Tìm hiểu về địa chỉ IPv6 – Đặc điểm, cấu trúc

Sự bùng nổ của các thiết bị di động và máy tính đã đẩy địa chỉ IPv4 vào tình trạng cạn kiệt. Ban đầu, IPv4 có 4,3 tỷ địa chỉ, nhưng sự sử dụng của địa chỉ private và NAT đã làm chậm quá trình này. Tuy nhiên, NAT gây ra nhiều vấn đề cho các thiết bị và ứng dụng. Đó là lý do tại sao IPv6 ra đời. Vậy địa chỉ IPv6 là gì ? Hãy cùng khám phá trong bài viết sau đây.

Xem thêm:

mô hình TCP/IP

tìm hiểu mô hình osi và chức năng

I. Địa chỉ IPv6 là gì?

IPv6 (Internet Protocol version 6) là phiên bản mới nhất của Giao thức Internet (IP), nó cung cấp một hệ thống định vị vị trí cho các máy tính trên mạng và quản lý định tuyến dữ liệu trên Internet. IPv6 được phát triển bởi IETF để giải quyết vấn đề cạn kiệt địa chỉ của IPv4 và được thiết kế để thay thế hoàn toàn IPv4.

II. Lịch sử ra đời của địa chỉ IPv6

– Internet Engineering Task Force (IETF) là tổ chức chịu trách nhiệm về việc xác định các tiêu chuẩn Giao thức Internet (IP). Khi phát triển IPv4, IETF đã không dự đoán trước được sự phát triển quá nhanh của Internet toàn cầu cũng như những vấn đề bảo mật Internet quan trọng khác. Trong thiết kế ban đầu của IPv4, an ninh mạng không được coi trọng. Vào những năm 1980, khi IPv4 đang được phát triển, thì Internet mới đang được xây dựng dưới sự hợp tác của một số tổ chức. Đến khi IPv4 hoàn tất, cũng là lúc Internet bắt đầu bùng nổ, các mối đe dọa trên Internet trở nên phổ biến.

– Đầu những năm 1990, IETF đã thừa nhận rằng cần phải có một phiên bản IP mới và họ bắt đầu bằng việc soạn thảo các yêu cầu mà bản IP này cần phải có. IP Next Generation (IPng) đã được tạo ra, sau đó trở thành IPv6 (RFC 1883) như ngày nay.

– IPv6 sau đó được chuẩn hóa hoàn chỉnh vào cuối năm 1998 trong RFC 2460.

III. Đặc điểm của IPv6

1. Không gian địa chỉ gần như vô hạn

IPv6 có chiều dài bít (128 bit) gấp nhiều lần IPv4 nên đã mở rộng không gian địa chỉ từ khoảng hơn 4 tỷ \((4.3 * 10^9)\) lên tới một con số khổng lồ \((2^{128} = 3.3 * 10^{38})\).

2. Khả năng tự động cấu hình

IPv6 cho phép thiết bị IPv6 tự động cấu hình các thông số phục vụ cho việc nối mạng như địa chỉ IP, địa chỉ gateway, địa chỉ máy chủ tên miền khi kết nối vào mạng.

3. Khả năng bảo mật kết nối từ thiết bị gửi đến thiết bị nhận

Địa chỉ IPv6 được thiết kế để tích hợp tính năng bảo mật trong giao thức, cho phép triển khai bảo mật từ thiết bị gửi đến thiết bị nhận một cách dễ dàng. Trái lại, IPv4 không tích hợp tính năng bảo mật trong giao thức, điều này làm cho việc thực hiện bảo mật kết nối từ thiết bị gửi đến thiết bị nhận trở nên khó khăn.

4. Quản lý định tuyến tốt hơn

IPv6 được thiết kế với một cấu trúc đánh địa chỉ và phân cấp định tuyến thống nhất, dựa trên một số mức cơ bản cho các nhà cung cấp dịch vụ. Cấu trúc phân cấp này giúp tránh nguy cơ quá tải bảng thông tin định tuyến toàn cầu khi độ dài địa chỉ IPv6 lên đến 128 bit.

Trong khi đó, sự gia tăng của các mạng trên Internet, sự tăng lên của số lượng địa chỉ IPv4 được sử dụng, cùng với việc IPv4 không được thiết kế với một cấu trúc định tuyến phân cấp từ đầu, đã gây ra sự gia tăng không kiểm soát của kích thước bảng định tuyến toàn cầu. Điều này dẫn đến tình trạng quá tải, vượt quá khả năng xử lý của các thiết bị định tuyến.

5. Dễ dàng thực hiện Multicast

Nhằm tăng hiệu năng của mạng, tiết kiệm băng thông, giảm tải cho máy chủ, công nghệ multicast được thiết kế để một máy tính nguồn có thể kết nối đồng thời đến nhiều đích .Từ đó thông tin không bị lặp lại, băng thông của mạng sẽ giảm đáng kể, đặc biệt với các ứng dụng truyền tải thông tin rất lớn như truyền hình (IPTV), truyền hình hội nghị (video conference), ứng dụng đa phương tiện (multimedia).

Trên thực tế, cấu hình và triển khai multicast với IPv4 rất khó khăn, phức tạp hơn nhiều so với IPv6.

6. Hỗ trợ cho quản lý chất lượng mạng

Những cải tiến trong thiết kế của IPv6 như: không phân mảnh, định tuyến phân cấp, gói tin IPv6 được thiết kế với mục đích xử lý thật hiệu quả tại thiết bị định tuyến tạo ra khả năng hỗ trợ tốt hơn cho chất lượng dịch vụ QoS.

IV. Cấu trúc của địa chỉ IPv6

– Địa chỉ IPv6 có độ dài 128 bit và được viết dưới dạng hệ thống số thập lục phân. Mỗi nhóm bốn bit được biểu diễn bằng một chữ số thập lục phân; với tổng cộng 32 giá trị thập lục phân. Địa chỉ IPv6 không phân biệt chữ hoa chữ thường và có thể được viết bằng cả hai loại chữ.

– Một địa chỉ IPv6 có dạng: x:x:x:x:x:x:x:x. Với mỗi “x” bao gồm bốn giá trị thập lục phân, có tất cả 32 chữ số thập lục phân. Thuật ngữ “octet” chỉ đến tám bit của một địa chỉ IPv4. Trong IPv6, “hextet” là thuật ngữ để chỉ đến một đoạn của 16 bit, hoặc bốn giá trị thập lục phân.

– Ví dụ:

2001 : 0db8 : 0000 : 1111 : 0000 : 0000 : 0000: 0200 
2001 : 0db8 : 0000 : 00a3 : abcd : 0000 : 0000: 1234 
2001 : 0db8 : 000a : 0001 : c012 : 9aff : fe9a: 19ac 
2001 : 0db8 : aaaa : 0001 : 0000 : 0000 : 0000: 0000 
fe80 : 0000 : 0000 : 0000 : 0123 : 4567 : 89ab: cdef 
fe80 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000: 0001 
fe80 : 0000 : 0000 : 0000 : c012 : 9aff : fe9a: 19ac 
fe80 : 0000 : 0000 : 0000 : 0123 : 4567 : 89ab: cdef 
0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000: 0001 
0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000: 0000

V. Các quy tắc rút gọn địa chỉ IPv6

1. Bỏ số 0 ở đầu

Quy tắc đầu tiên giúp giảm bớt ký hiệu địa chỉ IPv6 là bỏ qua mọi số 0 (số 0) đứng đầu trong bất kỳ hextet nào.

– Ví dụ:

• 01ab có thể được biểu diễn thành 1ab
• 09f0 có thể được biểu diễn thành 9f0
• 0a00 có thể được biểu diễn thành a00
• 00ab có thể được biểu diễn thành ab

Lưu ý: Quy tắc này chỉ áp dụng cho số 0 ở đầu.

2001 : 0db8 : 0000 : 1111 : 0000 : 0000 : 0000 : 0200

2001 :  db8 :    0 : 1111 :    0 :    0 :    0 :  200

2001 : 0db8 : 0000 : 00a3 : ab00 : 0ab0 : 00ab : 1234

2001 :  db8 :    0 :   a3 : ab00 :  ab0 :   ab : 1234

2. Dấu hai chấm kép

Quy tắc thứ hai giúp giảm số ký hiệu của địa chỉ IPv6 bằng cách sử dụng dấu hai chấm kép (::). Thay thế bất kỳ chuỗi đơn hoặc liên tiếp nào của một hoặc nhiều hextet 16 bit.

Ví dụ: Địa chỉ 2001:db8:cafe:1:0:0:0:1 có thể được biểu diễn dưới dạng 2001:db8:cafe:1::1. Dấu hai chấm kép (::) được sử dụng để thay thế cho ba hextet toàn bộ là 0 (0:0:0).

2001 : 0db8 : 0000 : 1111 : 0000 : 0000 : 0000 : 0200

2001 :  db8 :    0 : 1111 :                    :  200

2001:db8:0:1111::200

2001 : 0db8 : 0000 : 0000 : ab00 : 0000 : 0000 : 0000

2001 :  db8 :    0 :    0 : ab00 :: 

2001:db8:0:0:ab00::

2001 : 0db8 : aaaa : 0001 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000

2001 :  db8 : aaaa :    1 ::

2001:db8:aaaa:1::

fe80 : 0000 : 0000 : 0000 : 0123 : 4567 : 89ab : cdef

fe80 :                    :  123 : 4567 : 89ab : cdef

fe80::123:4567:89ab:cdef

fe80 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0001

fe80 :                                         :    1

fe80::1

0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0001

::                                                  1

::1

0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000 : 0000

::

::

Lưu ý: Dấu hai chấm kép (::) chỉ có thể được sử dụng một lần trong một địa chỉ. Khi kết hợp với kỹ thuật loại bỏ số 0 ở đầu, cách biểu diễn của địa chỉ IPv6 thường có thể được giảm đi đáng kể. Đây thường được gọi là định dạng nén.

VI. Các thành phần của địa chỉ IPv6

Một địa chỉ IPv6được chia thành 3 phần: site prefix, subnet ID, interface ID.

• Site prefix: là số được gán đến website bằng một ISP. Theo đó, tất cả máy tính trong cùng một vị trí sẽ được chia sẻ cùng một site prefix. Site prefix hướng tới dùng chung khi nó nhận ra mạng của bạn và cho phép mạng có khả năng truy cập từ Internet.
• Subnet ID: là thành phần ở bên trong trang web, được sử dụng với chức năng miêu tả cấu trúc trang của mạng. Một IPv6 subnet có cấu trúc tương đương với một nhánh mạng đơn như subnet của IPv4.
• Interface ID: có cấu trúc tương tự ID trong IPv4. Số này nhận dạng duy nhất một host riêng trong mạng. Interface ID (thứ mà đôi khi được cho như là một thẻ) được cấu hình tự động điển hình dựa vào địa chỉ MAC của giao diện mạng. ID giao diện có thể được cấu hình bằng định dạng EUI-64.

VII. Các loại địa chỉ IPv6

– Có ba loại địa chỉ IPv6 chính:

1. Unicast – Một địa chỉ IPv6 unicast định danh duy nhất một giao diện trên một thiết bị hỗ trợ IPv6.
2. Multicast
3. Anycast – Một địa chỉ IPv6 anycast là bất kỳ địa chỉ IPv6 unicast nào có thể được gán cho nhiều thiết bị. Gói tin gửi đến một địa chỉ anycast sẽ được định tuyến đến thiết bị gần nhất có địa chỉ đó.

Khác với IPv4, IPv6 không có địa chỉ broadcast.

1. Địa chỉ IPv6 Unitcast

Global Unicast Address (GUA): Đây là địa chỉ định tuyến trên Internet, duy nhất trên toàn cầu. GUA có thể được cấu hình tĩnh hoặc được gán động.

• 3 bit đầu luôn có giá trị là 001 (Prefix=2000::/3)
• Global Routing Prefix: gồm 45 bit. Là địa chỉ được cung cấp cho công ty, cơ quan, tập đoàn hay một tổ chức nào đó khi đăng ký địa chỉ IPv6 public.
• Subnet ID: Gồm 16 bit, là địa chỉ do các tổ chức tự cấp.
• Interface ID: Gồm 54 bit, là địa chỉ của các interface trong subnet.

Link-local Address (LLA): LLAs được sử dụng để giao tiếp với các thiết bị khác trên cùng một liên kết cục bộ.

• 64 bit đầu có giá trị FE80 là giá trị cố định (Prefix=FE80::/64).
• Interface ID: gồm 64 bit kết hợp cùng địa chỉ MAC.

Site Local Address: Được sử dụng trong hệ thống nội bộ (Intranet) tương tự các địa chỉ Private IPv4 (10.X.X.X, 172.16.X.X, 192.168.X.X). Phạm vi sử dụng Site-Local Addresses là trong cùng Site.

• 1111 1110 11: 10 bit đầu là giá trị cố định (Prefix=FEC0/10).
• Subnet ID: gồm 54 bit dùng để xác định các subnet trong cùng site.
• Interface ID: Gồm 64 bit là địa chỉ của các interface trong subnet.

Unique-Local Addresses: Đối với các tổ chức có nhiều Site, Prefix của SLA có thể bị trùng lặp. Có thể thay thế SLA bằng ULA (RFC 4193), ULA là địa chỉ duy nhất của một Host trong hệ thống có nhiều Site với cấu trúc:

• 1111 110: 7 bit đầu là giá trị cố định FC00/7. L=0: Local. → Prefix = FC00/8.
• Global ID: Địa chỉ site. Có thể gán thêm tuỳ ý.
• Subnet ID: Địa chỉ subnet trong site.

2. Địa chỉ IPv6 Multicast

Một địa chỉ IPv6 multicast được sử dụng để gửi một gói tin IPv6 duy nhất đến một hoặc nhiều đích đến.

• Multicast Address được định nghĩa với prefix là FF::/8.
• Từ FF00:: đến FF0F:: là địa chỉ dành riêng được quy định bởi IANA để sử dụng cho mục đích Multicast.
• Octet thứ hai chỉ ra flag và scope của địa chỉ multicast.

Có hai loại địa chỉ multicast:

• Well-known multicast addresses
• Solicited node multicast addresses\

Multicast – FF

Global Unicast – 2/3

Unique Local – FC/FD

Link Local – FE80

VIII. Độ dài tiền tố IPv6

Độ dài tiền tố có thể nằm trong khoảng từ 0 đến 128. Độ dài tiền tố IPv6 được khuyến nghị cho mạng LAN và hầu hết các loại mạng khác là /64.

IX. So sánh địa chỉ Ipv4 và địa chỉ IPv6

Trên đây là một số thông tin về địa chỉ IPv6. Hy vọng nó hữu ích. Cảm ơn các bạn đã tham khảo trên ttnguyen.net.