Địa chỉ IPv6 là gì? So sánh IPv4 và IPv6

Với sự phát triển theo cấp số nhân của các thiết bị Internet, số lượng địa chỉ IPv4 không còn đáp ứng được nhu cầu kết nối mạng ngày nay. Để giải quyết vấn đề này, thế hệ tiếp theo của giao thức IP đã được ra đời, đó chính là IPv6. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về địa chỉ IPv6, so sánh sự khác biệt và ưu nhược điểm giữa IPv4 và IPv6 nhé.

Tổng quan về IPv6

Địa chỉ IPv6 là gì?

IPv6 hay Internet Protocol Version 6 là thế hệ tiếp theo của IPv4, vốn tồn tại đến nay đã hơn nửa thế kỷ. IPv6 là 1 chuỗi ký tự hexa bao gồm cả chữ và số được gán cho mỗi giao diện mạng của các thiết bị đầu cuối hoặc các bộ định tuyến, chuyển mạch, tường lửa,… để chúng kết nối được với nhau trong mạng nội bộ hoặc trên internet.

IPv6 được phát triển vào những năm 1990 bởi Tổ chức Chuyên trách về Kỹ thuật Liên mạng (IETF) nhằm giải quyết tình trạng dần cạn kiệt của địa chỉ IPv4 do sự bùng nổ của số lượng người dùng Internet và tiến tới thay thế IPv4.

Cấu trúc của IPv6

Nếu như IPv4 sử dụng 32 bit nhị phân thì IPv6 sử dụng tới 128 bit, số địa chỉ được tạo ra từ bội số này cũng lớn hơn rất nhiều so với IPv4. Với IPv4, tổng số địa chỉ có thể được sử dụng là 2³² , tương đương với khoảng 4,3 tỷ địa chỉ. Còn với IPv6 là 2¹²⁸ địa chỉ, đây là 1 con số vô cùng lớn, do đó IPv6 gần như sẽ không bị cạn kiệt địa chỉ như IPv4 trong tương lai. 128 bit của IPv6 được chia thành 8 nhóm với mỗi nhóm có 4 chữ số thập lục phân (Hexademical) và mỗi nhóm được phân cách nhau bằng dấu 2 chấm. Ví dụ như sau: 2001:0f68:0000:0000:0000:0000:1978:69af

Địa chỉ IPv6 cũng được chia làm 2 phần:

• 64 bit đầu đại diện cho prefix, được dùng xác định thiết bị thuộc về mạng nào và định tuyến đường đi cho gói tin. Trong đó 48 bit đầu là Global Routing prefix, được nhà cung cấp dịch vụ ISP chỉ định cho mỗi cơ quan, tổ chức. 16 bit sau là Subnet ID, đây là thành phần được mỗi tổ chức tự quy định để xác định site của mình.
• 64 bit cuối đại diện cho các giao diện mạng (Interface), dùng để xác định thiết bị nào đang kết nối trong mạng.

Ví dụ: 2001:0f68:0000:0000:0000:0000:1978:69af/64 (phần in đậm là 64 bit prefix)

Lưu ý: Địa chỉ IPv6 còn có thể được rút gọn theo cách cơ bản sau:

• Những số “0” ở đầu mỗi nhóm có thể được lược bỏ:

Ví dụ với địa chỉ 2001:0DA8:E800:0000:0260:3EFF:FE47:0001, ta có thể viết gọn lại như sau:

2001:DA8:E800:0:260:3EFF:FE47:1

• Những nhóm có số “0” liên tiếp có thể lược bỏ hoàn toàn và thay thế bằng dấu “::”. Lưu ý là chỉ có thể áp dụng 1 lần với 1 địa chỉ.

Ví dụ với địa chỉ 2001:0DA8:E800:0000:0000:3EFF:0000:0001, ta có thể rút gọn lại như sau:

2001:DA8:E800::3EFF:0:1

Các loại địa chỉ IPv6

Ipv6 có 3 dạng địa chỉ là Unicast, Multicast và Anycast. Địa chỉ Broadcast trong Ipv4 đã được loại bỏ và được đảm nhiệm luôn bởi địa chỉ Multicast trong IPv6.

• Địa chỉ Unicast: Đây là địa chỉ được gán cho mỗi giao diện mạng, giúp xác định các host duy nhất trong 1 phân đoạn mạng. Khi router hoặc switch nhận được 1 gói tin IP unicast thì nó sẽ chỉ gửi đến 1 thiết bị đích duy nhất.

           Địa chỉ unicast gồm có 4 loại khác nhau :

        +) Global Unicast: tương tự như địa chỉ public của IPv4, là loại địa chỉ được quản lý bởi các ISP và cho phép truy cập rộng rãi trên mạng internet. Trong đó 3 bit đầu luôn được đặt là 001 (prefix 2000::/3)

        +) Link-Local: Đây là địa chỉ được tự sinh ra dựa trên địa chỉ MAC của giao diện mạng một cách ngẫu nhiên hoặc dựa theo tiêu chuẩn EUI-64 (RFC 2373) và được gán tự động trên mỗi giao diện mạng của host. Địa chỉ Link-local luôn có cấu trúc prefix là FE80::/10, dùng để giao tiếp giữa các thiết bị trong cùng 1 subnet. Các địa chỉ này không thể định tuyến, do đó router cũng không thể chuyển tiếp các gói tin có địa chỉ Link-Local tới 1 mạng khác.

        +) Site-Local: Trong thời kỳ đầu thì địa chỉ này được thiết kế để sử dụng trong 1 mạng nội bộ, tương tự như địa chỉ Private của IPv4, với cấu trúc prefix là FEC0::/10. Tuy nhiên ngày nay loại địa chỉ này đã bị hủy bỏ do mục đích sử dụng không có tính thực tế và dễ bị xung đột do trùng lặp khi định tuyến giữa các site.

       +) Unique-Local: đây là địa chỉ được sử dụng để thay thế cho địa chỉ site-local và chỉ được sử dụng trong 1 mạng nội bộ nhưng có tính duy nhất không bị trùng lặp. Địa chỉ này có cấu trúc prefix là FC00::/7. 7 bit đầu của nó được cố định là 1111 110, tuy nhiên bit thứ 8 được gọi là bit L và hiện nay bit L chỉ được chấp nhận với giá trị L=1. Do đó trong thực tế địa chỉ Unique-Local thường có dạng FD00::/7 với 8 bit đầu là 1111 1101

• Địa chỉ Multicast: Địa chỉ này định danh nhiều giao diện, được dùng để chuyển gói tin đến các host trong 1 nhóm được quy định trước. Multicast được áp dụng trong một số ứng dụng như IPTV, hội nghị truyền hình, hoặc trao đổi thông tin của 1 số giao thức mạng. Địa chỉ Multicast không được sử dụng làm địa chỉ nguồn mà chỉ có thể dùng làm địa chỉ đích. Cấu trúc của địa chỉ Multicast trong IPv6 luôn bắt đầu bằng 8 bit 1 prefix và có dạng là “FF”

• Địa chỉ Anycast: Đây là 1 dạng đia chỉ hoàn toàn mới trong IPv6, cũng được sử dụng để định danh cho nhiều giao diện và không dùng làm địa chỉ nguồn, điểm khác biệt chính là trong 1 nhóm các thiết bị, nó sẽ chỉ gửi các gói tin đến thiết bị gần nhất theo chính sách định tuyến thay vì tất cả các như Multicast. Một điểm nữa là địa chỉ anycast được phân bổ từ không gian địa chỉ của unicast nên về mặt cấu trúc 2 địa chỉ này không có sự khác nhau. Khi một địa chỉ unicast được gắn đồng thời cho nhiều giao diện thì nó sẽ trở thành địa chỉ anycast. Ngày nay Anycast được ứng dụng phổ biến trong việc xác định một tập các router thuộc về ISP nào.

Ưu điểm

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của người dùng Internet trên toàn thế giới, việc sử dụng IPv6 thay thế cho IPv4 mang lại rất nhiều những ưu điểm sau:

• Mở rộng số lượng địa chỉ: Ưu điểm lớn nhất của IPv6 chính là làm tăng không gian địa chỉ lên gấp hàng tỷ lần so với IPv4, điều đó có nghĩa là với sự gia tăng của số lượng người dùng và thiết bị trong tương lai thì sự khan hiếm địa chỉ không còn là 1 vấn phải quan tâm, đặc biệt là các thiết bị mạng, IoT hoặc cảm biến đang ngày càng phát triển như ngày nay.
• Cải thiện hiệu suất: Thứ nhất là cấu trúc tiêu đề (Header) của IPv6 đơn giản hơn IPv4 với 8 trường (IPv4 là 13 trường), điều này giúp giảm thiểu sự phức tạp trong quá trình xử lý gói tin và tăng hiệu suất. Thứ hai là việc sử dụng NAT trong IPv6 đã không còn cần thiết, bởi vì không gian địa chỉ của IPv6 gần như không giới hạn, mỗi thiết bị kết nối trên Internet đều được gán 1 địa chỉ duy nhất, điều này giúp loại bỏ độ trễ do NAT gây ra.
• Tự động gán địa chỉ: Với IPv6, việc gán địa chỉ thủ công cho các giao diện mạng có thể được tự động hóa bởi cơ chế SLAAC hoặc DHCPv6. Với các thiết bị như máy tính, smartphone, SLAAC được kích hoạt sẵn và các giao diện trên các thiết bị này có thể tự tạo ra địa chỉ IPv6 mà không cần nhập tay hoặc nhận từ 1 DHCP server. Với DHCPv6 thì cũng tương tự như DHCPv4, máy host có thể nhận IPv6 từ DHCP server và kèm theo các thông tin như DNS, NTP,…
• Bảo mật tốt hơn: IPv6 được bắt buộc tích hợp giao thức bảo mật IPsec, cho phép giao tiếp dữ liệu qua IPv6 được mã hóa và xác thực, giúp ngăn chặn các cuộc tấn công như nghe lén, giả mạo.

Nhược điểm

Bên cạnh những ưu điểm vượt trội thì IPv6 ngày nay vẫn còn tồn tại 1 số nhược điểm như:

• Tính phổ biến chưa cao: Ngày nay IPv6 mới chỉ được triển khai nhiều trên mạng WAN bởi các nhà cung cấp dịch vụ ISP, đối với các mạng nội bộ chủ yếu vẫn còn sử dụng IPv4 do tính chất quy mô và độ khả dụng trong triển khai.
• Khả năng tương thích: Việc sử dụng IPv6 hoặc sử dụng đồng thời cả IPv4 và IPv6 yêu cầu hệ thống cần phải hỗ trợ, một số các thiết bị hoặc phần mềm cũ có thể chưa hỗ trợ IPv6 gây ra khó khan trong quá trình chuyển đổi.
• Phức tạp hơn trong triển khai: Việc triển khai và cấu hình IPv6 có thể phức tạp hơn so với IPv4 do phải đưa vào các khái niệm và tính năng mới. Điều này có thể làm tăng chi phí và đòi hỏi phải đào tạo thêm cho quản trị viên mạng.
• Khó ghi nhớ: Ngoài những nguyên nhân kỹ thuật thì nhược điểm khác của IPv6 chính là khó ghi nhớ để sử dụng hơn IPv4. Điều này có thể khiến những nhân viên kỹ thuật mất thời gian hơn trong việc quản trị các thiết bị mạng.

So sánh giữa IPv4 và IPv6

Từ những đặc điểm nêu trên, ta có thể rút ra những sự khác biệt giữa IPv4 và IPv6 trong bảng sau:

Kết luận

IPv6 là thế hệ giao thức Internet kế tiếp, mang đến một không gian địa chỉ vô cùng rộng lớn, khắc phục hoàn toàn hạn chế về số lượng địa chỉ của IPv4. Với những ưu điểm vượt trội như khả năng mở rộng, tính bảo mật cao và cấu trúc đơn giản, IPv6 đang dần trở thành tiêu chuẩn mới cho mạng Internet. Việc chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 là một quá trình tất yếu, nhằm đáp ứng nhu cầu kết nối ngày càng tăng của xã hội và đảm bảo sự phát triển bền vững của Internet trong tương lai