Nội dung bài viết:

 
 

1. IP address là gì?

- IP Address hay tên đầy đủ là Internet Protocol Address (tiếng Việt là Địa chỉ IP hoặc tên đầy đủ là Địa chỉ giao thức internet) là một biểu diễn số xác định duy nhất một giao diện cụ thể trên mạng.
- Các Địa chỉ IP trong IPv4 (Internet protocol version 4) có độ dài là 32 bit. Điều này cho phép tối đa 4,294,967,296 (2^32) địa chỉ duy nhất. Địa chỉ trong IPv6 (Internet protocol version 6) có độ dài là 128-bit, cho phép tạo ra các địa chỉ duy nhất 3,4 x 10^38 (2^128).
 
- Tổng số địa chỉ có thể sử dụng của cả hai phiên bản được giảm bớt bởi các địa chỉ dành riêng khác nhau và các cân nhắc khác.
 
- Địa chỉ IP là số nhị phân nhưng thường được biểu thị ở dạng thập phân (IPv4) hoặc dạng thập lục phân (IPv6) để giúp con người đọc và sử dụng chúng dễ dàng hơn.
 

2. Giao thức Internet Protocol (IP)

- IP là viết tắt của Giao thức Internet “Internet Protocol” và mô tả một tập hợp các tiêu chuẩn và yêu cầu để tạo và truyền các gói dữ liệu, hoặc các biểu đồ dữ liệu, qua các mạng. Giao thức Internet Protocol (IP) là một phần của lớp Internet Layer của bộ giao thức Internet Protocol Suite. Trong mô hình OSI, IP sẽ được coi là một phần của lớp mạng Network Layer. IP theo truyền thống được sử dụng cùng với một giao thức cấp cao hơn, đáng chú ý nhất là TCP. Tiêu chuẩn IP được điều chỉnh bởi RFC 791.
 
- Cách thức hoạt động của giao thức Internet Protocol:

• IP được thiết kế để hoạt động qua mạng động “Dynamic Network”. Điều này có nghĩa là IP phải hoạt động mà không có thư mục “directory” hoặc màn hình giám sát “monitor” trung tâm và nó không thể dựa vào các liên kết “links” hoặc nút “nodes” cụ thể hiện có. IP là một giao thức không kết nối “connectionless protocol” được định hướng theo gói dữ liệu “datagram-oriented”, vì vậy mỗi gói phải chứa địa chỉ IP nguồn “source IP address”, địa chỉ IP đích “destination IP address” và dữ liệu khác trong tiêu đề “header” để được phân phối thành công.

• Kết hợp lại, những yếu tố này làm cho IP trở thành một giao thức phân phối không đáng tin cậy, nỗ lực giao tiếp cao nhất. Thay vào đó, việc sửa lỗi được xử lý bởi các giao thức cấp trên. Các giao thức này bao gồm TCP, là giao thức hướng kết nối “Connection-oriented Protocol” và UDP, là giao thức không kết nối “Connectionless Protocol”.

• Hầu hết lưu lượng truy cập internet trên thế giới hiện nay đều là thông qua giao thức TCP / IP.

 

3. Các phiên bản của giao thức IP

- Có hai phiên bản IP được sử dụng ngày nay, IPv4 và IPv6. Giao thức IPv4 Protocol ban đầu vẫn được sử dụng cho đến ngày nay trên cả Internet và nhiều mạng công ty. Tuy nhiên, giao thức IPv4 chỉ cho phép 2^32 địa chỉ. Điều này, cùng với cách phân bổ địa chỉ, dẫn đến tình huống không có đủ địa chỉ duy nhất cho tất cả các thiết bị được kết nối với internet.
 
- IPv6 được phát triển bởi Lực lượng Đặc nhiệm Kỹ thuật Internet IETF (IETF - Internet Engineering Task Force), và được chính thức hóa vào năm 1998. Việc nâng cấp này đã tăng đáng kể không gian địa chỉ khả dụng và cho phép 2^128 địa chỉ. Ngoài ra, đã có những thay đổi để nâng cao hiệu quả của tiêu đề gói IP “IP packet headers”, cũng như cải tiến định tuyến “Routing” và bảo mật “Security”.


 
4. Địa chỉ IPv4
- Địa chỉ IPv4 thực sự là một số nhị phân 32 bit, bao gồm hai địa chỉ con “Subaddresses” (hay còn gọi là Số nhận dạng -  Identifier) được đề cập ở trên, tương ứng, xác định mạng và máy chủ lưu trữ mạng, với một ranh giới tưởng tượng ngăn cách hai địa chỉ này. Như vậy, một địa chỉ IP thường được hiển thị dưới dạng 4 octet của các số từ 0-255 được biểu thị ở dạng thập phân thay vì dạng nhị phân.
 
- Ví dụ: địa chỉ 168.212.226.204 đại diện cho số nhị phân 32 bit 10101000.11010100.11100010.11001100.
 
- Số nhị phân rất quan trọng vì nó sẽ xác định địa chỉ IP thuộc về lớp mạng nào.
 
- Địa chỉ IPv4 thường được biểu thị bằng ký hiệu dấu chấm-thập phân, với mỗi tám bit (octet) được biểu thị bằng một số từ một đến 255, mỗi bit được phân tách bằng dấu chấm. Một địa chỉ IPv4 mẫu sẽ giống như sau:

192.168.17.43

 
- Địa chỉ IPv4 bao gồm hai phần. Các số đầu tiên trong địa chỉ chỉ định mạng “network part”, trong khi các số sau chỉ định máy chủ cụ thể “host part”. Mặt nạ mạng con “subnet mask” chỉ định phần nào của địa chỉ là phần mạng và phần nào địa chỉ máy chủ cụ thể.
 
- Một gói tin có địa chỉ đích không cùng mạng với địa chỉ nguồn sẽ được chuyển tiếp hoặc định tuyến đến mạng thích hợp. Khi ở trên đúng mạng, phần địa chỉ máy chủ sẽ xác định giao diện gói tin được chuyển đến.
 
- Subnet masks (Mặt nạ mạng con)

• Một địa chỉ IP duy nhất xác định cả một mạng và một giao diện duy nhất trên mạng đó. Subnet masks cũng có thể được viết bằng ký hiệu thập phân có dấu chấm và xác định vị trí phần mạng của địa chỉ IP kết thúc và phần máy chủ của địa chỉ bắt đầu.

• Khi được biểu thị dưới dạng nhị phân, bất kỳ bit nào được đặt thành một “1” có nghĩa là bit tương ứng trong địa chỉ IP là một phần của địa chỉ mạng “Network address”. Tất cả các bit được đặt thành 0 đánh dấu các bit tương ứng trong địa chỉ IP là một phần của địa chỉ máy chủ “Host address”.

• Các bit đánh dấu Subnet mask phải là các bit liên tiếp. Hầu hết các Subnet mask bắt đầu bằng 255. và tiếp tục cho đến khi mặt nạ mạng “Network mask” kết thúc. Một Subnet mask Lớp C sẽ là 255.255.255.0.

 
- Các lớp địa chỉ IP “IP address classes”

Class	Leading bits	Size of network number bit field	Size of rest bit field	Number of networks	Addresses per network	Total addresses in class	Start address	End address
Class A	0	8	24	128     (27)	16,777,216                 (224)	2,147,483,648            (231)	0.0.0.0	127.255.255.255
Class B	10	16	16	16,384    (214)	65,536       (216)	1,073,741,824            (230)	128.0.0.0	191.255.255.255
Class C	110	24	8	2,097,152     (221)	256     (28)	536,870,912             (229)	192.0.0.0	223.255.255.255
Class D (multicast)	1110	not defined	not defined	not defined	not defined	268,435,456             (228)	224.0.0.0	239.255.255.255
Class E (reserved)	1111	not defined	not defined	not defined	not defined	268,435,456              (228)	240.0.0.0	255.255.255.255

                                                                                                 
- Trước khi Subnet Mask có độ dài thay đổi cho phép các mạng có kích thước bất kỳ được cấu hình, không gian địa chỉ IPv4 được chia thành năm lớp.                                                                  
 
- Class A

• Trong mạng Class A, tám “8” bit đầu tiên, hoặc phần thập phân có dấu chấm đầu tiên, là phần mạng “Network part” của địa chỉ, với phần còn lại của địa chỉ là phần máy chủ “Host part” của địa chỉ. Có 128 mạng Class A khả thi.

0.0.0.0 to 127.0.0.0

• Tuy nhiên, bất kỳ địa chỉ nào bắt đầu bằng 127. đều được coi là địa chỉ lặp lại.

• Ví dụ về địa chỉ IP Class A: 

2.134.213.2

 
- Class B:

• Trong mạng Class B, 16 bit đầu tiên là phần mạng “Network part” của địa chỉ. Tất cả các mạng Class B đều có bit đầu tiên được đặt thành 1 và bit thứ hai được đặt thành 0. Theo ký hiệu thập phân có dấu chấm, điều đó làm cho các địa chỉ từ 128.0.0.0 đến 191.255.0.0 là mạng Class B. Có 16.384 mạng Class B khả thi.

• Ví dụ cho địa chỉ IP Class B:

135.58.24.17

 
- Class C:

• Trong mạng Class C, hai bit đầu tiên được đặt thành 1 và bit thứ ba được đặt thành 0. Điều đó làm cho 24 bit đầu tiên của địa chỉ là địa chỉ mạng “Network part” và phần còn lại là địa chỉ máy chủ “Host part”. Địa chỉ mạng Class C nằm trong khoảng từ 192.0.0.0 đến 223.255.255.0. Có thể có hơn 2 triệu mạng Class C.

• Ví dụ cho địa chỉ IP Class C:

192.168.178.1

 
- Class D:

• Địa chỉ Class D được sử dụng cho các ứng dụng đa hướng “Multicasting Applications”. Không giống như các Class trước, Class D không được sử dụng cho các hoạt động mạng "bình thường". Địa chỉ Class D có ba bit đầu tiên được đặt thành “1” và bit thứ tư của chúng được đặt thành “0”. Địa chỉ Class D là địa chỉ mạng 32 bit, có nghĩa là tất cả các giá trị trong phạm vi 224.0.0.0 - 239.255.255.255 được sử dụng để xác định duy nhất các nhóm phát đa hướng. Không có địa chỉ máy chủ nào trong không gian địa chỉ Class D, vì tất cả các máy chủ trong một nhóm đều chia sẻ địa chỉ IP của nhóm cho mục đích người nhận.

• Ví dụ cho địa chỉ IP Class D:

227.21.6.173

 
- Class E:

• Mạng Class E được định nghĩa bằng cách có bốn bit địa chỉ mạng đầu tiên là 1. Bao gồm các địa chỉ từ 240.0.0.0 đến 255.255.255.255. Trong khi lớp này được bảo lưu, cách sử dụng của nó chưa bao giờ được xác định. Do đó, hầu hết các triển khai mạng loại bỏ các địa chỉ này là bất hợp pháp hoặc không xác định. Ngoại lệ là 255.255.255.255, được sử dụng làm địa chỉ quảng bá.

• Ví dụ cho địa chỉ IP Class E:

243.164.89.28

 
- Tổng quan: Các lớp địa chỉ IP và các biểu diễn theo bit

Class A

  0.  0.  0.  0 = 00000000.00000000.00000000.00000000

127.255.255.255 = 01111111.11111111.11111111.11111111

                  0nnnnnnn.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH

Class B

128.  0.  0.  0 = 10000000.00000000.00000000.00000000

191.255.255.255 = 10111111.11111111.11111111.11111111

                  10nnnnnn.nnnnnnnn.HHHHHHHH.HHHHHHHH

Class C

192.  0.  0.  0 = 11000000.00000000.00000000.00000000

223.255.255.255 = 11011111.11111111.11111111.11111111

                  110nnnnn.nnnnnnnn.nnnnnnnn.HHHHHHHH

Class D

224.  0.  0.  0 = 11100000.00000000.00000000.00000000

239.255.255.255 = 11101111.11111111.11111111.11111111

                  1110XXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX

Class E

240.  0.  0.  0 = 11110000.00000000.00000000.00000000

255.255.255.255 = 11111111.11111111.11111111.11111111

                  1111XXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX

 
- Địa chỉ cá nhân (Private addresses)

• Trong không gian địa chỉ, một số mạng nhất định được dành riêng cho các mạng riêng “Private Networks”. Các gói từ các mạng này không được định tuyến trên internet công cộng. Điều này cung cấp một cách để các mạng riêng sử dụng địa chỉ IP nội bộ mà không can thiệp vào các mạng khác. Các mạng riêng là

10.0.0.1 - 10.255.255.255 
172.16.0.0 - 172.32.255.255 
192.168.0.0 - 192.168.255.255

 
 
- Các địa chỉ đặc biệt (Special addresses)

5. Một số địa chỉ IPv4 nhất định được dành riêng cho các mục đích sử dụng cụ thể:

127.0.0.0	Địa chỉ vòng lặp (giao diện riêng của máy chủ)
224.0.0.0	IP Multicast
255.255.255.255	Broadcast (được gửi đến tất cả các giao diện trên mạng)

 
- Sự cạn kiệt địa chỉ IPv4

• Đặc điểm kỹ thuật IPv4 ban đầu được thiết kế cho mạng DARPA nhưng cuối cùng đã trở thành internet. Ban đầu, nó là một mạng thử nghiệm, không ai dự tính có thể cần bao nhiêu địa chỉ trong tương lai. Vào thời điểm đó, 2^32 địa chỉ (4,3 tỷ) chắc chắn được coi là đủ. Tuy nhiên, theo thời gian, rõ ràng là như hiện tại được triển khai, không gian địa chỉ IPv4 sẽ không đủ lớn cho một mạng internet toàn cầu với nhiều thiết bị được kết nối trên mỗi người. Các khối địa chỉ cấp cao nhất cuối cùng đã được phân bổ vào năm 2011.

 

5. Địa chỉ IPv6

- Để tránh vấn đề cạn kiện địa chỉ IP dường như đang tái diễn trong công nghệ, nơi mà giới hạn của thông số kỹ thuật dường như là quá đủ vào thời điểm đó, nhưng chắc chắn trở nên quá nhỏ trong tương lai, các nhà thiết kế của IPv6 đã tạo ra một không gian địa chỉ khổng lồ cho IPv6. Kích thước địa chỉ đã được tăng từ 32 bit trong IPv4 lên 128 bit trong IPv6.
 
- IPv6 có giới hạn lý thuyết là 3,4 x 10^38 địa chỉ. Đó là hơn 340 tỷ địa chỉ, được cho là đủ địa chỉ để gán cho mọi nguyên tử trên bề mặt trái đất.
 
- Địa chỉ IPv6 được biểu thị bằng tám bộ bốn chữ số thập lục phân và mỗi bộ số được phân tách bằng dấu hai chấm. Một địa chỉ IPv6 mẫu sẽ giống như sau:

2DAB:FFFF:0000:3EAE:01AA:00FF:DD72:2C4A

 
- Viết tắt địa chỉ IPv6

• Với địa chỉ IPv6 quá dài, có những quy ước để cho phép viết tắt của chúng. Đầu tiên, các số 0 đứng đầu từ bất kỳ một nhóm số nào có thể bị loại bỏ. Ví dụ,: 0033: có thể được viết thành: 33:

• Thứ hai, bất kỳ phần nào liên tiếp của số 0 đều có thể được biểu thị bằng dấu hai chấm. Điều này chỉ có thể được thực hiện một lần tại bất kỳ địa chỉ nào. Số phần bị xóa bằng cách sử dụng chữ viết tắt này có thể được xác định là số lượng cần thiết để đưa địa chỉ trở lại tối đa tám phần. Ví dụ: 2DAB :: DD72: 2C4A sẽ cần phải có năm phần số 0 được thêm lại thay cho dấu hai chấm.

(2DAB:0000:0000:0000:0000:0000:DD72:2C4A)

• Địa chỉ vòng lặp “Loopback address”

0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001

   

- Các địa chỉ riêng IPv6 (IPv6 private addresses)

• Giống như trong IPv4, một số khối địa chỉ nhất định được dành riêng cho các mạng riêng. Những địa chỉ này không được định tuyến qua internet công cộng. Trong IPv6, địa chỉ riêng được gọi là Địa chỉ cục bộ duy nhất ULA (ULA - Unique Local Addresses). Các địa chỉ từ FC00 :: / 7 block bị bỏ qua và không được định tuyến theo mặc định.

 

6. Phân giải địa chỉ IP address
- Trong cả IPv4 và IPv6, không thể ghi nhớ địa chỉ IP của mọi thiết bị, ngoại trừ mạng nhỏ nhất. Phân giải tên “Name Resolution” cung cấp một cách để tra cứu địa chỉ IP từ một tên dễ sử dụng hơn.
 
- Trên internet, việc phân giải tên do Hệ thống tên miền DNS (DNS - Domain Name System) xử lý. Với DNS, một tên ở định dạng host.domain có thể được sử dụng thay cho địa chỉ IP của đích. Khi kết nối được bắt đầu, máy chủ nguồn “Source host” sẽ yêu cầu địa chỉ IP của máy chủ đích “Destination host” từ máy chủ DNS Server. Máy chủ DNS Server sẽ trả lời bằng địa chỉ IP của điểm đến. Địa chỉ IP này sau đó sẽ được sử dụng cho tất cả các liên lạc được gửi đến tên đó.