1. Tổng quan.
Địa chỉ IP (Internet Protocol) là một thành phần quan trọng trong việc kết nối và truyền tải dữ liệu trên Internet. Nó được sử dụng để xác định một thiết bị trong mạng và cho phép các thiết bị này giao tiếp với nhau thông qua mạng.
Mỗi thiết bị kết nối vào Internet đều được gán một địa chỉ IP duy nhất. Địa chỉ IP được biểu diễn dưới dạng một chuỗi các con số, được phân cách bằng dấu chấm. Ví dụ: 192.168.0.1. Địa chỉ IP được chia thành hai phần: phần mạng (network portion) và phần máy chủ (host portion). Phần mạng xác định mạng mà thiết bị đang kết nối và phần máy chủ xác định địa chỉ của thiết bị trong mạng đó.
Hiện nay, có hai phiên bản của địa chỉ IP đang được sử dụng phổ biến, đó là IP version 4 (IPv4) và IP version 6 (IPv6). IPv4 là phiên bản ban đầu và sử dụng 32 bit để biểu diễn địa chỉ IP. Tuy nhiên, do sự phát triển nhanh chóng của Internet, địa chỉ IPv4 đã trở nên khan hiếm. Do đó, IPv6 được ra đời với 128 bit, cho phép có số lượng địa chỉ IP lớn hơn đáng kể.
Địa chỉ IP có vai trò quan trọng trong việc định tuyến dữ liệu trên Internet. Khi bạn gửi yêu cầu tới một trang web hoặc gửi email, địa chỉ IP của thiết bị của bạn sẽ được sử dụng để xác định nguồn gốc của yêu cầu đó. Các router trên Internet sẽ sử dụng địa chỉ IP để xác định đường đi tốt nhất để gửi dữ liệu từ nguồn tới đích.
Ngoài ra, địa chỉ IP cũng cho phép các dịch vụ và ứng dụng trên Internet nhận diện và theo dõi các hoạt động của một thiết bị cụ thể. Điều này có thể được sử dụng để cung cấp dịch vụ cá nhân hóa hoặc kiểm soát truy cập vào một số nguồn tài nguyên trên Internet.
Tuy nhiên, việc sử dụng địa chỉ IP để nhận diện một thiết bị cũng có nhược điểm. Địa chỉ IP không cung cấp thông tin về người dùng cụ thể đang sử dụng thiết bị. Để giải quyết vấn đề này, các dịch vụ và ứng dụng trên Internet thường kết hợp việc sử dụng địa chỉ IP với các phương pháp xác thực khác như tên đăng nhập và mật khẩu.
2. Các thành phần của địa chỉ IP.
Địa chỉ IP được chia thành các thành phần sau:
- Phần mạng (Network portion): Đây là một phần của địa chỉ IP xác định mạng mà thiết bị đang kết nối vào. Phần mạng xác định các thiết bị cùng thuộc một mạng và có thể truyền thông với nhau một cách trực tiếp. Độ dài của phần mạng được xác định bởi lớp mạng (Classful IP) hoặc bởi subnet mask (Classless IP).
- Phần máy chủ (Host portion): Đây là một phần của địa chỉ IP xác định địa chỉ của thiết bị trong mạng. Phần máy chủ xác định địa chỉ riêng của mỗi thiết bị trong mạng đó. Độ dài của phần máy chủ phụ thuộc vào độ dài của phần mạng.
- Dấu chấm (Dot): Dấu chấm được sử dụng để phân tách các octet trong địa chỉ IP. Mỗi octet biểu diễn 8 bit của địa chỉ IP và có giá trị từ 0 đến 255.
- Prefix của một địa chỉ IP được xác định bằng cách sử dụng subnet mask hoặc notation CIDR (Classless Inter-Domain Routing). Prefix thường được sử dụng để xác định mạng con và định tuyến trong các mạng IP. Nó cho phép định rõ số lượng bit dùng để xác định mạng và giúp các thiết bị định tuyến biết cách chuyển tiếp gói dữ liệu trong mạng.
Ví dụ hãy phân tích địa chỉ IP 192.168.0.1/24
- Phần mạng là 192.168.0
- Phần máy chủ là 1
- Prefix chính là 24
- Netmask: 255.255.255.0
Chúng ta có thể thấy rằng địa chỉ IP được phân thành hai phần, phần mạng và phần máy chủ, để xác định mạng và địa chỉ của thiết bị trong mạng đó.
3. Subnet Mask.
Subnet Mask (hay còn được gọi là địa chỉ mạng con) là một giá trị dùng để xác định phần mạng và phần host trong một địa chỉ IP. Nó được sử dụng để phân chia mạng IP thành các mạng con nhỏ hơn.
Subnet Mask là một chuỗi các bit có độ dài cố định (32 bit trong địa chỉ IPv4 và 128 bit trong địa chỉ IPv6). Trong chuỗi bit này, các bit 1 đại diện cho phần mạng (network) và các bit 0 đại diện cho phần host (host).
Khi kết hợp địa chỉ IP và Subnet Mask, ta có thể xác định địa chỉ mạng và địa chỉ host của một địa chỉ IP cụ thể. Subnet Mask cho biết phần nào của địa chỉ IP được dùng để xác định mạng (network), và phần nào được dùng để xác định host trong mạng đó.
Ví dụ, trong địa chỉ IP 192.168.1.10 với Subnet Mask 255.255.255.0, 24 bit đầu (được xác định bởi Subnet Mask) là phần mạng, và 8 bit cuối là phần host. Điều này có nghĩa là địa chỉ IP này thuộc vào mạng 192.168.1.0 và host có địa chỉ là 10 trong mạng đó.
Subnet Mask quan trọng trong việc xác định phạm vi của mỗi mạng con, cho phép phân chia và quản lý các địa chỉ IP trong mạng một cách hiệu quả. Nó cũng đóng vai trò trong quá trình định tuyến (routing) và giao tiếp giữa các mạng con khác nhau trong hệ thống mạng.
4. Phân lớp trong địa chỉ IP.
Trong IPv4, địa chỉ IP được chia thành các lớp (classes) để phân biệt và quản lý mạng. Có ba lớp chính trong phân chia địa chỉ IP theo lớp: A, B và C. Các lớp khác là lớp D và lớp E, được sử dụng cho mục đích đặc biệt và không được sử dụng rộng rãi trong việc phân chia địa chỉ mạng.
Dưới đây là các lớp và phạm vi địa chỉ IP tương ứng:
- Lớp A: Địa chỉ IP lớp A có dạng x.y.z.w, trong đó x là phần mạng và y.z.w là phần máy chủ. Lớp A có phạm vi từ 1.0.0.0 đến 126.0.0.0 và được sử dụng cho các mạng lớn.
- Lớp B: Địa chỉ IP lớp B có dạng x.y.z.w, trong đó x.y là phần mạng và z.w là phần máy chủ. Lớp B có phạm vi từ 128.0.0.0 đến 191.255.0.0 và được sử dụng cho các mạng trung bình.
- Lớp C: Địa chỉ IP lớp C có dạng x.y.z.w, trong đó x.y.z là phần mạng và w là phần máy chủ. Lớp C có phạm vi từ 192.0.0.0 đến 223.255.255.0 và được sử dụng cho các mạng nhỏ.
Phân chia địa chỉ IP thành các lớp khác nhau cho phép quản lý hiệu quả các mạng có kích thước và quy mô khác nhau. Mỗi lớp có kích thước mạng và số lượng địa chỉ máy chủ khác nhau. Điều này giúp phân chia tài nguyên mạng một cách hiệu quả và quản lý mạng dễ dàng.
5. Chức năng của các dải IP.
Địa chỉ IP được chia thành các dải IP sử dụng cho local (nội bộ) và các dải IP sử dụng cho public (công cộng), cùng với một số địa chỉ IP được sử dụng cho các chức năng đặc biệt. Dưới đây là phân biệt giữa chúng:
- Dải IP sử dụng cho local (nội bộ):
- Dải địa chỉ IP Private: 10.0.0.0 đến 10.255.255.255 (10.0.0.0/8)
- Dải địa chỉ IP Private: 172.16.0.0 đến 172.31.255.255 (172.16.0.0/12)
- Dải địa chỉ IP Private: 192.168.0.0 đến 192.168.255.255 (192.168.0.0/16)
- Dải IP sử dụng cho public (công cộng):
- Dải địa chỉ IP Public: Tất cả các địa chỉ IP không thuộc các dải IP private nêu trên được coi là địa chỉ IP public. Đây là các địa chỉ IP duy nhất và được sử dụng để truy cập và liên lạc trực tiếp trên Internet.
- IP sử dụng cho chức năng đặc biệt:
- Địa chỉ IP Loopback: 127.0.0.1, được sử dụng để kiểm tra giao tiếp mạng trên cùng một máy tính, thường được sử dụng để kiểm tra và gỡ lỗi ứng dụng mạng.
- Địa chỉ IP Broadcast: Địa chỉ IP mà tất cả các máy tính trong một mạng sẽ nhận được gói tin khi được gửi đi trong mạng. Ví dụ: 255.255.255.255.
- Địa chỉ IP Multicast: Địa chỉ IP dùng để truyền gói tin đến một nhóm các máy tính được xác định trước trong mạng. Địa chỉ IP multicast có dạng từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255.
Các địa chỉ IP trong các dải private được sử dụng cho mục đích nội bộ và không truy cập trực tiếp từ Internet. Các địa chỉ IP public được sử dụng để giao tiếp trực tiếp trên Internet. Còn các địa chỉ IP đặc biệt được sử dụng cho các chức năng và mục đích cụ thể trong mạng.
Mục đích chính của việc phân chia địa chỉ IP thành các dải và lớp là để quản lý và điều phối tài nguyên mạng hiệu quả. Dưới đây là những mục đích chính của việc phân chia địa chỉ IP:
- Quản lý tài nguyên mạng: Phân chia địa chỉ IP thành các lớp và dải giúp quản lý và phân bổ tài nguyên mạng một cách hiệu quả. Mỗi lớp có kích thước và số lượng địa chỉ máy chủ khác nhau, từ đó cho phép phân chia tài nguyên mạng một cách cân đối cho các mạng lớn, trung bình và nhỏ.
- Định tuyến mạng: Phân chia địa chỉ IP theo lớp giúp trong quá trình định tuyến mạng. Các thiết bị định tuyến sử dụng thông tin về lớp của địa chỉ IP để xác định cách chuyển tiếp gói dữ liệu trong mạng. Điều này giúp các gói dữ liệu được định tuyến một cách hiệu quả từ nguồn đến đích.
- Bảo mật mạng: Phân chia địa chỉ IP thành dải IP public và private giúp tăng cường bảo mật mạng. Địa chỉ IP private không được truy cập trực tiếp từ Internet và chỉ sử dụng trong mạng nội bộ, giúp giảm nguy cơ tấn công từ bên ngoài. Đồng thời, việc phân chia cho phép triển khai các biện pháp bảo mật tập trung cho dải IP public.
- Tăng tính mở rộng và linh hoạt: Việc sử dụng các địa chỉ IP private và CIDR (Classless Inter-Domain Routing) giúp tăng tính mở rộng và linh hoạt của việc cấu hình mạng. Nó cho phép tách mạng thành các mạng con nhỏ hơn, dễ dàng mở rộng và quản lý theo nhu cầu thực tế của mạng.
- Hỗ trợ cho các dịch vụ đặc biệt: Các địa chỉ IP đặc biệt như địa chỉ Loopback, Broadcast và Multicast được sử dụng cho các dịch vụ và chức năng đặc biệt trong mạng, như kiểm tra giao tiếp mạng trong cùng một máy tính, truyền tải gói tin đến một nhóm máy tính, và gửi thông điệp đến tất cả các máy tính trong mạng.
