa chỉ để các máy tính gắn địa chỉ riêng (private) có thể kết nối vào mạng Internet. Mô hình sử dụng kỹ thuật NAT của địa chỉ IPv4 có nhiều nhược điểm: - Khó thực hiện được kết nối điểm – điểm và gây trễ: Làm khó khăn và ảnh hưởng tới nhiều dạng dịch vụ (VPN, dịch vụ thời gian thực). Đối với nhiều dạng dịch vụ cần xác thực port nguồn/ đích, sử dụng kỹ thuật NAT là không thể được. Trong khi đó, các ứng dụng mới hiện nay, đặc biệt các ứng dụng client – server ngày càng đòi hỏi kết nối trực tiếp đầu cuối – đầu cuối.
- Việc gói tin không được giữ nguyên tình trạng từ nguồn tới đích, có những điểm trên đường truyền tải tại đó gói tin bị can thiệp, như vậy tồn tại những lỗ hổng về bảo mật.2 : Mô hình thực hiện NAT của địa chỉ IPv4 [2] Nguy cơ thiếu hụt không gian địa chỉ, cùng những hạn chế của IPv4 thúc đẩy sự đầu tư nghiên cứu một giao thức internet mới, khắc phục những hạn chế của giao thức IPv4 và đem lại những đặc tính mới cần thiết cho dịch vụ và cho hoạt động mạng thế hệ tiếp theo. Giao thức Internet mà IETF2 đã đưa ra, quyết định thúc đẩy thay thế cho IPv4 là IPv6, giao thức Internet phiên bản 6, còn được gọi là giao thức IP thế hệ mới (IP Next Generation – IPng). Địa chỉ IPv6 có chiều dài gấp 4 lần chiều dài địa chỉ IPv4, gồm 128 bit. 6 CHƯƠNG 2 : NGHIÊN CỨU VỀ IPv6 2.1 Tổng quan về IPv6 Giới thiệu về địa chỉ IPv6 Trong IPv6 giao thức Internet được cải tiến một cách rộng lớn để thích nghi được sự phát triển không lường trước được của Internet.
Định dạng và độ dài của những địa chỉ IP cũng được thay đổi với những gói định dạng. Những giao thức liên quan, như ICMP cũng đựơc cải tiến. Những giao thức khác trong tầng mạng như ARP, RARP, IGMP đã hoặc bị xoá hoặc có trong giao thức ICMPv6. Những giao thức tìm đường như RIP, OSPF cũng được cải tiến khả năng thích nghi với những thay đổi này.
Những chuyên gia truyền thông dự đoán là IPv6 và những giao thức liên quan với nó sẽ nhanh chóng thay thế phiên bản IP hiện thời.1 Cấu trúc địa chỉ IPv6 Địa chỉ IPv6 được nhóm chuyên trách về kỹ thuật IETF của hiệp hội Internet đề xuất thực hiện kế thừa trên cấu trúc và tổ chức của IPv4. Địa chỉ IPv4 có cấu trúc 32 bit, trên với lý thuyết có thể cung cấp cho một không gian địa chỉ là 232=4. Còn IPv6 có 128 bit địa chỉ dài hơn 4 lần so với IPv4 và khả năng lý thuyết có thể cung cấp một không gian địa chỉ là 2128 nhiều hơn không gian địa chỉ của IPv4 là khoảng 8 tỷ tỷ tỷ lần vì nếu lấy tròn số IPv4 là 4. Nếu số địa chỉ này trải đều trên bề mặt trái đất (511.263 mét vuông) thì mỗi mét vuông sẽ có khoảng 665.570 tỷ tỷ địa chỉ.
Đây là một không gian địa chỉ cực lớn với mục đích không chỉ cho Internet mà còn cho tất cả các mạng máy tính, hệ thống viễn thông, hệ thống điều khiển, và thậm chí là cho từng vật dụng trong gia đình. Nhu cầu hiện tại chỉ cần khoảng 15% không gian địa chỉ IPv6 còn lại là dự phòng cho tương lai.2 Sơ lược đặc điểm của IPv6 Khi phát triển phiên bản mới, IPv6 hoàn toàn dựa trên nền tảng IPv4. Nghĩa là tất cả những chức năng của IPv4 đều được tích hợp vào IPv6. Tuy nhiên, IPv6 cũng có một vài đặc điểm khác biệt.1 Tăng kích thước địa chỉ 7 IPv6 sử dụng 128 bit địa chỉ trong khi IPv4 chỉ sử dụng 32 bit.
Nghĩa là IPv6 có tới 2128 địa chỉ khác nhau: 3 bit đầu luôn là 001 được dành cho các địa chỉ khả định tuyến toàn cầu GRU (Globally Routable Unicast). Nghĩa là còn lại 2125 địa chỉ. Một con số khổng lồ. Điều đó có nghĩa là địa chỉ IPv6 sẽ chứa 1028 tầm địa chỉ IPv4.2 Tăng sự phân cấp địa chỉ IPv6 chia địa chỉ thành một tập hợp các tầm xác định hay boundary: 3 bit đầu cho phép biết được địa chỉ có thuộc địa chỉ khả năng định tuyến toàn cầu GRU hay không, giúp các thiết bị định tuyến có thể xử lý nhanh hơn.
TLA ID được sử dụng vì 2 mục đích: thứ nhất, nó được sử dụng để chỉ định một khối địa chỉ lớn mà từ đó các khối địa chỉ nhỏ hơn được tạo ra để cung cấp sự kết nối cho những địa chỉ nào muốn truy cập vào Internet; thứ hai, nó được sử dụng để phân biệt một đường (Route) đến từ đâu. Nếu các khối địa chỉ lớn được cấp phát cho các nhà cung cấp dịch vụ và sau đó được cấp phát cho khách hàng thì sẽ dễ dàng nhận ra các mạng chuyển tiếp mà đường đó đã đi qua cũng như mạng mà từ đó Route xuất phát. Với IPv6, việc tìm ra nguồn của 1 Route sẽ rất dễ dàng.