IPv6 - Hướng dẫn nhanh
Giao thức Internet phiên bản 6, là một giao thức địa chỉ mới được thiết kế để kết hợp toàn bộ loại yêu cầu của Internet trong tương lai mà chúng ta gọi là Internet phiên bản 2. Giao thức này như là IPv4 tiền nhiệm của nó, hoạt động trên Lớp mạng (Lớp-3). Cùng với việc cung cấp một lượng lớn không gian địa chỉ logic, giao thức này có rất nhiều tính năng giúp giải quyết những thiếu sót ngày nay của IPv4.
Tại sao lại có phiên bản IP mới?
Cho đến nay, IPv4 đã chứng tỏ mình là một giao thức địa chỉ có thể định tuyến mạnh mẽ và đã phục vụ con người trong nhiều thập kỷ trên cơ chế phân phối nỗ lực nhất của nó. Nó được thiết kế vào đầu những năm 80 và không có bất kỳ thay đổi lớn nào sau đó. Vào thời điểm ra đời, Internet chỉ giới hạn ở một số trường Đại học phục vụ nghiên cứu của họ và Bộ Quốc phòng. IPv4 dài 32 bit cung cấp khoảng 4.294.967.296 (2 32 ) địa chỉ. Không gian địa chỉ này được coi là quá đủ vào thời điểm đó. Dưới đây là những điểm chính đóng vai trò quan trọng trong sự ra đời của IPv6:
Internet đã phát triển theo cấp số nhân và không gian địa chỉ được IPv4 cho phép đang bão hòa. Có một yêu cầu về giao thức có thể đáp ứng nhu cầu của các địa chỉ Internet trong tương lai được cho là sẽ phát triển theo cách không mong muốn.
Việc sử dụng các tính năng như NAT, đã làm cho Internet trở nên không liên tục, tức là một phần thuộc mạng nội bộ, chủ yếu sử dụng địa chỉ IP riêng; mà phải thông qua một số cơ chế để truy cập phần khác, Internet, trên các địa chỉ IP công cộng.
Bản thân IPv4 không cung cấp bất kỳ tính năng bảo mật nào dễ bị tấn công vì dữ liệu trên Internet, là miền công cộng, không bao giờ an toàn. Dữ liệu phải được mã hóa bằng một số ứng dụng bảo mật khác trước khi được gửi trên Internet.
Ưu tiên dữ liệu trong IPv4 không được cập nhật. Mặc dù IPv4 có một số bit dành riêng cho Loại dịch vụ hoặc Chất lượng dịch vụ, nhưng chúng không cung cấp nhiều chức năng.
Máy khách hỗ trợ IPv4 có thể được định cấu hình theo cách thủ công hoặc chúng cần một số cơ chế cấu hình địa chỉ. Không có kỹ thuật nào có thể cấu hình thiết bị để có địa chỉ IP duy nhất trên toàn cầu.
Tại sao không phải là IPv5?
Cho đến nay, Giao thức Internet đã được công nhận chỉ có IPv4. Phiên bản 0 đến 3 đã được sử dụng trong khi bản thân giao thức đang trong quá trình phát triển và thử nghiệm. Vì vậy, chúng ta có thể giả định rằng rất nhiều hoạt động nền vẫn đang hoạt động trước khi đưa một giao thức vào sản xuất. Tương tự, giao thức phiên bản 5 đã được sử dụng trong khi thử nghiệm với giao thức truyền trực tuyến cho Internet. Đối với chúng tôi, nó được biết đến với cái tên Giao thức luồng Internet sử dụng Giao thức Internet số 5 để đóng gói gói dữ liệu của nó. Mặc dù nó không bao giờ được sử dụng công cộng, nhưng nó đã được sử dụng.
Đây là bảng phiên bản IP và việc sử dụng chúng:
Lược sử
Sau sự phát triển của IPv4 vào đầu những năm 80, nhóm địa chỉ IPv4 có sẵn bắt đầu giảm nhanh chóng khi nhu cầu địa chỉ tăng theo cấp số nhân cùng với Internet. Nhận thức trước tình huống có thể phát sinh IETF, vào năm 1994, đã khởi xướng việc phát triển một giao thức đánh địa chỉ để thay thế IPv4. Tiến trình của IPv6 có thể được theo dõi bằng RFC được xuất bản:
1998 - RFC 2460 - Giao thức cơ bản
2003 - RFC 2553 - API ổ cắm cơ bản
2003 - RFC 3315 - DHCPv6
2004 - RFC 3775 - IPv6 di động
2004 - RFC 3697 - Đặc điểm kỹ thuật nhãn dòng
2006 - RFC 4291 - Kiến trúc địa chỉ (sửa đổi)
2006 - RFC 4294 - Yêu cầu về nút
Ngày 06 tháng 6 năm 2012 một số gã khổng lồ Internet đã chọn đặt Máy chủ của họ trên IPv6. Hiện tại họ đang sử dụng cơ chế Dual Stack để triển khai song song IPv6 với IPv4.
IPv4 kế nhiệm không được thiết kế để tương thích ngược. Cố gắng giữ các chức năng cơ bản của địa chỉ IP, IPv6 được thiết kế lại hoàn toàn. Nó cung cấp các tính năng sau:
Larger Address Space:
Ngược lại với IPv4, IPv6 sử dụng số bit nhiều gấp 4 lần để định địa chỉ một thiết bị trên Internet. Nhiều bit bổ sung này có thể cung cấp khoảng 3,4 × 10 38 tổ hợp địa chỉ khác nhau. Địa chỉ này có thể tích lũy yêu cầu tích cực về phân bổ địa chỉ cho hầu hết mọi thứ trên thế giới này. Theo một ước tính, 1564 địa chỉ có thể được phân bổ cho mỗi mét vuông của trái đất này.
Simplified Header:
Tiêu đề của IPv6 đã được đơn giản hóa bằng cách di chuyển tất cả các thông tin và tùy chọn không cần thiết (có trong tiêu đề IPv4) đến cuối tiêu đề IPv6. Tiêu đề IPv6 chỉ lớn gấp đôi so với IPv4 với thực tế là địa chỉ IPv6 dài hơn bốn lần.
End-to-end Connectivity:
Mỗi hệ thống hiện có địa chỉ IP duy nhất và có thể truyền qua internet mà không cần sử dụng NAT hoặc các thành phần dịch khác. Sau khi IPv6 được triển khai đầy đủ, mọi máy chủ có thể kết nối trực tiếp với máy chủ khác trên Internet, với một số hạn chế liên quan như Tường lửa, chính sách của Tổ chức, v.v.
Auto-configuration:
IPv6 hỗ trợ cả chế độ cấu hình tự động trạng thái và không trạng thái của các thiết bị chủ của nó. Bằng cách này, việc không có máy chủ DHCP sẽ không làm ngừng giao tiếp giữa các phân đoạn.
Faster Forwarding/Routing:
Tiêu đề được đơn giản hóa đặt tất cả thông tin không cần thiết vào cuối tiêu đề. Tất cả thông tin trong phần đầu tiên của tiêu đề là đủ để một Bộ định tuyến đưa ra quyết định định tuyến do đó đưa ra quyết định định tuyến nhanh chóng như xem xét tiêu đề bắt buộc.
IPSec:
Ban đầu người ta quyết định IPv6 phải có bảo mật IPSec, làm cho nó an toàn hơn IPv4. Tính năng này hiện đã được làm tùy chọn.
No Broadcast:
Mặc dù Ethernet / Token Ring được coi là mạng quảng bá vì chúng hỗ trợ Phát sóng, nhưng IPv6 không còn hỗ trợ Truyền phát nữa. Nó sử dụng multicast để giao tiếp với nhiều máy chủ.
Anycast Support:
Đây là một đặc điểm khác của IPv6. IPv6 đã giới thiệu chế độ định tuyến gói tin Anycast. Trong chế độ này, nhiều giao diện trên Internet được gán cùng một địa chỉ IP Anycast. Trong khi định tuyến, các bộ định tuyến sẽ gửi gói tin đến đích gần nhất.
Mobility:
IPv6 được thiết kế để lưu ý đến tính năng di động. Tính năng này cho phép các máy chủ (chẳng hạn như điện thoại di động) đi lang thang trong các khu vực địa lý khác nhau và vẫn được kết nối với cùng một địa chỉ IP. Tính năng di động IPv6 tận dụng cấu hình IP tự động và các tiêu đề Mở rộng.
Enhanced Priority support:
Trong đó IPv4 đã sử dụng 6 bit DSCP (Điểm mã dịch vụ khác biệt) và 2 bit ECN (Thông báo tắc nghẽn rõ ràng) để cung cấp Chất lượng dịch vụ nhưng nó chỉ có thể được sử dụng nếu các thiết bị đầu cuối hỗ trợ nó, tức là nguồn và đích thiết bị và mạng bên dưới phải hỗ trợ nó.
Trong IPv6, lớp Lưu lượng và nhãn Luồng được sử dụng để cho các bộ định tuyến bên dưới biết cách xử lý gói và định tuyến một cách hiệu quả.
Smooth Transition:
Lược đồ địa chỉ IP lớn trong IPv6 cho phép phân bổ các thiết bị có địa chỉ IP duy nhất trên toàn cầu. Điều này đảm bảo rằng cơ chế lưu địa chỉ IP như NAT là không cần thiết. Vì vậy, các thiết bị có thể gửi / nhận dữ liệu giữa nhau, ví dụ như VoIP và / hoặc bất kỳ phương tiện truyền trực tuyến nào có thể được sử dụng hiệu quả.
Thực tế khác là, tiêu đề được tải ít hơn nên các bộ định tuyến có thể đưa ra quyết định chuyển tiếp và chuyển tiếp chúng nhanh nhất khi chúng đến.
Extensibility:
Một trong những ưu điểm chính của tiêu đề IPv6 là có thể mở rộng thêm thông tin trong phần tùy chọn. IPv4 chỉ cung cấp 40 byte cho các tùy chọn trong khi các tùy chọn trong IPv6 có thể bằng kích thước của chính gói IPv6.
Trong mạng máy tính, chế độ định địa chỉ đề cập đến cơ chế cách chúng tôi đánh địa chỉ máy chủ lưu trữ trên mạng. IPv6 cung cấp một số loại chế độ mà theo đó một máy chủ duy nhất có thể được định địa chỉ, nhiều máy chủ có thể được định địa chỉ cùng một lúc hoặc máy chủ ở khoảng cách gần nhất có thể được định địa chỉ.
Unicast
Trong chế độ định địa chỉ đơn nhất, một giao diện IPv6 (máy chủ) được xác định duy nhất trong một phân đoạn mạng. Gói IPv6 chứa cả địa chỉ IP nguồn và đích. Giao diện máy chủ được trang bị địa chỉ IP duy nhất trong phân đoạn mạng đó. Một bộ chuyển mạch hoặc bộ định tuyến mạng khi nhận được một gói IP unicast, dành cho một máy chủ duy nhất, sẽ gửi đến một trong các giao diện gửi đi của nó kết nối với máy chủ cụ thể đó.
Multicast
Chế độ đa hướng IPv6 giống như chế độ IPv4. Gói được gửi đến nhiều máy chủ được gửi trên một địa chỉ đa hướng đặc biệt. Tất cả các máy chủ quan tâm đến thông tin phát đa hướng đó, trước tiên cần phải tham gia nhóm phát đa hướng đó. Tất cả các giao diện đã tham gia nhóm sẽ nhận gói đa hướng và xử lý nó, trong khi các máy chủ khác không quan tâm đến gói đa hướng thì bỏ qua thông tin đa hướng.
Anycast
IPv6 đã giới thiệu một loại địa chỉ mới, được gọi là địa chỉ Anycast. Trong chế độ định địa chỉ này, nhiều giao diện (máy chủ) được gán cùng một địa chỉ IP Anycast. Khi máy chủ lưu trữ muốn giao tiếp với máy chủ được trang bị địa chỉ IP Anycast, hãy gửi một thông điệp Unicast. Với sự trợ giúp của cơ chế định tuyến phức tạp, thông điệp Unicast đó được chuyển đến máy chủ lưu trữ gần Người gửi nhất, về mặt chi phí định tuyến.
Hãy lấy một ví dụ về Máy chủ Web TutorialPoints.com, được đặt ở tất cả các lục địa. Giả sử rằng tất cả các Máy chủ Web đều được gán một Địa chỉ IP Anycast IPv6. Giờ đây, khi người dùng từ Châu Âu muốn truy cập TutorialsPoint.com, DNS sẽ trỏ đến máy chủ thực tế được đặt tại chính Châu Âu. Nếu người dùng từ Ấn Độ cố gắng truy cập Tutorialspoint.com, thì DNS sau đó sẽ trỏ đến Máy chủ Web thực tế chỉ đặt tại Châu Á. Các thuật ngữ Gần nhất hoặc Gần nhất được sử dụng cho Chi phí Định tuyến.
Trong hình trên, Khi một máy khách cố gắng kết nối với Máy chủ, yêu cầu sẽ được chuyển tiếp đến Máy chủ có Chi phí định tuyến thấp nhất.
Hệ thống số thập lục phân
Trước khi giới thiệu định dạng Địa chỉ IPv6, chúng ta sẽ xem xét Hệ thống số thập lục phân. Hệ thập lục phân là hệ thống số vị trí sử dụng cơ số (cơ số) là 16. Để biểu diễn các giá trị ở định dạng có thể đọc được, hệ thống này sử dụng các ký hiệu 0-9 để biểu thị các giá trị từ 0 đến 9 và ký hiệu AF để biểu thị các giá trị từ 10 đến 15. Mỗi chữ số trong Hệ thập lục phân có thể đại diện cho các giá trị từ 0 đến 15.
Cấu trúc địa chỉ
Địa chỉ IPv6 được tạo từ 128 bit được chia thành 8 khối 16 bit. Mỗi khối sau đó được chuyển thành các số Thập lục phân gồm 4 chữ số được phân tách bằng ký hiệu dấu hai chấm.
Ví dụ: bên dưới là địa chỉ IPv6 128 bit được biểu diễn ở định dạng nhị phân và được chia thành tám khối 16 bit:
0010000000000001 0000000000000000 0011001000110100 1101111111100001 0000000001100011 0000000000000000 0000000000000000 1111111011111011
Mỗi khối sau đó được chuyển đổi thành Hệ thập lục phân và được phân tách bằng ký hiệu ':':
2001: 0000: 3238: DFE1: 0063: 0000: 0000: FEFB
Ngay cả sau khi chuyển đổi sang định dạng Hệ thập lục phân, địa chỉ IPv6 vẫn tồn tại lâu. IPv6 cung cấp một số quy tắc để rút ngắn địa chỉ. Các quy tắc này là:
Rule:1 Bỏ (các) số 0 đứng đầu:
Trong Khối 5, 0063, có thể bỏ qua hai số 0 đứng đầu, chẳng hạn như (khối thứ 5):
2001: 0000: 3238: DFE1: 63: 0000: 0000: FEFB
Rule:2 Nếu hai trong số các khối khác chứa các số 0 liên tiếp, hãy bỏ qua tất cả và thay thế bằng dấu hai chấm ::, chẳng hạn như (khối thứ 6 và 7):
2001: 0000: 3238: DFE1: 63 :: FEFB
Các khối số 0 liên tiếp chỉ có thể được thay thế một lần bằng :: vì vậy nếu vẫn còn các khối số 0 trong địa chỉ, chúng có thể được thu nhỏ xuống thành số 0 duy nhất, chẳng hạn như (khối thứ 2):
2001: 0: 3238: DFE1: 63 :: FEFB
ID giao diện
IPv6 có ba loại lược đồ Địa chỉ Unicast khác nhau. Nửa sau của địa chỉ (64 bit cuối cùng) luôn được sử dụng cho ID giao diện. Địa chỉ MAC của một hệ thống bao gồm 48 bit và được biểu diễn bằng hệ thập lục phân. Địa chỉ MAC được coi là chỉ định duy nhất trên toàn thế giới. ID giao diện tận dụng tính duy nhất này của địa chỉ MAC. Máy chủ có thể tự động định cấu hình ID giao diện của nó bằng cách sử dụng định dạng Mã nhận dạng duy nhất mở rộng (EUI-64) của IEEE. Đầu tiên, Host chia địa chỉ MAC của chính nó thành hai nửa 24 bit. Sau đó, giá trị 16-bit Hex 0xFFFE được kẹp vào hai nửa đó của địa chỉ MAC, dẫn đến ID giao diện 64-bit.
Địa chỉ Unicast toàn cầu
Loại địa chỉ này tương đương với địa chỉ công cộng của IPv4. Địa chỉ Unicast toàn cầu trong IPv6 có thể nhận dạng toàn cầu và địa chỉ duy nhất.
Tiền tố định tuyến toàn cầu: 48-bit quan trọng nhất được chỉ định là Tiền tố định tuyến toàn cầu được gán cho Hệ thống tự trị cụ thể. Ba bit quan trọng nhất của Tiền tố định tuyến toàn cầu luôn được đặt thành 001.
Địa chỉ Liên kết-Địa phương
Địa chỉ IPv6 được cấu hình tự động được gọi là địa chỉ Link-Local. Địa chỉ này luôn bắt đầu bằng FE80. 16 bit đầu tiên của địa chỉ Link-Local luôn được đặt thành 1111 1110 1000 0000 (FE80). 48 bit tiếp theo được đặt thành 0, do đó:
Địa chỉ Liên kết-Cục bộ chỉ được sử dụng để liên lạc giữa các máy chủ IPv6 trên một liên kết (phân đoạn quảng bá). Các địa chỉ này không thể định tuyến được nên một Bộ định tuyến không bao giờ chuyển tiếp các địa chỉ này bên ngoài liên kết.
Địa chỉ địa phương duy nhất
Loại địa chỉ IPv6 này mặc dù là duy nhất trên toàn cầu, nhưng nó nên được sử dụng trong giao tiếp cục bộ. Địa chỉ này có nửa sau là ID giao diện và nửa đầu được chia cho Tiền tố, Bit cục bộ, ID toàn cầu và ID mạng con.
Tiền tố luôn được đặt thành 1111 110. L bit, được đặt thành 1 nếu địa chỉ được gán cục bộ. Cho đến nay ý nghĩa của bit L đến 0 vẫn chưa được xác định. Do đó, địa chỉ IPv6 cục bộ duy nhất luôn bắt đầu bằng 'FD'.
Phạm vi của địa chỉ Unicast IPv6:
Phạm vi của địa chỉ Link-local được giới hạn trong phân đoạn. Địa chỉ cục bộ duy nhất mặc dù là địa chỉ cục bộ toàn cầu nhưng không được định tuyến qua Internet, giới hạn phạm vi của chúng trong ranh giới của một tổ chức. Địa chỉ Unicast toàn cầu là duy nhất và dễ nhận biết trên toàn cầu. Chúng sẽ tạo nên bản chất của địa chỉ Internet v2.
Phiên bản 6 có cấu trúc địa chỉ IP hơi phức tạp hơn so với IPv4. IPv6 đã dành một số địa chỉ và ký hiệu địa chỉ cho các mục đích đặc biệt. Xem bảng dưới đây:
Địa chỉ Đặc biệt:
Như được hiển thị trong bảng trên 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0/128 địa chỉ không xác định bất cứ điều gì và được cho là một địa chỉ không xác định. Sau khi đơn giản hóa, tất cả các số 0 được nén thành :: / 128.
Trong IPv4, địa chỉ 0.0.0.0 với netmask 0.0.0.0 đại diện cho tuyến đường mặc định. Khái niệm tương tự cũng áp dụng cho IPv6, địa chỉ 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0 với netmask tất cả các số 0 đại diện cho tuyến đường mặc định. Sau khi áp dụng quy tắc đơn giản hóa IPv6, địa chỉ này được nén thành :: / 0.
Địa chỉ vòng lặp trong IPv4 được biểu thị bằng chuỗi 127.0.0.1 đến 127.255.255.255. Nhưng trong IPv6, chỉ có địa chỉ 0: 0: 0: 0: 0: 0: 0: 1/128 đại diện cho địa chỉ Loopback. Sau khi đơn giản hóa địa chỉ loopback, nó có thể được biểu diễn là :: 1/128.
Địa chỉ Multicast dành riêng cho Giao thức Định tuyến:
Bảng trên cho thấy các địa chỉ phát đa hướng dành riêng được sử dụng bởi giao thức định tuyến bên trong.
Tất cả các địa chỉ được dành riêng theo kiểu IPv4 tương tự
Địa chỉ Multicast dành riêng cho Bộ định tuyến / Nút:
Những địa chỉ này giúp bộ định tuyến và máy chủ nói chuyện với các bộ định tuyến và máy chủ khả dụng trên một phân đoạn mà không cần được định cấu hình bằng địa chỉ IPv6. Máy chủ sử dụng cấu hình tự động dựa trên EUI-64 để tự định cấu hình địa chỉ IPv6 và sau đó nói chuyện với máy chủ / bộ định tuyến có sẵn trên phân khúc bằng các địa chỉ này.
Điều kỳ diệu của IPv6 nằm ở tiêu đề của nó. Địa chỉ IPv6 lớn hơn 4 lần so với IPv4 nhưng tiêu đề IPv6 chỉ lớn hơn 2 lần so với IPv4. Các tiêu đề IPv6 có một Tiêu đề Cố định và không hoặc nhiều Tiêu đề Tùy chọn (Mở rộng). Tất cả các thông tin cần thiết cần thiết cho một bộ định tuyến được lưu giữ trong Fixed Header. Phần mở rộng Header chứa thông tin tùy chọn giúp bộ định tuyến hiểu cách xử lý một gói / luồng.
Tiêu đề cố định
Tiêu đề cố định IPv6 dài 40 byte và chứa thông tin sau.
| SN | Trường & Mô tả |
|---|---|
| 1 | Version (4-bit): Đây là phiên bản của Giao thức Internet, tức là 0110. |
| 2 | Traffic Class(8-bit): 8 bit này được chia thành hai phần. Hầu hết 6 bit quan trọng được sử dụng cho Loại dịch vụ, nó cho Bộ định tuyến biết dịch vụ nào nên được cung cấp cho gói này. 2 bit quan trọng ít nhất được sử dụng cho Thông báo tắc nghẽn rõ ràng (ECN). |
| 3 | Flow Label(20-bit): Nhãn này được sử dụng để duy trì luồng tuần tự của các gói thuộc một giao tiếp. Nguồn gắn nhãn trình tự giúp bộ định tuyến xác định rằng gói này thuộc về một luồng thông tin cụ thể. Trường này giúp tránh sắp xếp lại các gói dữ liệu. Nó được thiết kế để phát trực tuyến / phương tiện thời gian thực. |
| 4 | Payload Length(16-bit): Trường này được sử dụng để cho các bộ định tuyến biết gói tin này chứa bao nhiêu thông tin trong tải trọng của nó. Tải trọng bao gồm Tiêu đề tiện ích mở rộng và dữ liệu Lớp trên. Với 16 bit, có thể chỉ ra tối đa 65535 byte nhưng nếu Tiêu đề mở rộng chứa Tiêu đề mở rộng Hop-by-Hop hơn trọng tải có thể vượt quá 65535 byte và trường này được đặt thành 0. |
| 5 | Next Header(8-bit): Trường này được sử dụng để chỉ ra loại Tiêu đề mở rộng hoặc nếu Tiêu đề mở rộng không có mặt thì nó cho biết PDU Lớp trên. Các giá trị cho loại PDU lớp trên giống như của IPv4. |
| 6 | Hop Limit(8-bit): Trường này được sử dụng để dừng gói lặp lại trong mạng một cách vô hạn. Điều này giống như TTL trong IPv4. Giá trị của trường Hop Limit sẽ giảm đi 1 khi nó đi qua một liên kết (bộ định tuyến / bước nhảy). Khi trường về 0, gói tin sẽ bị loại bỏ. |
| 7 | Source Address (128-bit): Trường này cho biết địa chỉ của người khởi tạo gói. |
| số 8 | Destination Address (128-bit): Trường này cung cấp địa chỉ của người nhận gói tin. |
Tiêu đề tiện ích mở rộng
Trong IPv6, Tiêu đề cố định chỉ chứa thông tin cần thiết và tránh thông tin không bắt buộc hoặc hiếm khi được sử dụng. Tất cả thông tin như vậy, được đặt giữa Tiêu đề cố định và Tiêu đề lớp trên dưới dạng Tiêu đề mở rộng. Mỗi Tiêu đề Tiện ích mở rộng được xác định bằng một giá trị riêng biệt.
Khi tiêu đề mở rộng được sử dụng, trường Tiêu đề tiếp theo của tiêu đề cố định IPv6 trỏ đến tiêu đề mở rộng đầu tiên. Nếu có thêm một Tiêu đề mở rộng, thì trường 'Tiêu đề tiếp theo' của Tiêu đề mở rộng đầu tiên sẽ trỏ đến tiêu đề thứ hai, v.v. Trường 'Tiêu đề tiếp theo' của Tiêu đề mở rộng cuối cùng trỏ đến Tiêu đề lớp trên. Do đó, tất cả các tiêu đề từ điểm đến điểm tiếp theo theo cách danh sách liên kết.
Nếu trường Tiêu đề Tiếp theo chứa giá trị 59, nó chỉ ra rằng không có tiêu đề nào sau tiêu đề này, thậm chí không phải Tiêu đề Lớp trên.
Các tiêu đề mở rộng sau phải được hỗ trợ theo RFC 2460:
Trình tự của các Tiêu đề mở rộng phải là:
Các tiêu đề này:
1. Nên được xử lý bởi Điểm đến đầu tiên và các điểm tiếp theo.
2. Nên được xử lý bởi Đích cuối cùng.
Các tiêu đề mở rộng được sắp xếp lần lượt theo cách danh sách được Liên kết, như được mô tả trong sơ đồ dưới đây:
Trong IPv4, một máy chủ lưu trữ muốn giao tiếp với một số máy chủ khác trên mạng, trước tiên cần phải có địa chỉ IP có được bằng DHCP hoặc bằng cách cấu hình thủ công. Ngay sau khi một máy chủ được trang bị một số địa chỉ IP hợp lệ, nó hiện có thể nói chuyện với bất kỳ máy chủ nào trên mạng con. Để giao tiếp trên lớp 3, một máy chủ cũng phải biết địa chỉ IP của máy chủ khác. Giao tiếp trên một liên kết, được thiết lập bằng các Địa chỉ MAC nhúng phần cứng. Để biết địa chỉ MAC của máy chủ có địa chỉ IP đã biết, máy chủ sẽ gửi ARP broadcast và khi hoàn nguyên máy chủ dự định sẽ gửi lại địa chỉ MAC của nó.
Trong IPv6, không có cơ chế phát sóng. Máy chủ hỗ trợ IPv6 không bắt buộc phải lấy địa chỉ IP từ DHCP hoặc được định cấu hình thủ công, nhưng nó có thể tự động định cấu hình IP của chính nó. Sau đó, một máy chủ sẽ giao tiếp với những người khác trên mạng hỗ trợ IPv6 như thế nào?
ARP đã được thay thế bằng ICMPv6 Neighbor Discovery Protocol.
Giao thức khám phá lân cận
Máy chủ lưu trữ trong mạng IPv6 có khả năng tự động cấu hình chính nó với một địa chỉ cục bộ liên kết duy nhất. Ngay khi được trang bị địa chỉ IPv6, nó sẽ tham gia vào một số nhóm phát đa hướng. Tất cả các giao tiếp liên quan đến phân đoạn đó chỉ xảy ra trên các địa chỉ multicast đó. Máy chủ lưu trữ trải qua một loạt trạng thái trong IPv6:
Neighbor Solicitation: Sau khi định cấu hình tất cả các IPv6 theo cách thủ công, hoặc bằng Máy chủ DHCP hoặc bằng cách tự động cấu hình, máy chủ sẽ gửi một thông báo Neighbor Solicitation tới địa chỉ multicast FF02 :: 1/16 cho tất cả các địa chỉ IPv6 của nó để biết rằng không có ai khác chiếm giữ cùng các địa chỉ.
DAD (Duplicate Address Detection): Khi máy chủ không lắng nghe bất cứ điều gì từ phân đoạn liên quan đến thông báo Gợi ý hàng xóm của nó, nó sẽ giả định rằng không có địa chỉ trùng lặp nào tồn tại trên phân đoạn.
Neighbor Advertisement: Sau khi gán địa chỉ cho các giao diện của nó và thiết lập và chạy chúng, máy chủ lưu trữ một lần nữa gửi thông báo Quảng cáo lân cận cho tất cả các máy chủ khác trên phân khúc biết rằng nó đã gán các địa chỉ IPv6 đó cho các giao diện của nó.
Sau khi hoàn tất việc cấu hình địa chỉ IPv6 của máy chủ, nó sẽ thực hiện những việc sau:
Router Solicitation: Một máy chủ gửi một gói đa hướng Bộ định tuyến Solicitation (FF02 :: 2/16) trên phân đoạn của nó để biết sự hiện diện của bất kỳ bộ định tuyến nào trên phân đoạn này. Điều này giúp máy chủ định cấu hình bộ định tuyến làm cổng mặc định của nó. Nếu bộ định tuyến cổng mặc định của nó bị hỏng, máy chủ có thể chuyển sang bộ định tuyến mới và đặt nó trở thành cổng mặc định.
Router Advertisement: Khi một bộ định tuyến nhận được thông báo Gợi ý của Bộ định tuyến, nó sẽ phản hồi lại máy chủ lưu trữ quảng cáo sự hiện diện của nó trên liên kết đó.
Redirect: Đây có thể là tình huống mà Router nhận được yêu cầu Router Solicitation nhưng nó biết rằng đó không phải là cổng tốt nhất cho host. Trong tình huống này, bộ định tuyến sẽ gửi lại thông báo Chuyển hướng cho máy chủ lưu trữ rằng có bộ định tuyến 'next-hop' tốt hơn. Next-hop là nơi máy chủ sẽ gửi dữ liệu của nó đến máy chủ không thuộc cùng phân khúc.
Trong IPv4, địa chỉ được tạo trong các lớp. Địa chỉ IPv4 đẳng cấp xác định rõ ràng các bit được sử dụng cho các tiền tố mạng và các bit được sử dụng cho các máy chủ trên mạng đó. Đối với mạng con trong IPv4, chúng ta sử dụng mặt nạ mạng phân loại mặc định cho phép chúng ta mượn bit máy chủ để sử dụng làm bit mạng con. Điều này dẫn đến nhiều mạng con nhưng ít máy chủ hơn trên mỗi mạng con. Đó là, khi chúng ta mượn bit máy chủ để tạo một mạng con mà chúng ta tốn ít bit hơn để sử dụng cho địa chỉ máy chủ.
Địa chỉ IPv6 sử dụng 128 bit để đại diện cho một địa chỉ bao gồm các bit được sử dụng cho mạng con. Nửa sau của địa chỉ (64 bit ít quan trọng nhất) luôn chỉ được sử dụng cho Máy chủ. Do đó, không có thỏa hiệp nào nếu chúng ta nối mạng con lại.
16 Bit của mạng con tương đương với Mạng Lớp B của IPv4. Sử dụng các bit mạng con này, một tổ chức có thể có hơn 65 nghìn mạng con, điều này là quá đủ.
Do đó tiền tố định tuyến là / 64 và phần máy chủ là 64 bit. Mặc dù vậy, chúng tôi có thể tiếp tục chia mạng con vượt quá 16 bit của Subnet ID, mượn bit máy chủ nhưng chúng tôi khuyến nghị rằng 64 bit nên luôn được sử dụng cho địa chỉ máy chủ vì cấu hình tự động yêu cầu 64 bit.
Mạng con IPv6 hoạt động trên cùng một khái niệm như Mặt nạ mạng con có độ dài thay đổi trong IPv4.
Tiền tố / 48 có thể được phân bổ cho một tổ chức cung cấp lợi ích của việc có tới / 64 tiền tố mạng con, đó là 65535 mạng con, mỗi mạng có 2 64 máy chủ. Tiền tố A / 64 có thể được chỉ định cho kết nối điểm-điểm trong đó chỉ có hai máy chủ (hoặc thiết bị hỗ trợ IPv6) trên một liên kết.
Một vấn đề trong quá trình chuyển đổi hoàn toàn từ IPv4 sang IPv6 là IPv6 không tương thích ngược. Điều này dẫn đến tình huống một trang web có trên IPv6 hoặc không. Không giống như việc triển khai công nghệ mới trong đó công nghệ mới hơn tương thích ngược để hệ thống cũ hơn vẫn có thể hoạt động với công nghệ mới hơn mà không có bất kỳ thay đổi bổ sung nào.
Để khắc phục tình trạng ngắn hạn này, có một số công nghệ có thể được sử dụng trong quá trình chuyển đổi chậm và suôn sẻ từ IPv4 sang IPv6:
Bộ định tuyến ngăn xếp kép
Một bộ định tuyến có thể được cài đặt với cả địa chỉ IPv4 và IPv6 được định cấu hình trên các giao diện của nó trỏ đến mạng của lược đồ IP liên quan.
Trong sơ đồ trên, một Máy chủ có địa chỉ IPv4 cũng như IPv6 được cấu hình cho nó hiện có thể nói chuyện với tất cả các máy chủ trên mạng IPv4 và mạng IPv6 với sự trợ giúp của Bộ định tuyến ngăn xếp kép. Dual Stack Router, có thể giao tiếp với cả hai mạng và cung cấp phương tiện cho các máy chủ truy cập Máy chủ mà không cần thay đổi phiên bản IP tương ứng của chúng.
Đào hầm
Trong trường hợp có các phiên bản IP khác nhau tồn tại trên đường dẫn trung gian hoặc mạng chuyển tiếp, đường hầm cung cấp giải pháp tốt hơn trong đó dữ liệu của người dùng có thể chuyển qua phiên bản IP không được hỗ trợ.
Sơ đồ trên mô tả cách hai mạng IPv4 từ xa có thể giao tiếp qua Tunnel, nơi mạng chuyển tiếp nằm trên IPv6. Ngược lại, cũng có thể xảy ra khi mạng chuyển tiếp nằm trên IPv6 và các trang web từ xa dự định giao tiếp trên IPv4.
Bản dịch giao thức NAT
Đây là một phương pháp chuyển đổi quan trọng khác sang IPv6 bằng thiết bị hỗ trợ NAT-PT (Network Address Translation - Protocol Translation). Với sự trợ giúp của thiết bị NAT-PT, quá trình chuyển đổi thực tế xảy ra giữa các gói IPv4 và IPv6 và ngược lại. Xem sơ đồ bên dưới:
Máy chủ có địa chỉ IPv4 gửi yêu cầu tới Máy chủ hỗ trợ IPv6 trên Internet không hiểu địa chỉ IPv4. Trong trường hợp này, thiết bị NAT-PT có thể giúp họ giao tiếp. Khi máy chủ IPv4 gửi gói yêu cầu đến Máy chủ IPv6, thiết bị / bộ định tuyến NAT-PT sẽ loại bỏ gói IPv4, xóa tiêu đề IPv4 và thêm tiêu đề IPv6 và chuyển nó qua Internet. Khi phản hồi từ Máy chủ IPv6 đến máy chủ IPv4, thì bộ định tuyến sẽ làm ngược lại.
Khi một máy chủ được kết nối với một liên kết hoặc mạng, nó sẽ nhận được địa chỉ IP và tất cả giao tiếp sẽ diễn ra bằng cách sử dụng địa chỉ IP đó trên liên kết đó. Ngay sau khi, cùng một máy chủ thay đổi vị trí thực của nó, nghĩa là, di chuyển vào một số khu vực / mạng con / mạng / liên kết khác, địa chỉ IP của nó thay đổi theo và tất cả giao tiếp diễn ra trên máy chủ sử dụng địa chỉ IP cũ, sẽ bị gián đoạn.
Tính di động của IPv6 cung cấp một cơ chế trang bị cho máy chủ khả năng chuyển vùng giữa các liên kết khác nhau mà không làm mất bất kỳ giao tiếp / kết nối nào và địa chỉ IP của nó.
Nhiều thực thể tham gia vào công nghệ này:
Mobile Node: Thiết bị cần khả năng di động IPv6.
Home Link: Liên kết này được định cấu hình với tiền tố mạng con chính và đây là nơi thiết bị IPv6 di động nhận được Địa chỉ nhà của nó.
Home Address: Đây là địa chỉ mà Mobile Node có được từ Home Link. Đây là địa chỉ thường trú của Mobile Node. Nếu Nút di động vẫn ở trong cùng một Liên kết trang chủ, giao tiếp giữa các thực thể khác nhau sẽ diễn ra như bình thường.
Home Agent: Đây là một bộ định tuyến hoạt động như một nhà đăng ký cho các Nút di động. Home Agent được kết nối với Home Link và duy trì thông tin về tất cả các Nút di động, Địa chỉ nhà và địa chỉ IP hiện tại của họ.
Foreign Link: Bất kỳ Liên kết nào khác không phải là Liên kết Trang chủ của Nút di động.
Care-of Address: Khi một nút di động gắn với một Liên kết nước ngoài, nó sẽ nhận được một địa chỉ IP mới của mạng con của Liên kết nước ngoài đó. Đại lý tại nhà lưu giữ thông tin của cả Địa chỉ nhà và Địa chỉ chăm sóc. Nhiều địa chỉ Care-of có thể được chỉ định cho Mobile Node, nhưng trong bất kỳ trường hợp nào, chỉ một địa chỉ Care-of có ràng buộc với Địa chỉ nhà.
Correspondent Node: Bất kỳ thiết bị hỗ trợ IPv6 nào có ý định kết nối với Mobile Node.
Hoạt động di động
Khi Nút di động vẫn ở trong Liên kết nhà của nó, tất cả các liên lạc sẽ xảy ra trên Địa chỉ nhà của nó. Như hình bên dưới:
Khi Mobile Node rời khỏi Home Link và được kết nối với một số Liên kết nước ngoài, tính năng Di động của IPv6 sẽ phát huy tác dụng. Sau khi kết nối với Liên kết nước ngoài, Nút di động nhận được địa chỉ IPv6 từ Liên kết ngoại. Địa chỉ này được gọi là Địa chỉ Chăm sóc. Mobile Node gửi yêu cầu ràng buộc đến Đại lý tại nhà với Địa chỉ chăm sóc mới. Home Agent liên kết Địa chỉ nhà của Mobile Node với Địa chỉ chăm sóc, thiết lập một Đường hầm giữa cả hai.
Bất cứ khi nào một Nút tương ứng cố gắng thiết lập kết nối với Nút di động (trên Địa chỉ nhà của nó), Tác nhân gia đình sẽ chặn gói tin và chuyển tiếp đến Địa chỉ chăm sóc của Nút di động qua Đường hầm đã được thiết lập.
Tối ưu hóa Tuyến đường
Khi một nút tương tác bắt đầu giao tiếp bằng cách gửi các gói đến Nút di động trên Địa chỉ nhà, các gói này sẽ được Tác nhân tại nhà truyền đến Nút di động. Trong chế độ Tối ưu hóa Tuyến đường, khi Nút di động nhận được gói tin từ Nút phản hồi, nó sẽ không chuyển tiếp câu trả lời đến Đại lý gia đình. Thay vào đó, nó gửi gói tin của mình trực tiếp đến nút Correspondent sử dụng Địa chỉ nhà làm Địa chỉ nguồn. Chế độ này là tùy chọn và không được sử dụng theo mặc định.
Các khái niệm định tuyến vẫn giữ nguyên trong trường hợp IPv6 nhưng hầu như tất cả các giao thức định tuyến đã được định nghĩa lại cho phù hợp. Chúng ta đã thấy trong Giao tiếp trong phân đoạn IPv6, cách một máy chủ nói chuyện với cổng của nó. Định tuyến là một quá trình để chuyển tiếp dữ liệu có thể định tuyến chọn tuyến đường tốt nhất trong số một số tuyến đường có sẵn hoặc đường dẫn đến đích. Bộ định tuyến là một thiết bị chuyển tiếp dữ liệu không được định sẵn một cách rõ ràng.
Có hai dạng giao thức định tuyến
Distance Vector Routing Protocol: Một bộ định tuyến chạy giao thức vectơ khoảng cách quảng cáo các tuyến đường được kết nối của nó và học các tuyến đường mới từ các hàng xóm của nó. Chi phí định tuyến để đến đích được tính bằng bước nhảy giữa nguồn và đích. Một bộ định tuyến thường dựa vào hàng xóm của nó để lựa chọn đường dẫn tốt nhất, còn được gọi là “định tuyến theo tin đồn”. RIP và BGP là các Giao thức Vector Khoảng cách.
Link-State Routing Protocol: Giao thức này thừa nhận trạng thái của một Liên kết và quảng cáo cho các nước láng giềng của nó. Thông tin về các liên kết mới được học từ các bộ định tuyến ngang hàng. Sau khi tất cả thông tin định tuyến đã được hội tụ, Giao thức Định tuyến Trạng thái Liên kết sử dụng thuật toán riêng của nó để tính toán đường dẫn tốt nhất đến tất cả các liên kết có sẵn. OSPF và IS-IS là giao thức định tuyến trạng thái liên kết và cả hai đều sử dụng thuật toán Đường dẫn đầu tiên ngắn nhất của Dijkstra.
Các giao thức định tuyến có thể được chia thành hai loại:
Interior Routing Protocol: Các giao thức trong danh mục này được sử dụng trong Hệ thống tự trị hoặc tổ chức để phân phối các tuyến giữa tất cả các bộ định tuyến bên trong ranh giới của nó. Ví dụ: RIP, OSPF.
Exterior Routing Protocol: Trong khi Giao thức định tuyến bên ngoài phân phối thông tin định tuyến giữa hai Hệ thống hoặc tổ chức tự trị khác nhau. Ví dụ: BGP.
Các giao thức định tuyến
RIPng
RIPng là viết tắt của Routing Information Protocol Next Generation. Đây là một Giao thức Định tuyến Nội thất và là một Giao thức Vector Khoảng cách. RIPng đã được nâng cấp để hỗ trợ IPv6.
OSPFv3
BGPv4
BGP là viết tắt của Border Gateway Protocol. Đây là Giao thức Cổng bên ngoài tiêu chuẩn mở duy nhất có sẵn. BGP là một giao thức Véc tơ khoảng cách lấy Hệ thống tự trị làm thước đo tính toán, thay vì số lượng bộ định tuyến như Hop. BGPv4 là bản nâng cấp của BGP để hỗ trợ định tuyến IPv6.
Mở Đường ngắn nhất Phiên bản 3 đầu tiên là Giao thức Định tuyến Nội thất được sửa đổi để hỗ trợ IPv6. Đây là Giao thức Trạng thái Liên kết và sử dụng thuật toán Đường dẫn Đầu tiên Ngắn nhất của Djikrasta để tính toán đường dẫn tốt nhất đến tất cả các điểm đến.
Các giao thức đã thay đổi để hỗ trợ IPv6:
ICMPv6: Giao thức thông báo điều khiển Internet phiên bản 6 là một triển khai nâng cấp của ICMP để đáp ứng các yêu cầu IPv6. Giao thức này được sử dụng cho các chức năng chẩn đoán, thông báo lỗi và thông tin, mục đích thống kê. Giao thức khám phá hàng xóm của ICMPv6 thay thế ARP và giúp khám phá hàng xóm và bộ định tuyến trên liên kết.
DHCPv6: Giao thức cấu hình máy chủ động phiên bản 6 là một triển khai của DHCP. Mặc dù các máy chủ hỗ trợ IPv6 không yêu cầu bất kỳ Máy chủ DHCPv6 nào phải lấy địa chỉ IP vì chúng có thể được cấu hình tự động. Họ cũng không cần DHCPv6 để định vị máy chủ DNS vì DNS có thể được phát hiện và định cấu hình thông qua Giao thức khám phá hàng xóm ICMPv6. Tuy nhiên, Máy chủ DHCPv6 có thể được sử dụng để cung cấp những thông tin này.
DNS: Không có phiên bản DNS mới nhưng hiện nó đã được trang bị các tiện ích mở rộng để hỗ trợ truy vấn địa chỉ IPv6. Bản ghi AAAA (quad-A) mới đã được thêm vào để trả lời các thông báo truy vấn IPv6. Bây giờ DNS có thể trả lời với cả hai phiên bản IP (4 & 6) mà không có bất kỳ thay đổi nào về định dạng truy vấn.
IPv4 kể từ năm 1982, đã là một nhà lãnh đạo không thể tranh cãi của Internet. Với sự cạn kiệt không gian địa chỉ của IPv4, IPv6 hiện đang nắm quyền kiểm soát Internet, được gọi là Internet2.
IPv4 được triển khai rộng rãi và việc chuyển đổi sang IPv6 sẽ không dễ dàng. Cho đến nay IPv6 có thể xâm nhập không gian địa chỉ của IPv4 dưới 1%.
Thế giới đã kỷ niệm 'Ngày IPv6 thế giới' vào ngày 08 tháng 6 năm 2011 với mục đích kiểm tra đầy đủ địa chỉ IPv6 qua Internet. Ngày 06 tháng 6 năm 2012, cộng đồng Internet chính thức ra mắt IPv6. Ngày này, tất cả các ISP cung cấp IPv6 đều phải kích hoạt nó trên miền công cộng và phải kích hoạt nó. Tất cả các nhà sản xuất thiết bị cũng tham gia để cung cấp IPv6 được bật theo mặc định trên các thiết bị.
Đây là một bước nhằm khuyến khích cộng đồng Internet chuyển sang IPv6.
Các tổ chức được cung cấp nhiều cách để chuyển từ IPv4 sang IPv6. Ngoài ra, tổ chức sẵn sàng kiểm tra IPv6 trước khi chuyển đổi hoàn toàn có thể chạy đồng thời cả IPv4 và IPv6. Mạng của các phiên bản IP khác nhau có thể giao tiếp và dữ liệu người dùng có thể được đào hầm để chuyển sang phía bên kia.
Tương lai của IPv6
Internet hỗ trợ IPv6 phiên bản 2 sẽ thay thế Internet hỗ trợ IPv4 ngày nay. Khi Internet ra đời với IPv4, các quốc gia phát triển như Mỹ và Châu Âu đã sử dụng IPv4 rộng rãi hơn để triển khai Internet ở các quốc gia tương ứng của họ, lưu ý đến nhu cầu trong tương lai. Nhưng Internet bùng nổ ở khắp mọi nơi, tiếp cận và kết nối mọi quốc gia trên thế giới làm tăng yêu cầu về không gian địa chỉ IPv4. Do đó, cho đến ngày nay Hoa Kỳ và Châu Âu vẫn còn rất nhiều không gian địa chỉ IPv4 và các quốc gia như Ấn Độ và Trung Quốc có nghĩa vụ phải giải quyết yêu cầu về không gian IP của họ bằng cách triển khai IPv6.
Hầu hết việc triển khai IPv6 đang được thực hiện bên ngoài Hoa Kỳ, Châu Âu. Ấn Độ và Trung Quốc đang tiến tới thay đổi toàn bộ không gian của họ sang IPv6. Trung Quốc đã công bố kế hoạch triển khai kéo dài 5 năm với tên gọi Internet thế hệ tiếp theo Trung Quốc.
Sau ngày 06 tháng 6 năm 2012, tất cả các ISP chính đã được chuyển sang IPv6 và phần còn lại của chúng vẫn đang di chuyển.
IPv6 cung cấp nhiều không gian địa chỉ và được thiết kế để mở rộng các dịch vụ Internet ngày nay. Internet phiên bản 2 hỗ trợ IPv6 giàu tính năng có thể cung cấp nhiều hơn mong đợi.