Chuyên đề IPv6: phần 1: Giới thiệu

Chuyên đề IPv6: phần 1: Giới thiệu

 
Hai vấn đề lớn mà IP v.4 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.

Trong những năm 1990, 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 thứ bậc của CIDR đã cải tiến khả năng mở rộng của IPv.4. 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 IP v.4 ra khỏi một vấn đề đơn giản: không có đủ địa chỉ cho các nhu cầu tương lai. Có khoảng 4 tỉ địa chỉ IPv.4 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 tạm thời, chẳng hạn như dùng RFC1918 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 hosts truy cập vào Internet chỉ với một vài IP hợp lệ. Tuy nhiên giải pháp mang tính dài hạn là việc đưa vào IPv.6 với cấu trúc địa chỉ 128-bit. Không gian địa chỉ rộng lớn của IPv.6 không chỉ cung cấp nhiều không gian địa chỉ hơn IPv.4 mà còn có những cải tiến về cấu trúc. Với 128 bits, sẽ có 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 địa chỉ.

Trong năm 1994, IETF đã đề xuất IPv.6 trong RFC 1752. IPv.6 khắc phục vào 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. Đối với một doanh nghiệp đã dùng hạ tầng mạng theo IPV4, để chuyển sang IPv6 không phải là việc dễ dàng. Một giao thức IP mới sẽ yêu cầu các phần mềm mới, các phần cứng mới và các phương pháp quản trị mới. Cũng có thể, IPv4 và IPv6 sẽ cùng tồn tại, ngay cả bên trong một Autonomous System trong khoảng thời gian sắp tới.

IP v.6 có các đặc điểm và lợi ích như sau:

Không gian địa chỉ rộng lớn

Địa chỉ unicast và địa chỉ multicast

Tổng hợp địa chỉ (address aggregation)

Tự động cấu hình

Renumbering

Cấu trúc header đơn giản, hiệu quả

Bảo mật

Cơ động

Như được định nghĩa trong RFC1884 và RFC2373, các địa chỉ IPv6 là 128-bit dùng để nhận dạng cho các cổng của routers và tập các cổng của routers. Có ba kiểu địa chỉ tồn tại:

- Unicast: là địa chỉ cho một giao tiếp. Một gói dữ liệu được gửi tới một địa chỉ Unicast sẽ được phân phối tới cổng giao tiếp được chỉ ra bởi địa chỉ đó.

- Anycast: là địa chỉ cho tập hợp các cổng giao tiếp. Các tập này thông thường thuộc về các node khác nhau. Một gói dữ liệu được gửi tới một địa chỉ anycast sẽ được phân phối đến cổng giao tiếp gần nhất hay đầu tiên trong nhóm anycast.

- Multicast: địa chỉ cho một tập hợp các cổng giao tiếp (thông thường thuộc về các node khác nhau). Khi một gói được gửi đến một địa chỉ multicast, tất cả các cổng giao tiếp sẽ nhận được gói dữ liệu này.

Để viết một địa chỉ dạng 128-bit ở dạng dễ đọc hơn, kiến trúc của IPv6 đã loại bỏ dạng cú pháp dấu chấm thập phân của IPv4 mà chỉ dùng dạng thập lục phân. Vì vậy, IPv6 có thể được viết bao gồm 32 ký tự dạng hex với dấu hai chấm ‘:’ tách địa chỉ ra thành tám phần, mỗi phần có chiều dài 16-bit.

Theo các kế hoạch hiện tại, các node chạy IPv6 kết nối vào Internet sẽ dùng một kỹ thuật gọi là địa chỉ khả kết toàn cục (aggregatable global unicast address). Trong đó có nhiều điểm tương đồng với kỹ thuật summary như trong version 4.

Địa chỉ tích hợp của IPv6 có ba mức:

Mức public topology: là tập hợp các nhà cung cấp kết nối Internet.

Mức vùng: mức này là cục bộ đối với các tổ chức.

Mức cổng giao tiếp: mức này ảnh hưởng đến các cổng giao tiếp riêng lẽ. Link-local address là địa chỉ chỉ được sử dụng trên 1 kết nối (hay 1 cổng của router) và địa chỉ này phải duy nhất trong liên kết đó. Địa chỉ này có thể được sử dụng trong mạng cục bộ (các máy có chung địa chỉ mạng )và có thể không có router trong mạng này. Địa chỉ này có dạng :FE80::. Subnet ID của lọai địa chỉ này được gán =0. Do đó lọai địa chỉ này không thể được sử dụng để giao tiếp ra khỏi subnet cục bộ được.

Bài 18:

Trong môi trường Ethernet LAN, tập hợp các thiết bị cùng nhận một gói broadcast bởi bất kỳ một thiết bị còn lại được gọi là một broadcast domain. Trên các switch không hỗ trợ VLAN, switch sẽ đẩy tất cả các broadcast ra tất cả các cổng, ngoại trừ cổng mà nó nhận frame. Kết quả là, tất cả các interface trên loại switch này là cùng broadcast domain. Nếu switch này kết nối đến các switch và các hub khác, các cổng trên switch này cũng sẽ trong cùng broadcast domain.

Một VLAN đơn giản là một tập hợp của các switchport nằm trong cùng broadcast domain. Các cổng có thể được nhóm vào các vlan khác nhau trên từng switch và trên nhiều switch. Bằng cách tạo ra nhiều VLAN, các switch sẽ tạo ra nhiều broadcast domains. Khi đó, khi có một broadcast được gửi bởi một thiết bị nằm trong một vlan sẽ được chuyển đến những thiết bị khác trong cùng vlan, tuy nhiên broadcast sẽ không được forward đến các thiết bị trong vlan khác.

Mỗi Vlan nên có một ip subnet hay nói cách khác, các thiết bị trong một vlan thường dùng chung một dãy địa chỉ IP.Tuy nhiên, ta vẫn có thể đặt nhiều địa chỉ trong một vlan và dùng secondary address trên các routers để định tuyến giữa các vlan và các subnets. Bạn cũng có thể thiết kế một mạng dùng chỉ một subnets trên nhiều vlan và dùng routers với chức năng proxy-arp để chuyển traffic giữa các hosts trong các vlan này.

Private vlan có thể được xem như gồm một subnet trên nhiều vlan. Các L2 switch chuyển các frame giữa các thiết bị trên cùng một vlan nhưng nó không chuyển frame giữa các thiết bị khác vlan. Để chuyển dữ liệu giữa hai vlan, một thiết bị L3 switch hoặc routers phải được dùng.

VTP quảng bá các thông tin cấu hình vlan đến các switch láng giềng để các cấu hình vlan có thể được thực hiện trên một switch, trong khi tất cả các switch khác trong hệ thống mạng sẽ học thông tin vlan. VTP thường quảng bá các thông tin như vlan ID, vlan name và kiểu vlan cho từng vlan. Tuy nhiên, VTP thường không quảng bá bất cứ thông tin nào về các switchport nào trong từng vlan nào, vì vậy cấu hình kết hợp switch interface nào với vlan nào vẫn phải được cấu hình trên từng switch. Ngoài ra, sự tồn tại của vlan ID được dùng cho private vlan cũng được quảng bá, nhưng các thông tin chi tiết bên trong private vlan cũng sẽ không được quảng bá bởi VTP.

Tiến trình cập nhật của VTP bắt đầu khi người quản trị thêm vào hoặc xóa cấu hình của vlan trên VTP server. Khi cấu hình mới xuất hiện, VTP sẽ tăng giá trị VTP revision lên 1 và quảng bá toàn bộ cơ sở dữ liệu vlan với giá trị revision number mới. Khái niệm chỉ số VTP cho phép các switch biết khi nào có sự thay đổi trong cơ sở dữ liệu vlan. Khi nhận được một cập nhật VTP, nếu chỉ số VTP trong cập nhật VTP là cao hơn chỉ số revision number hiện hành, switch sẽ cho rằng có một phiên bản mới của cơ sở dữ liệu vlan.

Mặc định Cisco switch dùng chế độ VTP server nhưng switch sẽ không gửi các cập nhật VTP cho đến khi nào nó được cấu hình VTP domain name. Ở thời điểm này, server bắt đầu gửi các cập nhật VTP với các phiên bản cơ sở dữ liệu khác nhau và các chỉ số revision number khác nhau khi có thông tin cấu hình vlan database thay đổi. Tuy nhiên các VTP client thật sự không được cấu hình VTP domain name. Nếu không được cấu hình, client sẽ giả sử là nó sẽ dùng VTP domain name trong gói tin cập nhật VTP đầu tiên mà nó nhận được. Tuy nhiên, client vẫn phải cần cấu hình VTP mode. Khi cấu hình VTP, để tăng tính dự phòng, các hệ thống mạng dùng VTP thường dùng tối thiểu hai VTP server. Trong điều kiện bình thường, một sự thay đổi về vlan có thể chỉ thực hiện trên switch server và các VTP server khác sẽ cập nhật sự thay đổi này. Sau khi cập nhật xong, VTP server sẽ lưu các thông tin cấu hình vlan thường trực (ví dụ như trong NVRAM) trong khi client không lưu thông tin này.

Việc hỗ trợ nhiều VTP server gây ra một khả năng khác là việc vô tình thay đổi cấu hình vlan của hệ thống mạng. Khi một VTP Client hoặc một VTP transparent switch kết nối lần đầu vào một hệ thống mạng thông qua kết nối trunk, nó không thể ảnh hưởng đến cấu hình hiện tại bởi vì các chế độ hoạt động này không tạo ra các gói tin cập nhật VTP. Tuy nhiên nếu một switch mới hoạt động ở chế độ VTP server được gắn vào mạng thông qua kết nối trunk, switch đó có khả năng thay đổi cấu hình vlan của các switch khác bằng chính thông tin của switch mới. Nếu switch mới có các đặc điểm sau, nó sẽ có thể thay đổi cấu hình các switch khác:

- Kết nối là trunk.

- Switch mới có cùng VTP domain.

- Chỉ số revision number là cao hơn các switch hiện có.

- Nếu mật khẩu của VTP domain là được cấu hình, mật khẩu của switch mới phải là giống.

 Chỉ số revision number và tên VTP domain có thể được thấy thông qua các phần mềm sniffer. Để ngăn ngừa kiểu tấn công DoS dùng VTP, hãy cài đặt mật khẩu cho VTP. Mật khẩu này thường được mã hóa dạng MD5. Ngoài ra, vài nơi triển khai chỉ đơn giản dùng VTP transparent mode trên tất cả các switch, ngăn ngừa switch khỏi việc lắng nghe các cập nhật VTP từ các switch khác.

Bài 19:

Gigabit Ethernet và 10Gigabit Ethernet

Gigabit Ethernet

Ở GE, lớp vật lý đã được bổ sung để tăng tốc độ truyền. Có hai công nghệ đã được kết hợp với nhau để đạt được ưu điểm của từng công nghệ: IEEE 802.3 và ANSI X3T11 FibreChannel. Các yếu tố của 802.3 như định dạng frame, CSMA/CD, fullduplex và các đặc điểm khác vẫn được giữ lại. FibreChannel thì cung cấp một nền tảng mạch ASIC tốc độ cao, các thành phần cáp quang, các cơ chế mã hóa, giải mã….Kết quả của hai giao thức này là IEEE 802.3z Gigabit Ethernet.

Gigabit Ethernet hỗ trợ vài loại cabling, được gọi là 1000BaseX.

Trong mạng campus, bạn có thể dùng Gigabit Ethernet trong switch block, core block và server block. Trong switch block, GE có thể dùng để kết nối access layer switch lên distribution switch. Trong core block, GE dùng để kết nối distribution lên core switch và kết nối các thiết bị core với nhau. Trong server block, GE có thể cung cấp các kết nối tốc độ cao đến từng server riêng lẽ.

Trên Cisco switch, các cổng Gigabit luôn được thiết lập ở chế độ fullduplex. Do đó quá trình tự động bắt tay duplex mode là không thể.

Các switch Catalyst đã chuẩn hóa các giao tiếp GBIC và SFP. GBIC và SFP cho phép các loại cáp khác nhau có thể kết nối. Các module giao tiếp là hotswappable và có khả năng cắm vào switch để hỗ trợ loại media khác. Các giao tiếp GBIC có thể dùng giao tiếp cáp quang SC và RJ45, SFP có thể dùng LC và MT-RJ fiber optic. GBIC và SFP được hỗ trợ trên những cổng Gigabit Ethernet sau:

1000BaseSX dùng SC connector và cáp quang multimode MMF cho khoảng cách lên đến 550m.

1000BaseZX dùng SC connector và SMF, có khoảng cách lên đến 70km thậm chí đến 100km với loại cáp quang tốt.

Gigastack dùng một loại connector đặc biệt với tốc độ truyền dữ liệu cao giúp bảo toàn tín hiệu và chống nhiễu, cho phép kết nối GBIC-GBIC giữa các switch. Kết nối là fullduplex nếu chỉ có một stacking connector được dùng. Nếu cả hai connector được dùng, kết nối này trở thành halfduplex trên shared bus.

 Các module quang luôn có chân nhận dữ liệu bên trái và chân truyền dữ liệu bên phải. Các module này có thể tạo ra các bức xạ, vì vậy phải luôn che các chân bằng các nút cao su và không nên nhìn trực tiếp vào connector.

Các đặc điểm lớp 2 của Ethernet vẫn được bảo toàn: định dạng frame, MAC protocol vẫn không thay đổi. 10GbE khác với các công nghệ Ethernet tiền bối của nó chỉ ở lớp PHYSICAL.10GbE hoạt động chỉ ở full duplex. Chuẩn này định nghĩa vài kiểu transceiver có thể được dùng như các giao tiếp phần cứng độc lập (PMD – Physical media dependent).

LAN PHY: Kết nối các switch trong mạng campus, chủ yếu là ở lớp core.

Các giao tiếp PMD cũng có một cách đặt tên chuẩn chung, giống như GigabitEthernet. Chuẩn 10-Gigabit sẽ có ký hiệu là 10GBASE-X. Bảng dưới đây sẽ liệt kê các loại PMD khác nhau. Tất cả các loại PMD dùng cáp quang có thể được dùng trong LAN PHY hay WAN PHY ngoại trừ loại 10Gbase-LX4, chỉ dùng cho LAN PHY. Ngoài ra, bạn cần biết rằng các loại PMD có bước sóng dài thường có chi phí cao hơn các loại khác.

Mạng Ethernet 10Mbps

Ethernet là một công nghệ LAN dựa trên chuẩn IEEE 802.3. Ethernet cung cấp băng thông 10Mbps giữa các người dùng cuối. Ở dạng đơn giản nhất, Ethernet sử dụng một thiết bị chia sẽ băng thông (hub). Thiết bị này bị xem như là một collision domain và broadcast domain. Khi số lượng người dùng tăng lên, khả năng một người dùng truyền dữ liệu ở một thời điểm cũng tăng lên. Nếu có một người dùng khác cũng cố gắng truyền dữ liệu, xung đột (collision) sẽ xảy ra. Nói cách khác, cả hai người dùng không thể truyền dữ liệu ở cùng một thời điểm nếu cả hai cùng dùng chung một hub. Ethernet hoạt động dựa trên công nghệ CSMA/CD. Theo đó, không có đụng độ xảy ra, một máy truyền phải lui về một khoảng thời gian ngẫu nhiên. Switched Ethernet giải quyết vấn đề này bằng cách cấp một phần băng thông 10Mbps đến từng port. Lúc này, collision ít xảy ra và collision domain sẽ giảm. Do đó, các máy trạm không còn phải chờ đến lượt để truyền. Thay vào đó, các máy trạm có thể hoạt động ở chế độ fullduplex: truyền và nhận đồng thời. Chế độ fullduplex sẽ tăng hiệu năng của hệ thống mạng, cung cấp một thông lượng 20Mbps.

Một mối quan tâm khác khi nói về mạng Ethernet 10-Mbps là vấn đề cáp. Ethernet thường dùng cáp UTP, có giới hạn khoảng cách 100m. Trong mạng campus, Ethernet thường được dùng ở lớp access, giữa các thiết bị của người dùng cuối. Ethernet 10Mbps không được dùng ở lớp distribution hay lớp core.

Fast Ethernet

Fast Ethernet hoạt động ở tốc độ 100Mbps và được đặc tả trong IEEE802.3u. Các nguyên tắc CSMA/CD, vấn đề cáp và các giao thức lớp cao hơn đều được duy trì giống như trong Ethernet. Mạng campus thường dùng FE ở các switch lớp access hoặc distribution nếu như không có sẵn các kết nối tốc độ cao hơn. Cáp được dùng cho FastEthernet thường là UTP hoặc cáp quang.

 

Công nghệ	Kiểu cáp	Số cặp	Chiều dài cáp
100Base-TX	EIA/TIA cat 5 UTP	2	100m
100Base-T2	EIA/TIA Cat 3 4 5 UTP	2	100m
100BaseT4	EIA/TIA Cat 3 4 5 UTP	4	100m
100Base FX	Cáp quang đa mode MMF: 62.5 micron core, 125 micron core (62.5/125)	4	100m
	Single mode fiber SMF	1	10k

 

Chế độ full-duplex

Cũng giống như trong Ethernet, để cải tiến performance ta có thể dùng chế độ fullduplex. FE có thể cung cấp tốc độ truyền lên đến 100Mbps trong mỗi chiều truyền, dẫn đến kết quả 200Mbps throughput. Thông lượng tối đa 200Mbps này chỉ đạt được khi một thiết bị (trạm làm việc, server, routers hay một switch khác) kết nối trực tiếp đến một switchport. Nói cách khác, các thiết bị đầu cuối của một kết nối phải hỗ trợ fullduplex, có khả năng truyền mà không phải chờ phát hiện và khôi phục khỏi xung đột.

Đặc tả của FastEthernet cũng cho phép tương thích ngược với 10Mbps Ethernet truyền thống. Trong trường hợp 100BaseTX, các switchport thường được gọi là 10/100 để chỉ ra tốc độ dualspeed. Khi này, hai thiết bị ở hai đầu kết nối sẽ tự động dò tìm tốc độ sao cho cả hai có thể hoạt động ở tốc độ cao nhất. Quá trình dò tìm này bao gồm việc phát hiện và chọn lựa công nghệ ở lớp vật lý, tìm chế độ halfduplex hay fullduplex. Nếu cả hai đầu của kết nối được cấu hình theo kiểu autonegotiate, tốc độ chung cao nhất giữa hai thiết bị sẽ được dùng.

Trong quá trình bắt tay dò tìm chế độ duplex của một kết nối, một số thông tin sẽ được trao đổi qua lại giữa hai thiết bị. Điều này có nghĩa là, để cho quá trình dò tìm tự động là thành công, cả hai đầu phải được thiết lập ở chế độ autonegotiate. Nếu khác đi (nghĩa là chỉ có một đầu thiết lập ở autonegotiate), một đầu của kết nối sẽ không nhận được thông tin từ đầu kia và sẽ không có khả năng xác định chế độ chính xác đang được dùng. Nếu quá trình autonegotiation là thất bại, một switchport sẽ trở về chế độ tự động của nó là halfduplex.

Cần chú ý về vấn đề duplex mismatch khi cả hai đầu của kết nối đều không cấu hình cho autonegotiation. Khi có mismatch xảy ra, một đầu của kết nối sẽ dùng full-duplex trong khi đầu xa dùng halfduplex. Kết quả là máy trạm đang hoạt động ở chế độ half-duplex sẽ luôn phát hiện ra collision khi cả hai đều muốn truyền. Máy trạm đang chạy ở full-duplex sẽ giả sử là nó có quyền truyền ở bất kỳ thời điểm nào. Máy trạm này sẽ không dùng lại và chờ. Tình trạng này dẫn đến lỗi trên kết nối và tốc độ đáp ứng rất chậm giữa các máy.

Quá trình bắt tay sẽ dùng bảng các độ ưu tiên dưới đây. Khi cả hai đầu kết nối có thể bắt tay nhau ở nhiều tốc độ, tốc độ nào có độ ưu tiên cao nhất sẽ được dùng. Ví dụ, nếu cả hai thiết bị có thể chạy ở mức 6 (100BbaseTX fullduplex) và mức 2 (10base2full), mức 6 sẽ được dùng.

Để đảm bảo cấu hình chính xác ở cả hai đầu của kết nối, Cisco khuyến cáo các giá trị về tốc độ truyền, duplex mode phải được cấu hình thủ công (manually) trên các switchports. Yếu tố này giúp loại trừ khả năng một bên thay đổi các cài đặt, dẫn đến kết nối có thể không dùng được. Nếu bạn đã cấu hình thủ công switchport, hãy thiết lập luôn cho thiết bị trên đầu kia của kết nối các thông số tương ứng. Nếu khác đi, vấn đề speed mismatch hay duplex mismatch sẽ xảy ra.

Bài 21: