Luận văn: Triển khai IPv6 trên nền IPv4, ứng dụng trong mạng IP-MPLS

Luận văn phân tích các giải pháp triển khai IPv6 trên nền tảng IPv4, trình bày chi tiết ứng dụng và mô phỏng trong mạng lõi IP/MPLS hiện đại.

• Tác giả: Nguyễn Viết Dương
• Người hướng dẫn: TS. Hoàng Mạnh Thăng
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông
• Đề tài: Triển khai IPv6 trên nền IPv4 trong mạng IP/MPLS
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về IPv6 và nhu cầu triển khai trên nền IPv4

Sự cạn kiệt địa chỉ IPv4 là thách thức lớn nhất của internet hiện đại. Với chỉ 4,3 tỷ địa chỉ IPv4 khả dụng, không đủ để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của các thiết bị kết nối mạng toàn cầu. IPv6 được phát triển để giải quyết vấn đề này với 340 undecillion địa chỉ. Tuy nhiên, chuyển đổi IPv4 sang IPv6 không thể thực hiện một cách đột ngột vì hầu hết các hạ tầng mạng hiện tại vẫn dựa trên IPv4. Do đó, triển khai IPv6 trên nền IPv4 là giải pháp trung gian cần thiết, cho phép các nhà cung cấp dịch vụ (ISP) và doanh nghiệp chuyển đổi dần dần mà không gây gián đoạn dịch vụ. Trong mạng IP/MPLS, việc triển khai IPv6 đòi hỏi các công nghệ chuyển đổi đặc biệt để đảm bảo tính tương thích và hiệu suất.

1.1. Sự cạn kiệt địa chỉ IPv4 và tác động

Địa chỉ IPv4 được phát hành từ các tổ chức quốc tế quản lý tài nguyên internet (RIR). Đến năm 2011, các RIR đã hết cấp phát IPv4 mới cho các khu vực. Việc tái sử dụng địa chỉ qua NAT và các công nghệ khác không giải quyết được nhu cầu dài hạn. IPv6 với không gian địa chỉ khổng lồ là giải pháp tối ưu, nhưng quá trình chuyển đổi cần thời gian và các công nghệ trung gian.

1.2. Mục tiêu phát triển IPv6 trong mạng MPLS

Trong mạng MPLS, mục tiêu chính là cung cấp dịch vụ IPv6 mà không làm gián đoạn dịch vụ IPv4 hiện có. Công nghệ 6VPE (IPv6 Provider Edge) cho phép các nhà cung cấp triển khai IPv6 L3 VPN trên hạ tầng MPLS IPv4 hiện tại. Điều này giúp giảm chi phí đầu tư và bảo đảm chất lượng dịch vụ (QoS) cho cả hai phiên bản IP.

II. Các công nghệ chuyển đổi IPv4 IPv6 trong MPLS

Chuyển đổi IPv4 sang IPv6 đòi hỏi các công nghệ trung gian để duy trì tính tương thích. Trong mạng MPLS, có hai loại công nghệ chính: công nghệ đường hầm (Tunneling) và công nghệ chuyển đổi (Translation). Đường hầm (Tunnel) hoạt động bằng cách đóng gói các gói tin IPv6 bên trong gói tin IPv4, cho phép chúng di chuyển qua hạ tầng IPv4 mà không cần sửa đổi. Công nghệ 6to4 tự động tạo các đường hầm giữa các mạng IPv6 qua internet IPv4. Công nghệ Dual Stack cho phép các nút mạng hỗ trợ cả IPv4 và IPv6 đồng thời, là phương pháp chuyển đổi ổn định nhất.

2.1. Công nghệ đường hầm Tunneling

Tunneling là phương pháp đóng gói (encapsulation) gói tin IPv6 vào gói tin IPv4 để truyền qua mạng IPv4. Các loại tunnel phổ biến bao gồm: Static Tunnel được cấu hình thủ công, 6to4 tự động tạo tunnel, và Tunnel Broker cung cấp dịch vụ tunnel trung gian. Phương pháp này đơn giản và không yêu cầu sửa đổi hạ tầng IPv4 hiện tại, nhưng gây overhead do header bổ sung.

2.2. Công nghệ Dual Stack và chuyển đổi

Dual Stack cho phép thiết bị chạy cả IPv4 và IPv6 cùng lúc trên cùng một giao diện mạng. Đây là phương pháp chuyển đổi dài hạn tối ưu, cho phép các ứng dụng chọn sử dụng giao thức nào. Công nghệ chuyển đổi (Translation) sử dụng NAT64/DNS64 để chuyển đổi gói tin giữa hai phiên bản IP, hữu ích khi chỉ IPv4 hoặc IPv6 khả dụng.

III. Kiến trúc MPLS và triển khai IPv6

MPLS (Multiprotocol Label Switching) là công nghệ chuyển mạch nhãn cho phép định tuyến dựa trên nhãn (Label) thay vì các bảng định tuyến truyền thống. Mạng MPLS bao gồm LSR (Label Switching Router) và LER (Label Edge Router), hoạt động trên lớp 2.5 giữa lớp 2 và lớp 3. Ưu điểm của MPLS là hỗ trợ Traffic Engineering, VPN, và QoS tốt hơn. Để triển khai IPv6 trên MPLS IPv4, công nghệ 6PE (IPv6 Provider Edge) sử dụng nhãn MPLS để vận chuyển lưu lượng IPv6 qua mạng MPLS IPv4. 6VPE mở rộng khả năng này để hỗ trợ IPv6 L3 VPN, cho phép các nhà cung cấp cung cấp dịch vụ VPN IPv6 cho khách hàng.

3.1. Các thành phần và khái niệm cơ bản MPLS

LSR (Label Switching Router) là các nút chuyển mạch nhãn trong mạng, quyết định đường đi dựa trên nhãn MPLS. LER (Label Edge Router) là các nút biên thêm hoặc loại bỏ nhãn. FEC (Forwarding Equivalence Class) định nghĩa các gói tin được xử lý giống nhau. LSP (Label Switched Path) là đường đi ảo được tạo bằng các nhãn. BGP và OSPF là các giao thức định tuyến phân phối thông tin định tuyến và nhãn trong mạng MPLS.

3.2. Công nghệ 6PE và 6VPE trong MPLS IPv4

6PE cho phép PE router chuyển lưu lượng IPv6 qua mạng MPLS IPv4 bằng cách gán nhãn MPLS cho gói tin IPv6. 6VPE mở rộng 6PE để hỗ trợ IPv6 VPN, sử dụng VRF (Virtual Routing and Forwarding) để cô lập các khách hàng VPN IPv6. Điều này cho phép nhà cung cấp cung cấp dịch vụ IPv6 L3 VPN với chất lượng dịch vụ (QoS) và bảo mật tương tự IPv4.

IV. Triển khai thực tế IPv6 trên MPLS IPv4

Triển khai thực tế IPv6 trên mạng MPLS IPv4 bao gồm nhiều bước: quy hoạch địa chỉ, cấu hình thiết bị, và kiểm tra dịch vụ. Đầu tiên, cần lập kế hoạch địa chỉ IPv6 cho các PE router, CE router, và khách hàng. Tiếp theo, cấu hình VRF trên PE router để tách lưu lượng IPv6 của các khách hàng khác nhau. Giao thức LDP (Label Distribution Protocol) và CR-LDP được sử dụng để phân phối nhãn MPLS. Sau cấu hình, cần kiểm tra chức năng: Dual Stack trên BRAS (Broadband Remote Access Server), định tuyến tĩnh giữa CE và PE, và End-to-End connectivity cho dịch vụ IPv6 L3 VPN. Cuối cùng, kiểm tra QoS đảm bảo dịch vụ IPv6 có chất lượng tương đương IPv4.

4.1. Quy hoạch và cấu hình hạ tầng

Quy hoạch địa chỉ IPv6 cần xác định prefix cho mạng Core, PE, và khách hàng. Sử dụng địa chỉ Global Unicast cho kết nối công cộng và Link-Local cho kết nối trực tiếp. Cấu hình VRF trên PE router định nghĩa bảng định tuyến riêng cho mỗi VPN khách hàng. Giao thức OSPF hoặc BGP được cấu hình để phân phối định tuyến IPv6 trong VRF. LSP được tạo qua LDP để vận chuyển lưu lượng IPv6 trong mạng.

4.2. Kiểm tra dịch vụ và đảm bảo chất lượng

Kiểm tra Dual Stack xác nhận BRAS hỗ trợ cả IPv4 và IPv6, cấp phát địa chỉ IPv6 qua DHCP. Kiểm tra định tuyến tĩnh giữa CE và PE để xác minh kết nối End-to-End. Kiểm tra IPv6 L3 VPN đảm bảo khách hàng VPN có thể truyền thông qua mạng Provider. Kiểm tra QoS sử dụng DSCP (Differentiated Services Code Point) để phân loại lưu lượng và bảo đảm băng thông cho dịch vụ ưu tiên.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOL Nguyén Viét Duong TRIEN KHALI IPV6 TREN NEN IPV4, UNG DUNG TRONG MANG [P-MPLS Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông LUAN VAN THAG 8¥ KHOA HOC Kỹ thuật truyền thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Hoàng Mạnh Thăng Hà Nội — 4/2013 MỤC LỤC MUC LUC. LOI CAM DOAN DANH MỤC CÁC CHỮ LOI MG DAU. CHUONG 1: TONG QUAN VE THE HE DIA CHI IPvs.

11 TÀI NGUYÊN ĐỊA CHỈIP. Sự cạn kiệt về số lượng địa chỉ IPv4. Mục tiêu trong phát triển thế hệ địa chỉ IPv6 - - 12 1. CÁC BIÊUDIỄNĐỊA CHỈIPV6.

Cách biểu điễn. Cấu trúu oũa một địa chỉ TPv6.3, Định danh giao diện trong dịa chí IĐ6. CÁC DẠNG DỊA CHỈIPV6 16 1. Khái quát chìng vẻ phân loại địa chỉ Iv6 - - 16 1.2, Địa chí UniCast.

Dịa chí Anycast 21 1.4, Dita chi Multicast. láng tóm tắt các dạng địa chỉ IPV6. CÁC ĐẶC TỈNH CÚA ĐỊA CHÍIPv6 235 1. Khái quát chưng.2, Chất lương địch vụ Qo§ trong thể hệ địa chỉ IPv6.

Bao mat trong thế hệ địa chỉ IPvó 29 CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHAP CHUVEN DOT HA TANG IPV4 -IPV6.2 TÔNGQUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN ĐÔI IPV4-IPV6. Công nghệ đường hằm. Công nghệ chuyển đổi. MOT 80 CONG NGHE DUONG HAM 34 2.

Cấu hình bằng lay đường hãm. Ttưnnel läroer,. Công nghệ đường ham 6to4 - - - 39 CHUONG 3: TONG QUAN VE MPLS.1 CÁCTHÀNHPHÄNCỦA MPLS.11 Khái quát MPLS. Các khái niệm cơ bản của mạng MPLS - 44 3.

QUÁ TRÌNH XỬ LÝ CƠ HẢN CỦA MPLR. PHAN BIBT CHUYRN MACH NHAN VA CHUYEN MACH THONG THUONG. H H HH HH HH HH hư rà, tessa AD 3. MÔ HÌNH CHUYỂN GÓI TIN TRONG MELS.

ViDU VR CHUYEN GOI TIN TRONG MPLS - - 30 3. GIÁO THÚỨC BẢO HIỆU CHO MPLS (MPLS SIGNALING PROTOCOL). GIAO THUC PHAN PHOI NHAN (LDP).8,GLAO THUC PHAN PHO! NHAN DUA TREN RANG BUỘC (CR-LDP).64 CHƯƠNG 4: MÔ PHÒNG DICU VY CHAY TREN NEN IPV4MPLS. 41, DANHSÁCHCÁC THIẾT BỊ VÀ QUY HOẠCH ĐỊA CHIP CHO CAG ki ibát i09) xe: cm.

Danh sách các thiết bị. Quy hoạch địa chỉ TP các thiết bị lương ứng 70 4. CÁC HÀI TEST THỨ NGHIỆM IPV6 CHO CÁC DỊCH VỤ. Chức năng 6PE các thực thế trên lớp Core: PE, RR & AAER 71 4.

Kiểm tra chức trăng Dual staok và DHCP TPv6 trên BRAS 72 43, THỨ NGHIỆM DỊCH VỤ 1PV6 L3 VPN TRÊN LAB CỦA VIN. Khai báo VRF theo công nghệ 6VPE trên PE để định Luyến lĩnh với CBee 01 nọ nản HH0 H0 HH. Dịnh tuyển tĩnh với nhiều Site khách hàng qua VRI' theo công nghệ 6VPE trên PE 75 Hình 4. Mô hình thực thé TP Core.

Mô hình kiểm tra chức năng Dual stack va DUCP IPv6 Heo TY trên BRAS - - - 72 Tình 4. Mô hình kiểm tra khai bao VRF thea công nghệ 6VPE trén PE để định tuyến tĩnh với CH. Mô hình liếm tra khả năng, định tuyển tĩnh với nhiễu Sites khách hàng qua VRF theo công nghệ 6VPE trên PE - - 76 Hình 4. Mô hình kiểm tra khả năng định tuyển qua miền MPLS 1Pv4 theo công, nnghệ 6VPE trên FE không sử dụng RE - T77 Hình 4.

Mô hình Định tuyến qua miền MPLS IPv4 theo công nghệ 6VPE trên PE sử dụng RR. Mô hình kiếm tra khả nắng cúng cấp địch vụ End-lo-End cho TPvể T.3 VPN trién khai theo công nghệ 6VPH.oocoocc0ccreererercee ae, Tĩnh 4. Mô hình kiểm tra khả năng đâm bảo Qo5 cho dịch vụ IPv6 L3 VPN theo công nghệ 6VDE. Mô hình Kiểm tra Khả năng mở rộng dịch vụ IPv6 L3 VPN theo kỹ thuật Baek-te-Back VRTr 86 Tình 4.

Mô hình Kiểm tra khả năng mở diện Telnet ir CE uti PR theo dich vu h 25-06. Mô hình thực thé TP Core. Mô hình kiểm tra chức năng Dual stack va DUCP IPv6 Heo TY trên BRAS - - - 72 Tình 4. Mô hình kiểm tra khai bao VRF thea công nghệ 6VPE trén PE để định tuyến tĩnh với CH.

Mô hình liếm tra khả năng, định tuyển tĩnh với nhiễu Sites khách hàng qua VRF theo công nghệ 6VPE trên PE - - 76 Hình 4. Mô hình kiểm tra khả năng định tuyển qua miền MPLS 1Pv4 theo công, nnghệ 6VPE trên FE không sử dụng RE - T77 Hình 4. Mô hình Định tuyến qua miền MPLS IPv4 theo công nghệ 6VPE trên PE sử dụng RR. Mô hình kiếm tra khả nắng cúng cấp địch vụ End-lo-End cho TPvể T.3 VPN trién khai theo công nghệ 6VPH.oocoocc0ccreererercee ae, Tĩnh 4.

Mô hình kiểm tra khả năng đâm bảo Qo5 cho dịch vụ IPv6 L3 VPN theo công nghệ 6VDE. Mô hình Kiểm tra Khả năng mở rộng dịch vụ IPv6 L3 VPN theo kỹ thuật Baek-te-Back VRTr 86 Tình 4. Mô hình Kiểm tra khả năng mở diện Telnet ir CE uti PR theo dich vu h 25-06. Dinh Layén qua mién MPLS TPv4 theo công nghệ 6VPE trêu PE không sứ dụng RR.

Định tuyến qua miễn MPLS IPv4 theo công nghệ 6VPE trên PE sử dụng, RR - - - - 79 4. Khả năng cung cấp địch vụ Ind-to-Tinẻ cho IPv6 L3 VEN theo công nghệ 6VPE - - - - 81 4. Khả năng dim bảo Qo8 cho địch vụ TPv6 T3 VPN theo công nghệ 6VPH. Khả năng mở rộng dịch vụ TPv6 1.3 VPN theo kỹ thuật Bac] VRE.8, Kha ning mé phién Telnet tit CL toi PL theo dich vy LPv6 L3 VPN.

Kết luận - - - - 89 KET LUAN. TẢI LIỆU THAM KHẢO. DANH MIC HỈÌNH VẼ linh 1.1: Cầu trúc chưng địa ebi IP%6. Câu trúc địa chỉ Link — loeal Tình 1.

Cấu trúc địa chỉ Site — local THỉnh 1. Cầu trúc địa chỉ Global Ưnicast.5 Câu trúc địa chỉ Multicast Tình 1. Cấu trúc header dịa chỉ TPvố. Công nghệ Dual Staok.

Công nghệ đường hầm. 3 Công nghệ chuyén dii.4, Céng nghé ‘Tunnel Broker. M6 hinh tunnel Broker Hình 2.6, Dang dia chí IPv6 dủng trong Tuanel 6to5. Các thành phần của Tunnel 6to4.- co co an vente Hình 3.

Câu trúc nhãn trong MPLS Hình 3. Ngăn xếp nhãn trong MIPLS.---- co sec Tlinh 3. Một mô hình trung ch yên lưu Hinh 3. Qua trình xử lý cơ bản của MPI8.

Mô hình chuyển gói tin trong MPLS. Gan FEC vao nhan Hinh 3. Chuyển tiếp nhấn Hình 3. Gỡ bố nhấn MPLä ở LSR lỗi ra.

Thủ tục phat hién LSR lan cận. Khudn dang cac ban tin LDP Hình 3. Quá trình xây dựng một L§P. Vỉ dụ vẻ việc phân phối nhãn.- on vn svves Hình 4.1: Mô hình thử nghiệm chưng Hình 4.

Mô hình thực thé TP Core. Mô hình kiểm tra chức năng Dual stack va DUCP IPv6 Heo TY trên BRAS - - - 72 Tình 4. Mô hình kiểm tra khai bao VRF thea công nghệ 6VPE trén PE để định tuyến tĩnh với CH. Mô hình liếm tra khả năng, định tuyển tĩnh với nhiễu Sites khách hàng qua VRF theo công nghệ 6VPE trên PE - - 76 Hình 4.

Mô hình kiểm tra khả năng định tuyển qua miền MPLS 1Pv4 theo công, nnghệ 6VPE trên FE không sử dụng RE - T77 Hình 4. Mô hình Định tuyến qua miền MPLS IPv4 theo công nghệ 6VPE trên PE sử dụng RR. Mô hình kiếm tra khả nắng cúng cấp địch vụ End-lo-End cho TPvể T.3 VPN trién khai theo công nghệ 6VPH.oocoocc0ccreererercee ae, Tĩnh 4. Mô hình kiểm tra khả năng đâm bảo Qo5 cho dịch vụ IPv6 L3 VPN theo công nghệ 6VDE.

Mô hình Kiểm tra Khả năng mở rộng dịch vụ IPv6 L3 VPN theo kỹ thuật Baek-te-Back VRTr 86 Tình 4. Mô hình Kiểm tra khả năng mở diện Telnet ir CE uti PR theo dich vu h 25-06. DARH MỤC CÁC CHỮ VIỆT TẮT 108 Inier-work Operating System IP Internet Protocol TCP Transmission Control Protocol LSA Link State Algorithm CSPF Constrained Shorsters Path First LAN Local Area Network FEC Label Forwading Equivalence ISP Internet Service Provider ASBR Autonomous System Boundary Router AS — Autonomous System RIP Routing Information Protocol BGP Border Gateway IGRP Interior Gateway Routing Protoicol OSP Open Shorst Path First EIGRP = Enhanced Interior Gateway Protocol LER Label Edge Router NGN Nexi (enaralion Nehuork TSR Label Switching Router VLSM — Variahle Length Subnet Masking SPF Shorts Path First EGP Exterior Gateway Protocol AD Administrative Distance CSNP Complete Sequence Number Packet DIS Designated System CLNP = Connectionless Network Pratocol ES End System MTU Maximum Transmision Unit NET Nebvork Entity Title CLNS = Connectionless Netwok Service NSE Network Selector NSAP = Network Service Access Point PDU = Protocol Data Unit PSNP Partial Sequence Number Packet Is intermediate Sytem LDP Label Distrubution Protocol RR Rouier Reflector TBGP Interior Border Gateway Protacol PDU Protocol Data Unit ARP Address Resolution Protocol SP Link State PRU ICMP Internet Protocol Message Protocol LSP = Lable Switch Path EBGP = Exterior Border Gateway Protocol MED Multi Exit Dise RSVP Resource ReserVation Protocol P Provider Router MPLS — Multi Protocol Label Switch TE Traffic Engineering IGP Inlerior Gateway Protocol PE Provider Edge Rouier LYIB Label forwarding information base MO PAU Ly do chon dé tai Địa chỉ của cáo máy tính trên Internet hiện nay đang được đánh sẻ theo thé hé dia chỉ phiến bản 4 (TPv4) gồm 32 bit. Trên lý thuyết, không gian TPv4 baa goin hon 4 tỉ địa chỉ (thực tế thì it hon).

Tuy nhiền đúng trước sự phát triển mạnh mẽ về số lượng các thiết bị trên mạng lưới thì xây ra nguy co thiếu hụt không gian địa chỉ TPv4, cùng với những hạn chế trong công nghệ và những nhược d ủa TPv4 di thúc đây sự ra đời của một thể hệ địa chí Internet mởi IPv6. LPv6 được thiết kế với try vọng khắc phục những bạn chế vẫn có của địa chữ TPv4 như bị bạn chế về không, gian dịa chỉ, câu trúc dịnh tuyển và bảo mật, dòng thời dem lại những đặc tỉnh mới thỏa mãn các nhu cầu dịch vụ của thé hệ mạng mới như khá năng tự động câu hình. Tà không cân hỗ trợ của máy chi DHCP, eau trúc định tuyển tốt hơn, tiỗ tre 161 hon multicast, hỗ trợ bảo mật và cho di động tốt hơn. Đề có thé dua IPV6 vao trong img đụng cho các địch vụ với mục đích cao nhất là mang đến cho các khách hàng và người đủng hiện nay, đề tài: “Triển khai IPuố rên nén IPv4, ứng đựng tong mạng 1P-MPLS” dược lựa chọn đề nghiền cửu.

Tịch sử nghiên cứu TDv6 được nghiên cứu, phát triển từ lâu (lis 1998 da TRTF - Internet Engmecring Task Foree, chính thúc được LANA ủy thác vào giữa tháng 7/1999) nhưng việc đưa vào ứng, đựng thục tế khá chậm chạm.