MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ IPV6
I. Tổng quan về địa chỉ IPv6

1. Những hạn chế của IPv4
 Sự thiếu hụt địa chỉ.
 Cấu trúc định tuyến không hiệu quả.
 Hạn chế tính bảo mật và kết nối đầu cuối - đầu cuối.
Thay thế cho nguồn ipv4 cạn kiệt để tiếp nối hoạt động internet.
Khắc phục các hạn chế của ipv4.
=> Sự ra đời của IPv6.

2. Kiến trúc của IPv6
- Không gian địa chỉ: 128 Bits
2128= 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456
- So sánh header của ipv4 và ipv6

Hình 1.1. Header IPv4 và IPv6.
- So sánh IPv4 và IPv6
IPv4
Địa chỉ 32 bit
Không định dạng luồng dữ liệu
Sự phân mảnh được thực hiện tại các host và
tại router, nên khả năng thực thi của router
chậm
Có checksum header

ICMPv6
Sử dụng các mẫu tin AAA trong DNS để ánh xạ
tên host thành địa chỉ IPv6

- Trường Flow Label

 Trường hoàn toàn mới trong IPv6, có 20 bit chiều dài.
 Trường này biểu diễn luồng cho gói tin và được sử dụng trong các kỹ thuật
chuyển mạch đa lớp , nhờ đó các gói tin được chuyển mạch nhanh hơn trước.

 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.

 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. Trường Flow Label trong IPv6 cố gắng đặt tất cả những thông tin
cần thiết vào cùng nhau và cung cấp chúng tại tầng IP.
- Một số tính năng vượt trội của IPv6 so với IPv4










Đơn giản hóa việc đặt địa chỉ Host
Tự động cấu hình địa chỉ

F01

0000

0



 Trong dãy địa chỉ IPv6, nếu có các nhóm số 0 liên tiếp, có thể đơn giản các nhóm
này bằng 2 dấu :: (chỉ áp dụng khi dãy 0 liên tiếp nhau).

 Trong IPv6, chúng ta chỉ có thể sử dụng 2 dấu hai chấm một lần với địa chỉ.
Không được viết ::AB65:8952::, vì nếu viết như thế sẽ gây nhầm lần khi dịch ra
đầy đủ.
2031::130f::9c0:876a:130b
FEC0::FCB9:0067::2A4
II. Các loại địa chỉ IPv6
Có 3 loại địa chỉ IPv6:

 Unicast Address (địa chỉ đơn hướng)
 Multicast Address (địa chỉ đa hướng)
 Anycast Address (địa chỉ hướng tùy ý)
1. Unicast Address (địa chỉ đơn hướng)

Hình 1.2. Minh họa Unicast Address.

a. Global Unicast Address

5


- Octet thứ hai chỉ ra cờ (flag) và phạm vi (Scope) của địa chỉ multicast.

 Flag xác định thời gian sống của địa chỉ. Có 2 giá trị của flag :
Flag = 0 : Địa chỉ multilcast vĩnh viễn.
Flag = 1 : Địa chỉ multilcast tạm thời.

 Scope chỉ ra phạm vi hoạt động của địa chỉ. Có 7 giá trị của Scope :
Scope = 1 : Interface-local.

Scope = 5 : Site-local.

Scope = 2 : Link-local.

Scope = 8 : Organization.

Scope = 3 : Subnet-local.

Scope = E : Global.

Scope = 4 : Admin-local.

8


3. Anycast Address (địa chỉ hướng tùy ý)

Hình 1.8. Minh họa Anycast Address.

Hình 1.9. Cấu trúc Anycast Address.
One-to-nearest


Công nghệ chuyển đổi qua lại giữa các IPv4 node sang IPv6 node trong mạng
Intranet, các địa chỉ được chuyển đổi là địa chỉ dành riêng (private) IPv4 và IPv6 linklocal.

Hình 1.10. Công nghệ chuyển đổi qua lại giữa IPv4 và IPv6.

 Teredo Tunneling
Sử dụng cho các địa chỉ private IPv4, kỹ thuật này đóng gói gói tin IPv6 bên
trong các gói UDP của IPv4 để có thể được định tuyến hay đi qua các thiết bị NAT
trong mạng IPv4.

 Manual Tunnel

Hình 1.11. Maual Tunnel.
Đường hầm được cấu hình bằng tay tại các thiết bị điểm đầu và điểm cuối
đường hầm. Phương thức này có thể được áp dụng với các mạng có ít host.

 Tunnel Broker
10


Tunnel Broker là hình thức tunnel, trong đó một tổ chức đứng ra làm trung
gian, cung cấp kết nối tới Internet IPV6 cho những thành viên đăng ký sử dụng dịch
vụ Tunnel Broker do tổ chức cung cấp.

Hình 1.12. Tunnel Broker.

 NAT-PT
Giúp một thiết bị chỉ hỗ trợ IPv6 giao tiếp với một thiết bị chỉ hỗ trợ IPv4.


Nếu giao tiếp bị ngăn chặn, dữ liệu không thể đọc được.
- Toàn vẹn dữ liệu - Data integrity: Người nhận có thể xác minh các dữ liệu
được truyền qua mạng Internet mà không bị thay đổi. IPsec đảm bảo toàn vẹn dữ liệu
bằng cách sử dụng checksums (cũng được biết đến như là một giá trị băm).
- Xác thực - Authentication: Xác thực đảm bảo kết nối được thực hiện và các
đúng đối tượng. Người nhận có thể xác thực nguồn gốc của gói tin, bảo đảm, xác thực
nguồn gốc của thông tin.
- Antireply protection: xác nhận mỗi gói tin là duy nhất và không trùng lặp.
IPsec là một nền (Frame work) kết hợp giao thức bảo mật và cung cấp mạng
riêng ảo với các dữ liệu bảo mật, toàn vẹn và xác thực. Làm việc với sự tập hợp của
các chuẩn mở được thiết lập để đảm bảo sự bảo mật dữ liệu, đảm bảo tính toàn vẹn dữ
liệu, và chứng thực dữ liệu giữa các thiết bị tham gia vào mạng VPN. Các thiết bị này
có thể là các host hoặc là các security gateway (routers, firewalls, VPN
concentrator,...) hoặc là giữa 1 host và gateway như trong trường hợp remote access
VPNs.
Các giao thức chính sử dụng trong IPsec:
- IP Security Protocol (IPsec)
+ Authentication Header (AH): cung cấp tính toàn vẹn phi kết nối và chứng
thực nguồn gốc dữ liệu cho các gói dữ liệu IP và bảo vệ chống lại các cuộc tấn công
replay.
+ Encapsulation Security Protocol (ESP): cung cấp tính năng bảo mật, chứng
thực nguồn gốc dữ liệu, tính toàn vẹn phi kết nối và dịch vụ chống replay.
- Message Encryption

+ Data Encryption Standard (DES): Được phát triển bởi IBM. DES sử dụng 1 khóa 56-

bít, đảm bảo hiệu năng mã hóa cao. DES là một hệ thống mã hóa khóa đối xứng.
+ Triple DES (3DES): là một biến thể của DES 56-bít. Hoạt động tương tự như DES,
trong đó dữ liệu được chia thành các khối 64 bít. 3DES thực thi mỗi khối ba lần, mỗi
lần với một khóa 56 bít độc lập. 3DES cung cấp sức mạnh khóa đáng kể so với DES.

2. Chế độ vận hành
IPSEC có thể được hoạt động theo chế độ chuyển giao (transport mode) từ máy
chủ này đến máy chủ khác cũng như chế độ đường hầm (tunnel mode) trong mạng.
- Chế độ chuyển giao: chỉ có trọng tải (dữ liệu được truyền) của gói tin IP mới
được mã hóa và/hoặc chứng thực. Trong quá trình Routing cả IP header đều không bị
chỉnh sửa hay mã hóa. Transport mode sử dụng trong tình huống giao tiếp host to host.
- Chế độ Tunnel: Trong chế độ tunnel, toàn bộ gói tin IP sẽ được mã hóa
và/hoặc chứng thực. Sau đó nó được đóng gói vào một gói tin IP mới với tiêu đề IP
mới. Chế độ tunnel được sử dụng để tạo Virtual Private Network (mạng riêng ảo) phục
vụ cho việc liên lạc giữa các mạng, liên lạc giữa máy chủ và mạng (ví dụ như truy cập
người sử dụng từ xa), và giữa các máy chủ.

13


Hình 2.1. Chế độ hoạt động của IPsec.
II. Giao thức bảo mật IPsec trong IPv6
IP Security (IPsec) là tiêu chuẩn của IETF (Internet Engineering Task Force)
nhằm cung cấp bảo mật cho mạng Internet. IPsec đảm bảo tính toàn vẹn, xác thực và
bảo mật. IPsec được tích hợp sẵn trong IPv4 và IPv6 và được định nghĩa trong cùng
các RFC. Chức năng này chủ yếu có cả trong môi trường IPv4 và IPv6 nhưng tính
năng IPsec là bắt buộc trong IPv6. Điều này có nghĩa mọi điểm kết nối IPv6 đều phải
kích hoạt IPsec và phải luôn sử dụng tính năng này, do đó mạng Internet IPv6 được
bảo mật tốt hơn mạng Internet IPv4 cũ.
Giao thức IPsec được làm việc tại tầng Network Layer – Layer 3 của mô hình
OSI. Các giao thức bảo mật khác trên Internet như SSL, TLS và SSH được thực hiện
tại tầng Transport Layer trở lên (từ tầng 4 đến tầng 7 của mô hình OSI). Điều này tạo
ra tính mềm dẻo cho IPsec, giao thức này có thể hoạt động từ tầng 4 của TCP, UDP,
hầu hết các giao thức sử dụng tại tầng này. IPsec có một tính năng cao cấp hơn SSL và
các phương thức khác hoạt động tại các tầng trên của mô hình OSI. Với một ứng dụng

1.2.

Định dạng các trường mào đầu
Cấu trúc mào đầu của IPv6 header gồm:
- Phiên bản (Version): Gồm 4 bít được sử dụng để xác định phiên bản của giao
thức IP đang được sử dụng và nó có giá trị là 6 với IPv6.
- Phân dạng lưu lượng (Traffic Class): Gồm 8 bít thực hiện chức năng tương tự
trường Dạng dịch vụ (Type of Service) của IPv4. Trường này được sử dụng để biểu
diễn mức độ ưu tiên của gói tin, mỗi điểm kết nối IPv6 có thể đánh dấu gói tin với
từng loại dữ liệu, ví dụ gói tin nên được truyền với tốc độ nhanh hay thông thường.
- Nhãn dòng (Flow Label): Có chiều dài 20 bít, là trường mới được thiết lập
trong IPv6. Trường này được sử dụng để chỉ định gói tin thuộc một dòng (Flow) nhất
định giữa nguồn và đích, yêu cầu bộ định tuyến IPv6 phải có cách xử lý đặc biệt. Bằng
cách sử dụng trường này, nơi gửi gói tin có thể xác định một chuỗi các gói tin, ví dụ
gói tin của dịch vụ thoại VoIP thành một dòng và yêu cầu chất lượng cụ thể cho dòng
đó. Khi một router xác định dòng lưu lượng lần đầu, nó sẽ nhớ dòng lưu lượng đó,
cũng như các xử lý đặc biệt ứng với lưu lượng này, và khi các lưu lượng khác thuộc
dòng này đến, nó sẽ xử lý nhanh hơn là xử lý từng packet.
- Chiều dài tải dữ liệu (Payload Length): Gồm 16 bít, tương tự như trường total
length của IPv4, xác định tổng kích thước của gói tin IPv6 bao gồm cả phần mào đầu
mở rộng (không chứa header).
- Next header: Gồm 8 bít, thay thế trường Thủ tục (Protocol). Trường này chỉ
định đến mào đầu mở rộng đầu tiên của gói tin IPv6, đặt sau mào đầu cơ bản hoặc chỉ
định tới thủ tục lớp trên như TCP, UDP, ICMPv6 khi trong gói tin IPv6 không có mào
đầu mở rộng.
- Hop limit: Gồm 8 bít, được sử dụng để giới hạn số hop mà packet đi qua, được
sử dụng để tránh cho packet được định tuyến vòng vòng trong mạng. Trường này
giống như trường TTL (Time-To-Live) của IPv4.
- Soure Address: Gồm 128 bít, xác định địa chỉ nguồn của gói tin.
- Destination Address: Gồm 128 bít, xác định địa chỉ đích của gói tin.

mào đầu mở rộng cuối cùng sẽ có giá trị xác định mào đầu tầng cao hơn.

Hình 2.5. Next Header.
Khi gói đi từ nguồn đến đích, các trạm trung gian không được phép xử lý các
Extension Header đến khi đến trạm đích. Và việc xử lý các Header này cũng phải diễn
ra theo đúng tuần tự mà các Header sắp xếp trong gói tin IPv6. Không bao giờ được
phép xảy ra trường hợp trạm đích quét qua toàn bộ gói tin và chọn ra một Header nào
đó để xử lý trước. Trường hợp ngoại lệ là trường hợp Hop-by-hop Extension Header,
sự hiện diện của Hop-by-hop Extension Header buộc gói tin phải bị kiểm tra bởi tất cả
các trạm trung gian trên đường từ nguồn đến đích, bao gồm cả trạm nguồn và đích. Vì
vậy, Hop-by-hop Extension Header luôn phải đứng sau IPv6 Header. Sự hiện diện của
Extension Header này được chỉ thị bởi giá trị 0 trong Next-Header của IPv6 Header.
Kích thước của các Extension Header có thể tùy ý, nhưng luôn là bội số của 8 octet.
Nếu trong gói tin có chứa nhiều Extension Header, chúng được sắp xếp theo thứ tự
sau:
- IPv6 Header.
- Hop-by-Hop Options Header.
- Destination Options Header: Được xử lý bởi trạm đích đầu tiên trong IPv6
Header và những trạm còn lại được chỉ ra trong Routing Header.
- Routing Header.
- Fragment Header.
- Authentication Header.
- Encapsulating Security Payload Header.
- Mobility Header.

17


- Destination Options Header: Chỉ được xử lý bởi đích đến cuối cùng trong gói
tin.

header ở đầu ra mang địa chỉ để định tuyến qua Internet. Trong chế độ này, AH bảo vệ
toàn bộ gói tin IP bên trong, bao gồm cả IP header đầu vào.

Hình 2.8. IPsec trong chế độ Tunnel.

3. Nguyên tắc hoạt động của các giao thức bảo mật trong địa chỉ IPv6
3.1. Nguyên tắc hoạt động của AH
AH được mô tả trong RFC 4302, là một IPSec header cung cấp xác thực gói tin
và kiểm tra tính toàn vẹn. AH cho phép xác thực và kiểm tra tính toàn vẹn dữ liệu của
các gói tin IP truyền giữa 2 hệ thống. Nó là phương tiện để kiểm tra xem dữ liệu có bị
thay đổi trong khi truyền hay không. Tuy nhiên các dữ liệu đều truyền dưới dạng bản
Plaintext vì AH không cung cấp khả năng mã hóa dữ liệu.

19


Hình 2.9. Định dạng mào đầu Ipsec AH.
Định dạng AH:
- Next Header: Trường này có độ dài 8 bits để xác định mào đầu tiếp theo sau
AH. Giá trị của trường này được lựa chọn từ các tập các giá trị IP Protocol Numbers
định nghĩa bởi IANA- Internet Assigned Numbers Authority (xem chi tiết Hình 4)
- Payload Length: Trường này có độ dài 8 bits để xác định độ dài của AH không
có tải.
- Reserved: Trường này có độ dài 16 bits dành để dự trữ cho việc sử dụng trong
tương lai. Giá trị của trường này được thiết lập bằng 0 bởi bên gửi và sẽ được loại bỏ
bởi bên nhận.
- SPI (Security Parameters index): Đây là một số 32 bits bất kì, cùng với địa chỉ
đích và giao thức an ninh ESP cho phép nhận dạng duy nhất chính sách liên kết bảo
mật SA (xác định giao thức IPSec và các thuật toán nào được dùng để áp dụng cho gói
tin) cho gói dữ liệu này. Các giá trị SPI 1-255 được dành riêng để sử dụng trong tương


Hình 2.12. Mào đầu được xác thực trong chế độ IPv6 AH Tunnel.

21


Nguyên tắc hoạt động của AH gồm 4 bước:
B1: AH sẽ đem gói dữ liệu (packet) bao gồm : Payload + IP Header + Key cho
chạy qua giải thuật Hash 1 chiều và cho ra 1 chuỗi số và chuỗi số này sẽ được gán vào
AH Header.
B2: AH Header này sẽ được chèn vào giữa Payload và IP Header và chuyển
sang phía bên kia.
B3: Router đích sau khi nhận được gói tin này bao gồm: IP Header + AH
Header + Payload sẽ được cho qua giải thuật Hash một lần nữa để cho ra một chuỗi số.
B4: so sánh chuỗi số nó vừa tạo ra và chuỗi số của nó nếu giống nhau thì nó
chấp nhận gói tin.

Hình 2.13. Mô tả AH xác thực và đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu.
3.2. Nguyên tắc hoạt động của ESP
ESP Header được mô tả trong RFC 4303, cung cấp mã hóa bảo mật và toàn vẹn
dữ liệu trên mỗi điểm kết nối IPv6. ESP là một giao thức an toàn cho phép mật mã dữ
liệu, xác thực nguồn gốc dữ liệu, kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu. Khác với AH, ESP
cung cấp khả năng bí mật của thông tin thông qua việc mã hóa gói tin ở lớp IP, tất cả
các lưu lượng ESP đều được mã hóa giữa 2 hệ thống, do đó xu hướng sử dụng ESP
nhiều hơn AH trong tương lai để làm tăng tính an toàn cho dữ liệu. Sau khi đóng gói
xong bằng ESP, mọi thông tin và mã hoá và giải mã sẽ nằm trong ESP Header. Các
thuật toán mã hoá sử dụng trong giao thức như: DES, 3DES, AES. Định dạng của ESP
Header như sau:

22

mã được gói tin. Khi một đầu cuối mã hoá dữ liệu, nó sẽ chia dữ liệu thành các khối
(block) nhỏ, và sau đó thực hiện thao tác mã hoá nhiều lần sử dụng các block dữ liệu
và khóa (key). Khi một đầu cuối khác nhận được dữ liệu mã hoá, nó thực hiện giải mã
sử dụng key giống nhau và quá trình thực hiện tương tự, nhưng trong bước này ngược
với thao tác mã hoá.

Hình 2.17. Nguyên tắc hoạt động của ESP Header.

24


So sánh giữa AH và ESP:
Tính bảo mật

AH

ESP

Giao thức IP lớp 3

51

50

Toàn vẹn dữ liệu

Có

Có


Bảo vệ gói tin IP

Có

Không

Chỉ bảo vệ dữ liệu

Không

Có

3.3. Quản lý khóa
Để áp dụng hai mào đầu AH và ESP yêu cầu các bên tham gia phải thỏa thuận
một khóa chung để sử dụng trong việc kiểm tra an toàn thông tin.
- Quản lý khóa thủ công: IPv6 yêu cầu tất cả các thao tác đều có thể cho phép
thiết lập thủ công khóa bí mật. Công nghệ cấu hình bằng tay được cho phép trong
IPsec chuẩn và có thể được chấp nhận để cấu hình một hay hai gateway nhưng việc gõ
key bằng tay không thích hợp trong một số trường hợp số lượng các gateway nhiều và
cũng gây ra các vấn đề không an toàn trong quá trình tạo khóa.
- Quản lý khóa tự động.
- Internet Key Exchange (IKE) cung cấp key một cách tự động, quản lý SA hai
chiều, tạo key và quản lý key. IKE thương thuyết trong hai giai đoạn.
+ Giai đoạn 1: thương thuyết bảo mật, kênh chứng thực mà dựa trên đó hệ
thống có thể thương thuyết nhiều giao thức khác. Chúng đồng ý thuật toán mã hoá,
thuật toán hash, phương pháp chứng thực và nhóm Diffie-Hellman để trao đổi key và
thông tin.
+ Giai đoạn 2: xác định dịch vụ được sử dụng bởi IPsec. Chúng đồng ý giao
thức IPsec, thuật toán hash, và thuật toán mã hoá. Một SA được tạo ra cho inbound và
outbound của mỗi giao thức được sử dụng.