Muốn phát triển 4G, 5G hay IoT, đều cần IPv6!

IoT có rất nhiều ứng dụng, từ việc kết nối những thiết bị có kích thước nhỏ như các bộ vi xử lý, cảm biến, an ten,… cho đến các thiết bị lớn như: lò vi sóng, máy giăt, tủ lạnh, điều hòa,… Ảnh minh họa: Internet

IPv6 là giải pháp hoàn hảo cho công nghệ IoT

Với sự cạn kiệt không gian địa chỉ IPv4 (chỉ có 32 bit cho mỗi địa chỉ) từ năm 2011, không gian địa chỉ IPv6 ra đời như một hệ quả thiết yếu, đáp ứng số lượng thiết bị ngày càng tăng nhanh chóng như hiện nay. Việc triển khai, sử dụng IPv6 đã và đang được phát triển nhanh chóng trên toàn thế giới. Theo báo cáo mới nhất của World IPv6 Launch, hiện nay có khoảng 240 nhà mạng trên thế giới tham gia thử nghiệm và triển khai chuyển đổi sang IPv6. Trong đó, danh sách 10 nhà mạng được đánh giá cao nhất được thể hiện như trong dưới đây:

Top 10 nhà mạng triển khai IPv6 tích cực nhất trên thế giới.

Trên thế giới, châu Mỹ và châu Âu là hai châu lục có lưu lượng IPv6 cao, đặc biệt là vùng Bắc Mỹ, Tây Âu (theo thống kê của APNIC từ 20/2 - 26/2/2017).

Tình hình triển khai IPv6 trên thế giới.

Các xu hướng công nghệ mới ngày nay như: Internet of Things (IoT), mạng di động 4G/5G,… đều bắt buộc phải có sự hỗ trợ của IPv6. Điều này cho thấy tầm quan trọng của IPv6 đối với sự phát triển của công nghệ trong tương lai. Như một ví dụ điển hình, sẽ cho thấy những phân tích sau đây về tầm quan trọng của IPv6 trong quá trình triển khai, sử dụng và phát triển của công nghệ IoT.

IoT là một công nghệ mới được rất nhiều chuyên gia trong lĩnh vực nhắc đến trong thời gian gần đây. IoT là một mạng kết nối các đối tượng, thiết bị lại với nhau, cho phép thiết bị này giao tiếp và chia sẻ thông tin với các thiết bị khác. Internet đã có hơn 40 năm và khái niệm IoT xuất hiện từ năm 2008-2009. IoT có rất nhiều ứng dụng, từ việc kết nối những thiết bị có kích thước nhỏ như các bộ vi xử lý, cảm biến, an ten,… cho đến các thiết bị lớn như: lò vi sóng, máy giăt, tủ lạnh, điều hòa,… Một chiếc tủ lạnh được kết nối IoT sẽ có khả năng nhận biết được những gì chúng ta đặt vào hay lấy ra, thông báo cho chúng ta biết khi nào thức ăn trong tủ lạnh còn ít hay làm thế nào để tốt cho sức khỏe của chúng ta,… Với IoT, chúng ta thực sự có thể tiết kiệm được thời gian và chi phí.

Mô hình nhà thông minh sử dụng IoT.

Với những lợi ích mà IoT mang lại, đây chắc chắn sẽ là công nghệ của tương lai. Mỗi thiết bị khi kết nối đến mạng IoT sẽ sử dụng ít nhất một địa chỉ mạng. Nhiều nhà phân tích đã dự đoán sẽ có khoảng 50 tỉ thiết bị được kết nối vào năm 2020, trong khi đó không gian địa chỉ IPv4 chỉ cung cấp khoảng hơn 4 tỉ địa chỉ. Thậm chí nếu sử dụng phương thức chuyển đổi địa chỉ mạngNAT(Network Address Translation) và không gian địa chỉ cá nhân (private), thì nhu cầu sử dụng địa chỉ cho các thiết bị kết nối IoT cũng vượt qua khả năng cho phép của IPv4.

IPv6 cung cấp 4.000 địa chỉ/người

Với không gian địa chỉ rộng lớn lên đến 3,4×1038, IPv6 có khả năng cung cấp khoảng 4.000 địa chỉ cho mỗi người trên hành tinh này. Điều này cho thấy khả năng mở rộng vô cùng lớn của không gian địa chỉ IPv6 khi so sánh với IPv4. Bên cạnh đó, khả năng kết nối các thiết bị tốt hơn khi sử dụng địa chỉ IPv6 cũng là một lý do khiến IPv6 thực sự cần thiết nếu muốn phát triển IoT.

Với hàng triệu thiết bị IoT được đưa vào thị trường mỗi ngày, thì khả năng kết nối của các thiết bị cần phải được xem xét. Với địa chỉ IPv4, có khá nhiều vấn đề khi cho phép các thiết bị, sản phẩm IoT giao tiếp với nhau. NAT là một trong những vấn đề chính. NAT được tạo ra như là một giải pháp cho các tổ chức mong muốn sử dụng cùng một địa chỉ IPv4 cho các thiết bị, người dùng.

Điều này không chỉ phơi bày các vấn đề liên quan đến bảo mật (do NAT phá vỡ các kết nối end-to-end và làm yếu đi đáng kể mọi quá trình xử lý nhận thực), mà còn mang đến những khó khăn cho các sản phẩm IoT. Các thiết bị lớn hơn và tiên tiến hơn có tất cả các công cụ để làm việc với NAT, nhưng các thiết bị IoT nhỏ thì không. Bằng việc sử dụng IPv6, vấn đề kết nối các thiết bị được giải quyết một cách dễ dàng khi không còn sự tồn tại của NAT.

Ngoài lý do về khả năng kết nối và mở rộng tốt hơn của IPv6, thì vấn đề bảo mật cũng là một trong những lý do khiến IPv6 đóng vai trò quan trọng trong quá trình sử dụng và phát triển IoT. Như đã đề cập ở trên, sẽ có khoảng 50 tỉ thiết bị được kết nối vào năm 2020. Như vây, trung bình mỗi ngày sẽ có hàng triệu sản phẩm thông minh, thiết bị IoT được tạo ra.Khi đó, an toàn bảo mật sẽ là một vấn đề quan trọng mà tất cả các kỹ sư IoT sẽ phải nghĩ tới. Trong nhiều năm, các tổ chức và cá nhân đã nghiên cứu, tìm hiểu và nắm bắt được rất nhiều mối đe dọa hiện hữu trong hiện tại và tương lai.

Tuy nhiên công nghệ IoT lại là một câu chuyện hoàn toàn khác về vấn đề bảo mật. Việc tấn công vào một mạng bảo mật và đánh cắp hàng triệu số thẻ tín dụng là vô cùng khủng khiếp; hay tấn công vào một thành phố thông minh hoặc nhà hàng xóm của những ngôi nhà thông minh, sẽ mang lại những hậu quả vô cùng nghiêm trọng. Một tin tốt là IPv6 đề xuất các giải pháp bảo mật tốt hơn so với IPv4, bằng cách cho phép mặc định công nghệ IPSec, nghĩa là IPv6 có thể mã hóa các kết nối end-to end. Quá trình mã hóa và kiểm tra độ toàn vẹn của dữ liệu trong các mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network) hiện tại là một thành phần tiêu chuẩn trong IPv6, có sẵn trong tất cả các kết nối và được hỗ trợ bởi tất cả các thiết bị và hệ thống tương thích.

Khó khăn khi có nhiều chuẩn giao thức mạng cho IoT

Hiện nay, có rất nhiều chuẩn giao thức mạng được sử dụng cho IoT như LoRaWAN, Websockets, MQTT… hoạt động trên nhiều giao thức vô tuyến khác nhau như: Wi-Fi, 802.15.n, Dash7, Z-Wave, Zigbee, SigFox, LoRa… Điều này tạo ra những khó khăn khi các thiết bị sử dụng chuẩn giao thức khác nhau gần như không thể giao tiếp và chia sẻ thông tin với nhau. Thêm vào đó là sự hạn chế về không gian địa chỉ, các vấn đề an toàn an ninh, truyền tải, tiết kiệm và nâng cao hiệu suất sử dụng các thiết bị.

Tuy nhiên, vấn đề hợp nhất các tiêu chuẩn, giao thức trong mạng IoT có thể được giải quyết với chuẩn giao thức mạng mở 6LoWPAN đã được IETF (Internet Engineering Task Force) chính thức công bố áp dụng trong RFC 6282 . Hình 4 biểu diễn mô hình ngăn xếp giao thức IoT đã được chuẩn hóa theo mỗi lớp của mô hình TCP/IP, trong đó có chuẩn giao thức mạng 6LoWPAN.

Mô hình ngăn xếp giao thức IoT sử dụng chuẩn 6LoWPAN.

6LoWPAN là từ viết tắt của IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks. Đây là giao thức mạng hay còn gọi là lớp thích nghi cho phép truyền tải các gói tin IPv6 thông qua giao thức vô tuyến IEEE 802.15.4 (giao thức hỗ trợ gói tin có kích thước nhỏ hơn, cho phép các thiết bị trong môi trường hạn chế sử dụng nguồn tài nguyên thấp như: bộ nhớ, CPU, công suất, băng tần,… có thể giao tiếp với nhau). Vì một gói tin IPv6 có kích thước quá lớn để có thể được truyền tải trong một khung 802.15.4 đơn, do đó giao thức 6LoWPAN ra đời với nhiệm vụ chính là phân mảnh và sắp xếp lại các gói tin IPv6 để phù hợp với khung 802.15.4, cũng như là nén mào đầu gói tin IPv6 để làm giảm kích thước gói.

Là chuẩn giao thức mạng được coi là nền tảng đảm bảo cho sự vận động và phát triển lâu dài của IoT, tuy nhiên, 6LoWPAN chỉ áp dụng đối với IPv6. Điều này một lần nữa khẳng định tầm quan trọng của IPv6 đối với công nghệ IoT.

Xem thêm: IPv6: Xu thế toàn cầu, Việt Nam đang đứng ở đâu?

Trần Ngọc Lâm, Nguyễn Văn Anh Tú