Luận văn

Tổng quan về IPv6 và triển
khai IPv6 trên cơ sở hạ tầng
mạng IPv4 Khóa Luận Tốt Nghiệp – Ngành Kỹ Thuật Mạng
2011

Nguyễn Thanh Long – K13TMT
Khoa CNTT – Trƣờng Đại học Duy Tân
1
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ 3
DANH MỤC BẢNG BIỂU 5
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6
MỞ ĐẦU 8
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỊA CHỈ IPv6 9
1.1 Nguyên nhân phát triển IPv6 10
1.2 Những giới hạn của IPv4 11
1.3 Vấn đề quản lý địa chỉ IPv4 12
1.4 Kiến trúc của IPv6 13
1.4.1 Tăng kích thƣớc của tầm địa chỉ 13
1.4.2 Sự phân cấp địa chỉ toàn cầu 14
1.4.3 Một số tính năng mới nổi trội hơn so với IPv4 16
1.5 So sánh Header của IPv4 và IPv6 20
1.6 Định nghĩa cách biểu diễn địa chỉ IPv6 24

2.5 OSPFv3 cho IPv6 53
2.5.1 Hoạt động của OSPFv3 54
2.5.2 So sánh OSPFv3 và OSPFv2 55
2.5.3 Gói tin LSA cho IPv6 57
2.5.4 Cấu hình OSPFv3 trên thiết bị Cisco 58
2.6 Giới thiệu các cơ chế chuyển đổi giữa IPv4 và IPv6 63
2.6.1 Dual Stack 64
2.6.2 Tunneling 65
2.6.3 NAT-PT 68
CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MẠNG IPv6 71
3.1 Cài đặt và cấu hình trên GNS3 72
3.2 Lab 1 – Cấu hình OSPFv3 cho IPv6 73
3.3 Lab 2 – Manual IPv6 Tunnel 79
3.4 Lab 3 – Cấu hình 6to4 tunnel kết hợp định tuyến tĩnh 83
KẾT LUẬN 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

Khóa Luận Tốt Nghiệp – Ngành Kỹ Thuật Mạng
2011

Nguyễn Thanh Long – K13TMT
Khoa CNTT – Trƣờng Đại học Duy Tân
3
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sự cạn kiệt IPv4 qua các năm. 10
Hình 1.2 Thế giới sẵn sàng cho IPv6. 11
Hình 1.3 Số Bits trong IPv4 so với IPv6. 13
Hình 1.4 Khác nhau cơ bản giữa IPv4 và IPv6. 14
Hình 1.5 Kiến trúc quản lý việc cấp phát địa chỉ IPv6 lúc đầu. 15
Hình 1.6 Kiến trúc quản lý việc cấp phát địa chỉ IPv6 hiện nay. 15

Hình 2.11 IPv6 prefix RTE. 50
Hình 2.12 Cấu trúc phân cấp trong OSPFv3. 54
Hình 2.13 OSPFv3 LSA header và OSPFv2 LSA header. 57
Hình 2.14 OSPFv3 LSA header. 57
Hình 2.15 Mô hình OSPFv3 đa vùng cơ bản. 61
Hình 2.16 Sự chuyển đổi giữa mạng IPv4 và IPv6. 63
Hình 2.17 Mô hình Dual-stack. 64
Hình 2.18 Dual-stack trong Windows. 64
Hình 2.19 Dual-stack trong Cisco. 65
Hình 2.20 Công nghệ tunneling. 65
Hình 2.21 Mô hình 6to4 tunneling. 67
Hình 2.22 Cấu trúc địa chỉ IPv6 6to4. 67
Hình 2.23 Mô hình Tunnel Broker. 68
Hình 2.24 Công nghệ NAT-PT. 69
Hình 3.1 Giao diện chƣơng trình GNS3. 72
Hình 3.2 Mô hình Lab 1 – OSPFv3. 73
Hình 3.3 Mô hình Lab 2 – Manual IPv6 Tunnel. 79
Hình 3.4 Mô hình Lab 3 – 6to4 Tunnel. 83

Khóa Luận Tốt Nghiệp – Ngành Kỹ Thuật Mạng
2011

Nguyễn Thanh Long – K13TMT
Khoa CNTT – Trƣờng Đại học Duy Tân
5
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Bảng đặc tả cấp phát địa chỉ IPv6 trên toàn cầu. 16
Bảng 1.2 Ví dụ về địa chỉ IPv6 Multicast. 29
Bảng 1.3 Bảng mô tả các loại địa chỉ IPv6 Multicast. 29
Bảng 1.4 Bảng thống kê các dạng địa chỉ IPv6. 34

DHCP
Dynamic Host Configuration Protocol
DR
Designated Router
EIGRP
Enhanced Interrior Gateway Routing Protocol
ESP
Encapsulating Security Payload
EUI
Extended Universal Identifier
FP
Format Prefix
GNS
Graphical Network Simulator
GRU
Globally Routable Unicast
IANA
Internet Assigned Numbers Authority
ID
Identifier
IETF
Internet Engineering Task Force
IPv4
Internet Protocol version 4
IPv6
Internet Protocol version 6
IS-IS
Intermediate System to Intermediate System
ISP
Internet Service Provider

RIPng
Routing Information Protocol next generation
RIR
Regional Internet Registry
SLA
Site Level Aggregator
SPF
Shortest Path First
TLA
Top Level Aggregate
VNNIC
Viet Nam Network Information Center

Khóa Luận Tốt Nghiệp – Ngành Kỹ Thuật Mạng
2011

Nguyễn Thanh Long – K13TMT
Khoa CNTT – Trƣờng Đại học Duy Tân
8
MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn đề tài
Với tiền thân là mạng ARPANET, ngày nay mạng INTERNET đã phát triển
với tốc độ nhanh chóng và trở thành mạng lớn nhất trên thế giới. Các dịch vụ trên
Internet không ngừng phát triển, cơ sở hạ tầng mạng đƣợc nâng cao về băng thông và
chất lƣợng dịch vụ. Chính vì vậy, nhu cầu về địa chỉ IP ngày càng lớn, thế hệ địa chỉ
Internet đầu tiên là IPv4, sẽ không thể đáp ứng nổi sự phát triển của mạng Internet
toàn cầu trong tƣơng lai. Do đó, một thế hệ địa chỉ Internet mới sẽ đƣợc triển khai để
bắt kịp, đáp ứng và thúc đẩy mạng lƣới toàn cầu tiến sang một giai đoạn phát triển
mới. Chính vì lý do cấp thiết chuyển sang sử dụng “IPv6”, nên tôi đã chọn vấn đề này
để nghiên cứu và làm đề tài khóa luận tốt nghiệp.

khối địa chỉ IPv4 cuối cùng cho các nhà cấp phát địa chỉ Internet khu vực (RIR). Điều
đó không có nghĩa mọi thứ trên thế giới đã chấm dứt, cũng không có nghĩa Internet đã
đến ngày tận thế. Địa chỉ IPv6 là sẽ là phiên bản thế hệ tiếp theo Internet. Đây là
phiên bản thiết kế nhằm khác phục những hạn chế của giao thức IPv4 và bổ sung
những tính năng mới cần thiết trong hoạt động và dịch vụ mạng thế hệ sau.
Chương 1 của khóa luận gồm những nội dung chính sau :
 Các giới hạn của địa chỉ IPv4 và nguyên nhân phát triển địa chỉ IPv6.
 Cấu trúc của địa chỉ IPv6.
 Cách biểu diễn địa chỉ IPv6.
 Các dạng địa chỉ của IPv6.

Khóa Luận Tốt Nghiệp – Ngành Kỹ Thuật Mạng
2011

Nguyễn Thanh Long – K13TMT
Khoa CNTT – Trƣờng Đại học Duy Tân
10
1.1 Nguyên nhân phát triển IPv6
Năm 1973, TCP/IP đƣợc giới thiệu và ứng dụng vào mạng ARPANET. Vào
thời điểm đó, mạng ARPANET chỉ có khoảng 250 Site kết nối với nhau, với khoảng
750 máy tính. Internet đã và đang phát triển với tốc độ khủng khiếp, đến nay đã có
hơn 60 triệu ngƣời dùng trên toàn thế giới. Theo tính toán của giới chuyên môn, mạng
Internet hiện nay đang kết nối hàng trăm ngàn Site với nhau, với hàng trăm triệu máy
tính. Trong tƣơng lai không xa, những con số này không chỉ dừng lại ở đó. Sự phát
triển nhanh chóng này đòi hỏi phải kèm theo sự mở rộng, nâng cấp không ngừng của
cơ sở hạ tầng mạng và công nghệ sử dụng.

Hình 1.1 Sự cạn kiệt IPv4 qua các năm.
Bƣớc sang những năm đầu của thế kỷ XXI, ứng dụng của Internet phát triển
nhằm cung cấp dịch vụ cho ngƣời dùng trên các thiết bị mới ra đời: Notebook,

đó (số lƣợng địa chỉ IPv4). Địa chỉ IPv4 đƣợc chia thành 5 lớp A, B, C, D. 3 lớp đầu
tiên đƣợc sử dụng phổ biến nhất. Các lớp địa chỉ này khác nhau ở số lƣợng các bit
dùng để định nghĩa Network ID.
Ví dụ: Địa chỉ lớp B có 16 bit đầu dành để định nghĩa Network ID và 16 bit
Khóa Luận Tốt Nghiệp – Ngành Kỹ Thuật Mạng
2011

Nguyễn Thanh Long – K13TMT
Khoa CNTT – Trƣờng Đại học Duy Tân
12
cuối cùng dành cho Host ID. Trong khi địa chỉ lớp C có 21 bit dành để định nghĩa
Network ID và 8 bit còn lại dành cho Host ID… Do đó, dung lƣợng của các lớp địa
chỉ này khác nhau.
1.3 Vấn đề quản lý địa chỉ IPv4
Bên cạnh những giới hạn đã nêu ở trên, mô hình này còn có một hạn chế nữa
chính là sự thất thoát địa chỉ nếu sử dụng các lớp địa chỉ không hiệu quả. Mặc dù
lƣợng địa chỉ IPv4 hiện nay có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng trên thế giới, nhƣng cách
thức phân bổ địa chỉ IPv4 không thực hiện đƣợc chuyện đó.
Ví dụ: một tổ chức có nhu cầu triển khai mạng với số lƣợng Host khoảng 300.
Để phân địa chỉ IPv4 cho tổ chức này, ngƣời ta dùng địa chỉ lớp B. Tuy nhiên, địa chỉ
lớp B có thể dùng để gán cho 65536 Host. Dùng địa chỉ lớp B cho tổ chức này làm
thừa hơn 65000 địa chỉ. Các tổ chức khác sẽ không thể nào sử dụng khoảng địa chỉ
này. Đây là điều hết sức lãng phí.
Trong những năm 1990, kỹ thuật Classless Inter-Domain Routing (CIDR) đƣợc
xây dựng dựa trên khái niệm mặt nạ địa chỉ (address mask). CIDR đã tạm thời khắc
phục đƣợc những vấn đề nêu trên. Khía cạnh tổ chức mang tính phân cấp
(Hierachical) của CIDR đã cải tiến khả năng mở rộng của IPv4. Phƣơng pháp này
giúp hạn chế ảnh hƣởng của cấu trúc phân lớp địa chỉ IPv4. Phƣơng pháp này cho
phép phân bổ địa chỉ IPv4 linh động hơn nhờ vào subnet mask. Độ dài của Network
ID vào Host ID phụ thuộc vào số bit 1 của subnet mask, do đó, dung lƣợng của địa chỉ

IPv6 đã lƣợt bỏ một số chức năng cũ và thêm vào những chức năng mới tốt hơn.
Ngoài ra IPv6 còn có nhiều đặc điểm hoàn toàn mới.
1.4.1 Tăng kích thƣớc của tầm địa chỉ

Hình 1.3 Số Bits trong IPv4 so với IPv6.
Một so sánh thú vị là nếu nói IPv4 là một trái banh golf thì IPv6 là một mặt trời.
IPv6 sử dụng 128 bit địa chỉ, tăng gấp 4 lần số bit so với IPv4 (32bit). Nghĩa là
trong khi IPv4 chỉ có 2
32
~ 4,3 tỷ địa chỉ, thì IPv6 có tới 2
128
~ 3,4 * 10
38
địa chỉ IP.
Gấp 2
96
lần so với địa chỉ IPv4. Với số địa chỉ của IPv6 nếu rãi đều trên bề mặt trái đất
(diện tích bề mặt trái đất là 511263 tỷ mét vuông) thì mỗi mét vuông có khoảng
665.570 tỷ tỷ địa chỉ.
Khóa Luận Tốt Nghiệp – Ngành Kỹ Thuật Mạng
2011

Nguyễn Thanh Long – K13TMT
Khoa CNTT – Trƣờng Đại học Duy Tân
14

Hình 1.4 Khác nhau cơ bản giữa IPv4 và IPv6.
Địa chỉ IPv6 đƣợc biểu diễn bởi ký tự Hexa với tổng cộng 8 Octet. Mỗi Octet
chứa 4 ký tự Hexa tƣơng ứng với 16 bit nhị phân. Dấu hai chấm ngăn cách giữa các
octet.

b) Phân cấp địa chỉ hiện nay
Địa chỉ IPv6 sử dụng một giải pháp gọi là prefix (tiền tố) để phân cấp một địa
chỉ thành các khối xác định.

Hình 1.6 Kiến trúc quản lý việc cấp phát địa chỉ IPv6 hiện nay.
Địa chỉ IPv6 hiện nay do tổ chức cấp phát địa chỉ Internet quốc tế IANA cấp
phát. Bảng 1.1 mô tả chi tiết việc cấp phát địa chỉ IPv6 theo prefix.

Khóa Luận Tốt Nghiệp – Ngành Kỹ Thuật Mạng
2011

Nguyễn Thanh Long – K13TMT
Khoa CNTT – Trƣờng Đại học Duy Tân
16
Bảng 1.1 Bảng đặc tả cấp phát địa chỉ IPv6 trên toàn cầu.
Prefix
Số bit
Chức năng
/3
3 bit
Luôn là 001 đƣợc dành cho các địa chỉ khả định tuyến toàn cầu
(Globally Routable Unicast –GRU).
/23
20 bit
Xác định cấp cao nhất là tổ chức IANA. IANA phân phối tiếp
cho 5 RIR - tổ chức cấp khu vực cấp phát địa chỉ IP, bao gồm:
AfriNIC (Châu Phi), ARIN (Bắc Mỹ và Caribe), APNIC (Châu
Á Thái Bình Dƣơng), RIPE (Châu Âu, Trung Đông và Trung
Á).
/32

Nguyễn Thanh Long – K13TMT
Khoa CNTT – Trƣờng Đại học Duy Tân
17
cần bất kỳ một thiết lập thủ công nào khác.
 Hiệu suất cao hơn.
Với IPv4 có sử dụng private address để tránh hết địa chỉ. Do đó, xuất hiện kỹ
thuật NAT để chuyển đổi địa chỉ, dẫn đến tăng Overhead cho gói tin. Trong IPv6 do
không thiếu địa chỉ nên không cần đến private address, do đó NAT đƣợc loại bỏ 
Giảm đƣợc thời gian xử lý Header, giảm Overhead vì chuyển dịch địa chỉ.
Giảm đƣợc thời gian xử lý định tuyến: nhiều khối địa chỉ IPv4 đƣợc phân phát
cho các user nhƣng lại không tóm tắt đƣợc, nên phải cần các entry trong bảng định
tuyến làm tăng kích thƣớc của bảng định tuyến và thêm Overhead cho quá trình định
tuyến. Ngƣợc lại, các địa chỉ IPv6 đƣợc cấp phát qua các ISP theo một kiểu phân cấp
địa chỉ giúp giảm đƣợc Overhead.
Trong IPv4 sử dụng nhiều Broadcast nhƣ ARP Request, trong khi IPv6 sử dụng
Neighbor Discovery Protocol để thực hiện chức năng tƣơng tự trong quá trình tự cấu
hình mà không cần sử dụng Broadcast. Bên cạnh đó, Multicast có giới hạn trong IPv6,
một địa chỉ Multicast có chứa một trƣờng scope (phạm vi) có thể hạn chế các gói tin
Multicast trong các node, trong các link, hay trong một tổ chức.
 Hỗ trợ tốt tính năng di động.
Tính di động (Mobility) là một tính năng rất quan trọng trong hệ thống mạng
ngày nay. Mobile IP là một tiêu chuẩn của IETF cho cả IPv4 và IPv6. Mobile IP cho
phép thiết bị di chuyển mà không bị đứt kết nối, vẫn duy trì đƣợc kết nối hiện tại.
Trong IPv4, mobile IP là một tính năng mới cần phải đƣợc thêm vào nếu cần sử dụng.
Ngƣợc lại với IPv6, tính di động đƣợc tích hợp sẵn, có nghĩa là bất kỳ node IPv6 nào
cũng có thể sử dụng đƣợc khi cần thiết.
Khóa Luận Tốt Nghiệp – Ngành Kỹ Thuật Mạng
2011

Nguyễn Thanh Long – K13TMT

Việc tổng hợp địa chỉ sẽ làm cho bảng định tuyến gọn hơn và khả năng mở
rộng định tuyến nhiều hơn trên các Router. Dẫn đến sự mở rộng hơn các chức năng
mạng nhƣ tối ƣu hóa băng thông và tăng thông lƣợng sử dụng để kết nối đƣợc tới
nhiều hơn các thiết bị và dịch vụ trên mạng nhƣ: VoIP, tryền hình theo yêu cầu, Video
độ nét cao, ứng dụng thời gian thực, game-online, học tập hay hội thảo qua mạng…
 Đánh số lại thiết bị IPv6 (Renumbering)
Đánh số lại mạng IPv4 là điều những nhà quản trị rất quan ngại. Nó ảnh hƣởng
tới hoạt động mạng lƣới và tiêu tốn nhân lực cấu hình lại thông tin cho thiết bị trên
mạng.
Địa chỉ IPv6 đƣợc thiết kế có một cách thức đánh số lại mạng một cách dễ
dàng hơn. Một địa chỉ IPv6 gán cho node sẽ có hai trạng thái, đó là “còn đƣợc sử dụng
- preferred” và “loại bỏ - deprecated” tùy theo thời gian sống của địa chỉ đó. Máy tính
luôn cố gắng sử dụng các địa chỉ có trạng thái “còn đƣợc sử dụng”. Thời gian sống
của địa chỉ đƣợc thiết lập từ thông tin quảng bá của router. Do vậy, các máy tính trên
mạng IPv6 có thể đƣợc đánh số lại nhờ thông báo của router đặt thời gian hết hạn có
Khóa Luận Tốt Nghiệp – Ngành Kỹ Thuật Mạng
2011

Nguyễn Thanh Long – K13TMT
Khoa CNTT – Trƣờng Đại học Duy Tân
20
thể sử dụng cho một prefix. Sau đó, router thông báo prefix mới để các máy tính tạo
lại địa chỉ IP. Trên thực tế, các máy tính có thể duy trì sử dụng địa chỉ cũ trong một
khoảng thời gian nhất định trƣớc khi xóa bỏ hoàn toàn.
1.5 So sánh Header của IPv4 và IPv6

Hình 1.9 IPv4 Header và IPv6 Header.
Header của IPv6 có 40 octet (hay độ lớn 40 byte) trái ngƣợc với 20 octet trong
IPv4. Tuy nhiên IPv6 có một số lƣợng các trƣờng ít hơn, nên giảm đƣợc thời gian xử
lý Header, tăng độ linh hoạt. Trƣờng địa chỉ lớn hơn 4 lần so với IPv4.

nhanh hơn trƣớc. Bằng cách sử dụng trƣờng này, nơi gửi gói tin hoặc thiết bị
hiện thời có thể xác định một chuỗi các gói tin, ví dụ VoIP, thành 1 dòng, và
yêu cầu dịch vụ cụ thể cho dòng đó. Ngay cả trong IPv4, một số các thiết bị
giao tiếp cũng đƣợc trang bị khả năng nhận dạng dòng lƣu lƣợng và gắn mức
ƣu tiên nhất định cho mỗi dòng. Tuy nhiên, những thiết bị này không những
kiểm tra thông tin tầng IP ví dụ địa chỉ nơi gửi và nơi nhận, mà còn phải kiểm
tra cả số port là thông tin thuộc về tầng cao hơn. Trƣờng Flow Label trong IPv6
cố gắng đặt tất cả những thông tin cần thiết vào cùng nhau và cung cấp chúng
Khóa Luận Tốt Nghiệp – Ngành Kỹ Thuật Mạng
2011

Nguyễn Thanh Long – K13TMT
Khoa CNTT – Trƣờng Đại học Duy Tân
22
tại tầng IP.
 Payload Length : Trƣờng 16 bit. Tƣơng tự trƣờng Toal Length trong IPv4, xác
định tổng kích thƣớc của gói tin IPv6 (không chứa header).
 Next Header : Trƣờng 8 bit. Trƣờng này sẽ xác định xem extension header có
tồn tại hay không, nếu không đƣợc sử dụng, header cơ bản chứa mọi thông tin
tầng IP. Nó sẽ đƣợc theo sau bởi header của tầng cao hơn, tức là header của
TCP hay UDP, và trƣờng Next Header chỉ ra loại header nào sẽ theo sau.
 Hop Limit : Trƣờng 8 bit. Trƣờng này tƣơng tự trƣờng Time to live của IPv4.
Nó có tác dụng chỉ ra số hop tối đa mà gói tin IP đƣợc đi qua. Qua mỗi hop hay
router, giá trị của trƣờng sẽ giảm đi 1.
 Source Address : Trƣờng này gồm 16 octet (hay 128 bit), định danh địa chỉ
nguồn của gói tin.
 Destination Address : Trƣờng này gồm 16 octet (hay 128 bit), định danh địa
chỉ đích của gói tin.
Ngoài ra IPv6 Header còn có thêm Extension Headers, là phần Header mở
rộng. IPv6 ứng dụng một hệ thống tách biệt các dịch vụ gia tăng khỏi các dịch vụ cơ

tƣơng ứng.
 Fragment header : Fragment header đƣợc sử dụng khi nguồn gửi gói tin IPv6
gửi đi gói tin lớn hơn Path MTU, để chỉ xem làm thế nào khôi phục lại đƣợc
gói tin từ các phân mảnh của nó. MTU (Maximum Transmission Unit) là kích
thƣớc của gói tin lớn nhất có thể gửi qua một đƣờng dẫn cụ thể nào đó. Trong
môi trƣờng mạng nhƣ Internet, băng thông hẹp giữa nguồn và đích gây ra vấn
đề nghiêm trọng. Cố gắng gửi một gói tin lớn qua một đƣờng dẫn hẹp sẽ làm
quá tải. Trong địa chỉ IPv4, mối router trên đƣờng dẫn có thể tiến hành phân
mảnh (chia) gói tin theo giá trị của MTU đặt cho mỗi interface. Tuy nhiên, chu
trình này áp đặt một gánh nặng lên router. Bởi vậy trong địa chỉ IPv6, router
không thực hiện phân mảnh gói tin (các trƣờng liên quan đến phân mảnh trong
header IPv4 đều đƣợc bỏ đi).
 Authentication and Encapsulating Security Payload header :
Authentication header (giá trị = 51) và ESP header (giá trị = 50) đƣợc sử dụng
Khóa Luận Tốt Nghiệp – Ngành Kỹ Thuật Mạng
2011

Nguyễn Thanh Long – K13TMT
Khoa CNTT – Trƣờng Đại học Duy Tân
24
trong IPSec để xác thực, đảm bảo tính toàn vẹn và tính bảo mật của 1 gói tin,
đƣợc sử dụng để xác định những thông tin liên quan đến mã hoá dữ liệu.
 Upper-layer header : Trƣờng này đƣợc xem là header quy định trƣờng ở trên
tầng IP, xác định cách thức dịch chuyển gói tin. 2 giao thức dịch chuyển chính
là TCP (giá trị = 6) và UDP (giá trị = 17).
1.6 Định nghĩa cách biểu diễn địa chỉ IPv6
1.6.1 Các quy tắc biểu diễn
128 bit của IPv6, đƣợc chia ra thành 8 Octet, mỗi Octet chiếm 2 byte (4 bit),
gồm 4 số đƣợc viết dƣới hệ cơ số Hexa, và mỗi nhóm đƣợc ngăn cách nhau bằng dấu
hai chấm.