Tweet
1.1 Nguyên nhân phát triển IPv6
Năm 1973, TCP/IP được 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 người dùng trên toàn thế giới. Theo tính toán của giới chuyên môn, mạng nternet hiện nay đang kết nối hàng trăm ngàn Site với nhau, với khoảng hơn 10 triệu máy tính; trong tương 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.
Bước sang những năm đầu của thế kỷ XXI, ứng dụng của Internet phát triển nhằm cung cấp dịch vụ cho người dùng notebook, cellualar modem và thậm chí nó còn hâm nhập vào nhiều ứng dụng dân dụng khác như TV, máy pha cà phê… Để có thể đưa những khái niệm mới dựa trên cơ sở TCP/IP này thành hiện thực, TCP/IP phải mở rộng. Nhưng một thực tế mà không chỉ giới chuyên môn, mà ngay cả các ISP cũng nhận thức được đó là tài nguyên mạng ngày càng hạn hẹp. Việc phát triển về thiết bị, cơ sở hạ tầng, nhân lực… không phải là một khó khăn lớn. Vấn đề ở đây là địa chỉ IP, không gian địa chỉ IP ngày càng cạn kiệt, càng về sau địa chỉ IP (IPv4) không thể đáp ứng nhu cầu mở rộng mạng đó. Bước tiến quan trọng mang tính chiến lược đối với kế hoạch mở rộng này là việc nghiên cứu cho ra đời một thế hệ sau của giao thức IP, đó chính là IP version 6.
IPv6 ra đời không có nghĩa là phủ nhận hoàn toàn IPv4 (công nghệ mà hạ tầng
mạng chúng ta đang dùng ngày nay). Vì là một phiên bản hoàn toàn mới của công
nghệ IP, việc nghiên cứu, ứng dụng vào thực tiễn luôn là một thách thức rất lớn. Một
trong những thách thức đó liên quan đến khả năng tương thích giữa IPv6 và IPv4, liên
quan đến việc chuyển đổi từ IPv4 lên IPv6, làm thế nào mà người dùng có thể khai
thác những thế mạnh của IPv6 nhưng không nhất thiết phải nâng cấp đồng loạt toàn
bộ mạng (LAN, WAN, Internet…) lên IPv6.
1.2 Những giới hạn của IPv4
IPv4 hỗ trợ trường địa chỉ 32 bit, IPv4 ngày nay hầu như không còn đáp ứng được nhu cầu sử dụng của mạng Internet. Hai vấn đề lớn mà IPv4 đang phải đối mặt là việc thiếu hụt các địa chỉ, đặc biệt là các không gian địa chỉ tầm trung (lớp B) và việc phát triển về kích thước rất nguy hiểm của các bảng định tuyến trong Internet.
Thêm vào đó, nhu cầu tự động cấu hình (Auto-config) ngày càng trở nên cần thiết. Địa chỉ IPv4 trong thời kỳ đầu được phân loại dựa vào dung lượng của địa chỉ đó (số lượng địa chỉ IPv4 ). Địa chỉ IPv4 được chia thành các lớp. 3 lớp đầu tiên được
sử dụng phổ biến nhất. Các lớp địa chỉ này khác nhau ở số lượng các bit dùng để định
nghĩa Network ID.
Ví dụ: Địa chỉ lớp B có 14 bit đầu dành để định nghĩa Network ID và 16 bit 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 lượng 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 thóat địa chỉ nếu sử dụng các lớp địa chỉ không hiệu quả. Mặc dù
lượng địa chỉ IPv4 hiện nay có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng trên thế giới, nhưng cách
thức phân bổ địa chỉ IPv4 không thực hiện được chuyện đó.
Ví dụ: một tổ chức có nhu cầu triển khai mạng với số lượng Host khoảng 300.
để phân địa chỉ IPv4 cho tổ chức này, người 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) được
xây dựng dựa trên khái niệm mặt nạ địa chỉ (address mask). CIDR đã tạm thời khắc
phục được 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. Phương pháp này
giúp hạn chế ảnh hưởng của cấu trúc phân lớp địa chỉ IPv4. Phương 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 lượng của địa chỉ IP trở nên linh động hơn.
Ví dụ: sử dụng địa chỉ IP lớp C với độ dài Subnet Mask 23 (x.x.x.x/23) cho tổ
chức trên. Địa chỉ này có Host ID được định nghĩa bởi 9 bit, tương đương với 512 Host. Địa chỉ này là phù hợp.
Tuy nhiên, CIDR có nhược điểm là Router chỉ có thể xác định được Network ID
và Host ID nếu biết được Subnet mask. Mặc dù có thêm nhiều công cụ khác ra đời
như kỹ thuật Subnetting (1985), kỹ thuật VLSM (1987) và CIDR (1993), các kỹ thuật
trên đã không cứu vớt IPv4 ra khỏi một vấn đề đơn giản: không có đủ địa chỉ cho các
nhu cầu tương lai. Có khoảng 4 tỉ địa chỉ IPv4 nhưng khoảng địa chỉ này là sẽ không
đủ trong tương lai với những thiết bị kết nối vào Internet và các thiết bị ứng dụng
trong gia đình có thể yêu cầu địa chỉ IP.
Một vài giải pháp ngắn hạn, chẳng hạn như ứng dụng RFC 1918 trong đó dùng
một phần không gian địa chỉ làm các địa chỉ dành riêng và NAT là một công cụ cho
phép hàng ngàn Host truy cập vào Internet chỉ với một vài IP hợp lệ. Tuy nhiên, giải
pháp mang tính dài hạn là việc đưa vào IPv6 với cấu trúc địa chỉ 128 bit. Không gian
địa chỉ rộng lớn của IPv6 không chỉ cung cấp nhiều không gian địa chỉ hơn IPv4 mà
còn có những cải tiến về cấu trúc. Với 128 bit, sẽ có 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,45 6 địa chỉ. Một con số khổng lồ.
Trong năm 1994, IETF đã đề xuất IPv6 trong RFC 1752. IPv6 khắc phục một số
vấn đề như thiếu hụt địa chỉ, chất lượng dịch vụ, tự động cấu hình địa chỉ, vấn đề xác
thực và bảo mật.
Năm 1973, TCP/IP được 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 người dùng trên toàn thế giới. Theo tính toán của giới chuyên môn, mạng nternet hiện nay đang kết nối hàng trăm ngàn Site với nhau, với khoảng hơn 10 triệu máy tính; trong tương 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.
Bước sang những năm đầu của thế kỷ XXI, ứng dụng của Internet phát triển nhằm cung cấp dịch vụ cho người dùng notebook, cellualar modem và thậm chí nó còn hâm nhập vào nhiều ứng dụng dân dụng khác như TV, máy pha cà phê… Để có thể đưa những khái niệm mới dựa trên cơ sở TCP/IP này thành hiện thực, TCP/IP phải mở rộng. Nhưng một thực tế mà không chỉ giới chuyên môn, mà ngay cả các ISP cũng nhận thức được đó là tài nguyên mạng ngày càng hạn hẹp. Việc phát triển về thiết bị, cơ sở hạ tầng, nhân lực… không phải là một khó khăn lớn. Vấn đề ở đây là địa chỉ IP, không gian địa chỉ IP ngày càng cạn kiệt, càng về sau địa chỉ IP (IPv4) không thể đáp ứng nhu cầu mở rộng mạng đó. Bước tiến quan trọng mang tính chiến lược đối với kế hoạch mở rộng này là việc nghiên cứu cho ra đời một thế hệ sau của giao thức IP, đó chính là IP version 6.
IPv6 ra đời không có nghĩa là phủ nhận hoàn toàn IPv4 (công nghệ mà hạ tầng
mạng chúng ta đang dùng ngày nay). Vì là một phiên bản hoàn toàn mới của công
nghệ IP, việc nghiên cứu, ứng dụng vào thực tiễn luôn là một thách thức rất lớn. Một
trong những thách thức đó liên quan đến khả năng tương thích giữa IPv6 và IPv4, liên
quan đến việc chuyển đổi từ IPv4 lên IPv6, làm thế nào mà người dùng có thể khai
thác những thế mạnh của IPv6 nhưng không nhất thiết phải nâng cấp đồng loạt toàn
bộ mạng (LAN, WAN, Internet…) lên IPv6.
1.2 Những giới hạn của IPv4
IPv4 hỗ trợ trường địa chỉ 32 bit, IPv4 ngày nay hầu như không còn đáp ứng được nhu cầu sử dụng của mạng Internet. Hai vấn đề lớn mà IPv4 đang phải đối mặt là việc thiếu hụt các địa chỉ, đặc biệt là các không gian địa chỉ tầm trung (lớp B) và việc phát triển về kích thước rất nguy hiểm của các bảng định tuyến trong Internet.
Thêm vào đó, nhu cầu tự động cấu hình (Auto-config) ngày càng trở nên cần thiết. Địa chỉ IPv4 trong thời kỳ đầu được phân loại dựa vào dung lượng của địa chỉ đó (số lượng địa chỉ IPv4 ). Địa chỉ IPv4 được chia thành các lớp. 3 lớp đầu tiên được
sử dụng phổ biến nhất. Các lớp địa chỉ này khác nhau ở số lượng các bit dùng để định
nghĩa Network ID.
Ví dụ: Địa chỉ lớp B có 14 bit đầu dành để định nghĩa Network ID và 16 bit 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 lượng 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 thóat địa chỉ nếu sử dụng các lớp địa chỉ không hiệu quả. Mặc dù
lượng địa chỉ IPv4 hiện nay có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng trên thế giới, nhưng cách
thức phân bổ địa chỉ IPv4 không thực hiện được chuyện đó.
Ví dụ: một tổ chức có nhu cầu triển khai mạng với số lượng Host khoảng 300.
để phân địa chỉ IPv4 cho tổ chức này, người 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) được
xây dựng dựa trên khái niệm mặt nạ địa chỉ (address mask). CIDR đã tạm thời khắc
phục được 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. Phương pháp này
giúp hạn chế ảnh hưởng của cấu trúc phân lớp địa chỉ IPv4. Phương 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 lượng của địa chỉ IP trở nên linh động hơn.
Ví dụ: sử dụng địa chỉ IP lớp C với độ dài Subnet Mask 23 (x.x.x.x/23) cho tổ
chức trên. Địa chỉ này có Host ID được định nghĩa bởi 9 bit, tương đương với 512 Host. Địa chỉ này là phù hợp.
Tuy nhiên, CIDR có nhược điểm là Router chỉ có thể xác định được Network ID
và Host ID nếu biết được Subnet mask. Mặc dù có thêm nhiều công cụ khác ra đời
như kỹ thuật Subnetting (1985), kỹ thuật VLSM (1987) và CIDR (1993), các kỹ thuật
trên đã không cứu vớt IPv4 ra khỏi một vấn đề đơn giản: không có đủ địa chỉ cho các
nhu cầu tương lai. Có khoảng 4 tỉ địa chỉ IPv4 nhưng khoảng địa chỉ này là sẽ không
đủ trong tương lai với những thiết bị kết nối vào Internet và các thiết bị ứng dụng
trong gia đình có thể yêu cầu địa chỉ IP.
Một vài giải pháp ngắn hạn, chẳng hạn như ứng dụng RFC 1918 trong đó dùng
một phần không gian địa chỉ làm các địa chỉ dành riêng và NAT là một công cụ cho
phép hàng ngàn Host truy cập vào Internet chỉ với một vài IP hợp lệ. Tuy nhiên, giải
pháp mang tính dài hạn là việc đưa vào IPv6 với cấu trúc địa chỉ 128 bit. Không gian
địa chỉ rộng lớn của IPv6 không chỉ cung cấp nhiều không gian địa chỉ hơn IPv4 mà
còn có những cải tiến về cấu trúc. Với 128 bit, sẽ có 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,45 6 địa chỉ. Một con số khổng lồ.
Trong năm 1994, IETF đã đề xuất IPv6 trong RFC 1752. IPv6 khắc phục một số
vấn đề như thiếu hụt địa chỉ, chất lượng dịch vụ, tự động cấu hình địa chỉ, vấn đề xác
thực và bảo mật.
Comment