Trước khi bắt đầu chi tiết về IPv6, trước tiên chúng ta phải thảo luận về lịch sử của IPv4 – giao thức Layer 3 được sử dụng nhiều nhất trong các mạng doanh nghiệp về trên internet hiện nay.
IPv4 - Internet Protocol Version 4
IPv4 được giới thiệu vào cuối những năm 1970 và lần đầu tiên được mô tả chính thức trong RFC 760 vào tháng 1 năm 1980, sau đó được thay thế bởi RFC 791 vào tháng 9 năm 1981. Trong những năm đầu tiên đối với mạng máy tính, có ít hơn vài nghìn máy chủ trên internet, vì vậy số lượng địa chỉ IPv4 có thể được chỉ định là 4,29 tỷ dường như rất lớn và không thể bị cạn kiệt.
Sau đó, vào đầu những năm 1990 và 2000, mạng toàn cầu (www) được giới thiệu và người dùng Internet tăng lên đáng kể. Nhưng ngay cả khi đó, các thiết bị được kết nối đã lên tới hàng chục triệu và không gian địa chỉ IPv4 dường như đủ trong nhiều năm tới. Sau đó vào đầu những năm 2010, thiết bị di động chiếm lấy cuộc sống của chúng ta và số lượng người dùng Internet tăng vọt rất nhanh chóng. Bạn có thể thấy trong hình 1 rằng trong năm 2012, có 8.8 tỷ thiết bị được kết nối. Điều này dẫn đến câu hỏi – Làm thế nào để 8 tỷ thiết bị được kết nối với mạng toàn cầu nếu chỉ có 4.29 tỷ địa chỉ IPv4 khả thi.
Vào đầu những năm 2000, các công nghệ mạng như Network Proxy và Network Address Translation(NAT) đã được giới thiệu như một giải pháp ngắn hạn cho sự cạn kiệt của các địa chỉ IPv4 Public. Điều này cho phép sử dụng các dải địa chỉ IPv4 được phân bổ cụ thể (thường là 10.xxx, 172.16.xx hoặc 192.168.xx) trong các mạng nội bộ, đồng thời chia sẻ một địa chỉ IP Public khi giao tiếp với internet công cộng. Tuy nhiên, mọi mạng riêng vẫn yêu cầu ít nhất một hoặc một vài địa chỉ IPv4 Public.
Địa chỉ IP được chỉ định như thế nào?
Tại thời điểm này, bạn có thể tự hỏi, ai là người chỉ định địa chỉ IP Public và ai là người kiểm soát và giám sát toàn bộ quá trình. Có một cơ quan toàn cầu được gọi là The Internet Assigned Numbers Authority (IANA) chịu trách nhiệm điều phối toàn cầu của các hệ thống địa chỉ Giao thức Internet, cũng như Số hệ thống tự trị được sử dụng để định tuyến lưu lượng truy cập Internet. Tuy nhiên, họ không trực tiếp cung cấp địa chỉ IP cho các nhà cung cấp và khách hàng cuối. Đối với mọi khu vực địa lý trên thế giới, có một cơ quan quản lý khu vực khác chịu trách nhiệm quản lý địa chỉ IP Pulic trong khu vực tương ứng.
Do đó, IANA là cơ quan chỉ định địa chỉ IP theo khối lớn / 8 khối cho 5 Cơ quan đăng ký Internet khu vực (RIP). Sử dụng các khối địa chỉ lớn /8 này, các RIP sau đó cung cấp các địa chỉ công khai cho Nhà cung cấp dịch vụ, Nhà cung cấp đám mây và các khách hàng cuối khác.
Hình dưới đây cho thấy Nhà cung cấp Internet khu vực cho từng khu vực địa lý trên thế giới.
- AFRINIC – Khu vực Châu Phi.
- APNIC – Khu vực Châu Á / Thái Bình Dương.
- ARIN – Canada, Hoa Kỳ và một số quần đảo Caribe.
- LACNIC – Châu Mỹ Latinh và một số quần đảo Caribe.
- RIPE NCC – Châu Âu, Trung Đông và Trung Á.
Cạn kiệt địa chỉ IPv4
Năm 20211, IANA đã phân bổ hai khối lớn không gian địa chỉ IPv4 Public cuối cùng là 39.0.0.0/8 và 106.0.0.0/8 cho nhà cung cấp khu vực Châu Á – Thái Bình Dương – APNIC. Tại thời điểm này, còn lại 5/8 khối địa chỉ và IANA quyết định rằng chúng sẽ được phân bổ đồng đều cho 5 nhà cung cấp khu vực. Sau đó,IANA đã chính thức hết địa chỉ IPv4 Public.
Vào năm 2015, ARIN, RIR cho Bắc Mỹ, đã phân bổ các khối địa chỉ cuối cùng còn lại và cũng đã hết địa chỉ IPv4 Public. Hiện tại, 4 trong số 4 RIR không còn không gian địa chỉ khả dụng để phân bổ. AFRINIC là nhà cung cấp khu vực cuối cùng còn lại bất kỳ địa chỉ IPv4 nào.
Điều này có nghĩa là địa chỉ IPv4 không còn khả dụng cho khác hàng cuối? Không. Khách hàng vẫn có thể nhận địa chỉ IPv4 từ hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ địa phương và đám mây. Tuy nhiên, nhiều ISP bị hạn chế nghiêm trọng. Trước tình trạng cạn kiệt địa chỉ IPv4 này, một “thị trường xám” cho địa chỉ IPv4 đã xuất hiện. Một số trang web đang đóng vai trò là một môi giới cho các tổ chức muốn bán hoặc cho thuê không gian địa chỉ IPv4.
IPv5 – Internet Protocol Version 5
Trước khi chúng ta đi sâu vào lĩnh vực của IPv6, trước tiên hãy trả lời một câu hỏi mà bạn có thể hỏi: Tại sao IPv6 lại xuất hiện IPv4? Đã từng có Internet Protocol Version 5 chưa?
Câu trả lời là CÓ.
IPv5 được tạo ra vì lý do thử nghiệm, đặc biệt cho truyền video và thoại. Các công ty lớn như Apple và Sun đã thử nghiệm với nó nhưng nó không bao giờ thành hiện thực. Sau đó, công việc được thực hiện trên IPv5 được sử dụng làm nền tảng cho các giao thức VoIP ngày nay.
Giới thiệu về IPv6
Vào đầu những năm 1990, IETF (Internet Engineering Task Force) bắt đầu thảo luận về số lượng người dùng Internet ngày càng tăng nhanh và quy mô ngày càng tăng của bảng định tuyến Internet. Đồng ý rằng đã đến lúc bắt đầu phát triển một giao thức lớp mạng mới có thể khắc phục những hạn chế của IPv4 hiện tại và hỗ trợ sự phát triển của mạng trong tương lai. Sau khi điều tra nhiều đề xuất và dự thảo, bộ giao thức được gọi là IPv6 đã được đưa vào Tiêu chuẩn Dự thảo của IETF vào tháng 12 năm 1998. Năm 1999, Cơ quan cấp số hiệu Internet (IANA) đã thực hiện chuyển nhượng đầu tiên các khối địa chỉ IPv6 công cộng cho Cơ quan đăng ký Internet khu vực.
IPv6 - không chỉ là địa chỉ dài hơn
Thoạt nhìn, nhiều kỹ sư nghĩ rằng IPv6 chỉ là một không gian địa chỉ lớn hơn và mọi thứ khác đều giống như IPv4. Hóa ra IPv6 không chỉ là các địa chỉ dài hơn. Các mục tiêu ban đầu được đặt ra khi thiết kế IPv6 là đạt được bảo mật đầu cuối, chất lượng dịch vụ, không gian địa chỉ lớn hơn và đơn giản hóa định dạng tiêu đề hiệu quả hơn. Cuối cùng, những cải tiến sau trên IPv4 đã được thực hiện:
- Định dạng tiêu đề mới - hầu hết các trường không thiết yếu trong tiêu đề IPv4 đã được chuyển ra khỏi tiêu đề IPv6, làm cho nó hiệu quả hơn cho các bộ định tuyến trung gian.
- Khả năng mở rộng - IPv6 được thiết kế để có thể dễ dàng mở rộng bằng cách thêm các tiêu đề mở rộng sau tiêu đề IPv6.
- Không gian địa chỉ lớn - IPv6 có các trường địa chỉ 128 bit, cho phép nhiều cấp độ mạng con và phân bổ địa chỉ hiệu quả hơn từ các nhà cung cấp internet trong khu vực.
- Bảo mật tốt hơn - IPSec được tích hợp sẵn và là một phần của giao thức IPv6. IPv6 có phần mở rộng tiêu đề giúp dễ dàng thực hiện mã hóa và xác thực.
- Định địa chỉ máy chủ không trạng thái và trạng thái (SLAAC) - Trong trường hợp không có máy chủ DHCP, các máy chủ trong mạng LAN có thể tự động lấy địa chỉ IP và bắt đầu sử dụng mạng.
- Tương tác LAN hiệu quả hơn - Giao thức ARP dựa trên quảng bá được thay thế bằng các bản tin Khám phá hàng xóm ICMPv4 hiệu quả hơn sử dụng phát đa hướng thay vì quảng bá.
- Nhiều địa chỉ IPv6 trên mỗi thiết bị - Máy chủ có thể có nhiều địa chỉ IPv6 trên cùng một mạng con. Điều này cho phép cải thiện bảo mật, quyền riêng tư cao hơn và tạo khả năng cho các tính năng mạng bổ sung.
- Các kiểu địa chỉ mới - Các kiểu địa chỉ lớp mạng mới đã được bao gồm trong bộ IPv6, chẳng hạn như địa chỉ liên kết cục bộ IPv6 không thể định tuyến.
Điều quan trọng cần lưu ý là do độ dài địa chỉ IPv6 khác nhau, nhiều giao thức và chức năng khác trong mạng thay đổi. Ví dụ: hầu hết các giao thức định tuyến dựa vào việc hiểu địa chỉ IPv4 và đưa chúng vào các bản cập nhật và các thông báo khác. Do đó, để hỗ trợ IPv6, họ phải thay đổi định dạng thông báo của mình, điều này thường dẫn đến việc viết lại toàn bộ giao thức định tuyến. Logic tương tự cũng áp dụng cho một số giao thức lớp trên. Do đó, việc di chuyển từ IPv4 sang IPv6 phức tạp hơn nhiều so với việc thay đổi một địa chỉ IP từ v4 sang v6.
Dòng thời gian IPv6
Sau khi IPv6 lần đầu tiên được định nghĩa trong RFC 1883, quá trình chấp nhận nó chậm hơn so với dự kiến ban đầu. Vào một thời điểm nào đó trong những năm 2000, các kỹ sư dự kiến rằng tất cả các mạng trên thế giới sẽ chỉ chuyển đổi sang IPv6 trong vài năm tới. Tuy nhiên, điều này chưa bao giờ thực sự xảy ra, bởi vì không có động cơ mạnh mẽ nào từ quan điểm doanh thu để thay thế thiết bị và ứng dụng mạng. Trong hình 4, một số mốc quan trọng được thể hiện.
Triển khai IPv6
Ở một số quốc gia như Ấn Độ, Nhật Bản và Hoa Kỳ, các mạng di động có mức độ triển khai IPv6 rất cao. Ngoài ra, một số công ty CNTT lớn nhất trên thế giới như Amazon, Microsoft, Linkedin và Facebook đã bắt đầu quá trình tắt IPv4 trong trung tâm dữ liệu của họ và chỉ sử dụng IPv6. Ví dụ: Facebook đã chuyển sang sử dụng 100% địa chỉ IPv6 trong tất cả các trung tâm dữ liệu của mình vào năm 2017 và đang nỗ lực triển khai IPv6 cho phần còn lại của cơ sở hạ tầng.
Bản tóm tắt
- Sự kết hợp giữa định địa chỉ riêng và Dịch địa chỉ mạng (NAT) đã làm chậm sự cạn kiệt của địa chỉ IPv4 công cộng. Tuy nhiên, với sự xuất hiện của các nhà cung cấp Cloud, nhu cầu về các địa chỉ công cộng tăng lên nhanh chóng.
- Internet là giai đoạn cuối cùng của việc cung cấp địa chỉ IPv4 công cộng. Với việc áp dụng nhanh chóng các dịch vụ đám mây, chúng ta cuối cùng sẽ hết địa chỉ IPv4 rất sớm.
- IPv6 không chỉ là địa chỉ dài hơn. Nó cung cấp các tính năng bổ sung như Khám phá vùng lân cận (NDP), Tự động định cấu hình địa chỉ không trạng thái (SLAAC), cải thiện bảo mật và hiệu quả tốt hơn.
- Trên thực tế, IPv4 và IPv6 sẽ cùng tồn tại trong nhiều năm tới.
Cộng Đồng