Ứng dụng IPv4aaS trong truyền tải dữ liệu IPv4 multicast qua hạ tầng IPv6.

I. Xu thế phát triển của hạ tầng mạng  IPv6 và sự hình thành IPv4aaS

Nếu như trước đây, khi việc triển khai IPv6 chưa thật sự phổ biến, việc sử dụng các công nghệ chuyển đổi nhằm truyền tải dữ liệu IPv6 qua hạ tầng mạng thuần IPv4 là cần thiết. Nguyên tắc cơ bản của các phương thức này là tạo đường hầm kết nối để trao đổi dữ liệu IPv6, bằng cách sử dụng các thiết bị mạng có khả năng hoạt động dual-stack tại hai điểm đầu, cuối nhất định. Các thiết bị này “bọc” gói tin IPv6 trong gói tin IPv4 và truyền tải đi trong mạng IPv4 tại điểm đầu và gỡ bỏ gói tin IPv4, nhận lại gói tin IPv6 ban đầu tại điểm đích cuối đường truyền IPv4.

Hình 1. Công nghệ đường hầm IPv6 over IPv4

Tuy nhiên, qua thời gian, trước nguy cơ về sự cạn kiệt không gian địa chỉ IPv4 cũng như các yêu cầu cần thiết để phát triển các công nghệ IoT, 5G, … việc triển khai hạ tầng mạng lưới IPv6 dần trở nên phổ biến và diễn ra với tốc độ nhanh. Theo số liệu thống kê từ APNIC, tính đến tháng 9/2019, tỉ lệ triển khai IPv6 của một số nhà mạng viễn thông lớn là khá cao, với T-Mobile đạt 94.31%, AT&T đạt 77.05%, …Tại Việt Nam, tỉ lệ triển khai IPv6 của các nhà mạng lớn cũng chiếm ưu thế, với Viettel đạt 58.56%, Mobifone đạt 44.04%, VNPT đạt 41.19%,…

Từ các kết quả trên, có thể thấy được rằng, đến một thời điểm trong tương lai gần, khi IPv6 được sử dụng rộng rãi, mạng lưới IPv6 Internet hoàn thiện, các mạng IPv4 lúc này chỉ còn là các ốc đảo trên một mạng lưới IPv6 rộng lớn. Trong giai đoạn quá độ, khi mạng lưới IPv4 chưa thể tắt hẳn trên phạm vi toàn cầu, việc áp dụng các công nghệ chuyển đổi, nhằm cho phép các host IPv4 kết nối được với nhau qua hạ tầng mạng IPv6 là cần thiết. Mô hình triển khai IPv4 như là 1 dịch vụ - IPv4aaS được sử dụng cho mục đích này.

Hình 2. Kết nối IPv4/IPv6 qua hạ tầng IPv6 only

II. Ứng dụng mô hình IPv4aaS trong truyền tải dữ liệu IPv4 multicast qua hạ tầng mạng IPv6

Hiện nay, có rất nhiều công nghệ hỗ trợ việc kết nối các host IPv4 với nhau qua hạ tầng mạng thuần IPv6. Tuy nhiên, ứng với mỗi loại dữ liệu cần sử dụng các công nghệ chuyển đổi tương ứng.t. Chẳng hạn như DS-Lite, NAT64, MAP-E hay Lightweight 4over6 áp dụng với luồng traffic dạng anycast. Đối với dữ liệu trao đổi dạng multicast, việc áp dụng các công nghệ trên không khai thác và tận dụng được các ưu điểm của loại traffic này.

Do đó các thiết bị tham gia cần hỗ trợ các chức năng khác như mB4, mAFTR để hỗ trợ việc chuyển đổi IPv4/IPv6 cho dữ liệu dạng multicast. Nội dung bài viết sẽ lần lượt phân tích kỹ thuật hỗ trợ việc truyền tải dữ liệu IPv4 qua mạng lõi được xây dựng trên hạ tầng IPv6.

1.Mô hình kết nối IPv4aaS cho dữ liệu IPv4 multicast qua mạng lõi IPv6

Về cơ bản, một mô hình trao đổi dữ liệu multicast IPv4/IPv6 có dạng như sau

Hình 3. Mô hình trao đổi dữ liệu IPv4 multicast qua hạ tầng IPv6

Giải pháp chuyển đổi dựa trên thuật toán dịch địa chỉ không trạng thái (stateless translation algorithm) áp dụng cho cả hai loại source specific multicast (SSM) và any-source multicast (ASM). Hai thành phần chính sử dụng trong thuật toán này bao gồm :

• mB4: có nhiệm vụ chuyển bản tin IGMP thành MLD, sau đó gửi bản tin MLD qua hạ tầng IPv6 đến MLD querier.
• mAFTR: thành phần trung gian giữa hai mạng PIM IPv4 và PIM IPv6.

Việc chuyển đổi qua lại giữa các địa chỉ thuộc luồng dữ liệu IPv4 muticast và IPv6 multicast được thực hiện thông qua hai thành phần là mPrefix64 (IPv6 multicast prefix) và uPrefix64 (IPv6 unicast prefix). Cụ thể mPrefix64 được dùng để chuyển địa chỉ IPv4 multicast (G4) thành IPv4-embedded IPv6 multicast (G6), uPrefix64 được dùng để chuyển địa chỉ IPv4 source address (S4) thành IPv4-embedded IPv6 address (S6).

2.Quá trình trao đổi dữ liệu IPv4 multicast qua hạ tầng IPv6 only

Chi tiết quá trình trao đổi dữ liệu giữa các host IPv4 qua hạ tầng IPv6 được mô tả như mô hình sau :

Hình 4. Chi tiết quá trình trao đổi dữ liệu giữa các host IPv4 qua hạ tầng IPv6

Đầu tiên IPv4 receiver gửi IGMP report đến các CPE thực hiện chức năng mB4. mB4 tạo ra địa chỉ IPv6 multicast group (G6) sử dụng mPrefix64 và IPv4 multicast group (G4). mB4 sử dụng G6 vừa được tạo ra để tạo thành MLD report. MLD report được gửi đến MLD querier (thường là các designated router – DR của mạng PIM). Tiếp theo, PIMv6 DR gửi PIMv6 join message đến mAFTR. Khi mAFTR nhận được PIMv6 join, thực hiện bóc tách IPv4 multicast group address (G4) và xử lý theo gói tin multicast dựa theo mô hình cây phân phối multicast (multicast distribution tree). 

Trên hình, có thể nhận thấy rằng dữ liệu trao đổi giữa mAFTR và IPv4 network cũng như giữa mB4 và IPv4 receiver là IPv4 multicast group address (G4), còn dữ liệu trao đổi giữa mAFTR, mB4 với IPv6 network là bản tin IPv4 muticast được ghi chèn trong bản tin IPv6 multicast (IPv4-embedded IPv6 multicast address). Dạng địa chỉ này được hình thành như sau :

Để tạo ra IPv4-embedded IPv6 multicast address, thực hiện nối 96 bit của mPrefix64 với 32 bit của địa chỉ IPv4 lại với nhau. Ngược lại, để tách IPv4 multicast address ra khỏi IPv4-embedded IPv6 multicast address, tách 32 bit cuối cùng của IPv4-embedded IPv6 multicast address.

Hình 5. Minh họa quá trình tạo địa chỉ IPv4-embedded IPv6 multicast address

3.Sự hỗ trợ của các hãng công nghệ trong triển khai IPv4aaS cho dữ liệu IPv4 multicast

Việc triển khai các kỹ thuật chuyển đổi, phục vụ trao đổi dữ liệu IPv4 multicast chủ yếu diễn ra trên thiết bị CPE phía nhà cung cấp. Hiện nay, đa số các hãng công nghệ đều hỗ trợ công nghệ chuyển đổi này, tiêu biểu như các dòng Buffalo WXR-1900DHP, IIJ SEIL, Huawei WS325, YAMAHA NVR500, Cisco 1812J.

III. Kết luận

Theo xu hướng phát triển của mạng viễn thông 5G và các công nghệ như IoT, Bigdata,… việc triển khai IPv6 là xu thế tất yếu để cung cấp hạ tầng phát triển dịch vụ. Đi kèm với đó, IPv4aaS là cần thiết trong bối cảnh hạ tầng IPv6 dần hoàn thiện và mở rộng phạm vi tại mỗi quốc gia để kết nối, trao đổi dữ liệu IPv4 trong giai đoạn quá độ của quá trình chuyển dịch mạng sang IPv6 hoàn toàn. Multicast là loại dữ liệu được dùng cho nhiều ứng dụng thực tế, tiêu biểu như IPTV. Hạ tầng IPv6 ngoài việc hỗ trợ IPv6 multicast, cũng cần được xây dựng sao cho đảm bảo được kết nối IPv4 dạng multicast. Nội dung bài viết đã phân tích mô hình cũng như kỹ thuật triển khai, xem xét sự hỗ trợ của các hãng công nghệ cho loại hình kết nối này.

IV.Tài liệu tham khảo   

[1] https://tools.ietf.org/html/rfc8114

[2] https://www.ciscolive.com/c/dam/r/ciscolive/emea/docs/2015/pdf/PNLCRS-2306.pdf

[3] https://tools.ietf.org/id/draft-lmhp-v6ops-transition-comparison-02.html

Tác giả: Võ Văn Đông