IPv4 là gì? Cấu trúc và phân lớp địa chỉ IPv4

Trong quá trình phát triển của mạng internet, địa chỉ IP đã được tạo ra với vai trò là giao thức truyền tải thông tin giữa các thiết bị sử dụng mạng với nhau. Trải qua nhiều phiên bản thì hiện nay phiên bản IP được sử dụng nhiều nhất là IPv4. Trong bài viết này, hãy cùng BKHOST tìm hiểu xem IPv4 là gì và những đặc điểm của giao thức này nhé.

IPv4 là gì?

IPv4 là phiên bản IP thế hệ thứ 4, nó được sử dụng nhiều nhất hiện nay bên cạnh IPv6. Hai phiên bản IP này là yếu tố chủ chốt cho việc giao tiếp giữa các thiết bị trong mạng internet.

IPv4 được ra mắt vào năm 1981 trong phiên bản RFC 791 và đã được bộ quốc phòng Hoa Kỳ chuẩn hóa trong phiên bản MIL-STD-1777.

IPv4 được ứng dụng trong các hệ thống chuyển mạch gói. Vai trò của nó là định hướng dữ liệu truyền đi. Khi truyền đi các gói tin, giao thức này chỉ đảm bảo phần truyền tải mà không để ý đến thứ tự truyền gói tin hoặc vấn đề gói tin có đến đích hay không, có lặp lại ở máy đích hay không. Vấn đề này sẽ được giải quyết ở tầng cao hơn của hệ thống TCP/IP. Một điều mà IPv4 đảm bảo được đó là tính toàn vẹn dữ liệu bằng cách sử dụng kết quả của việc chạy thuật toán Checksum để kiểm tra.

Cấu trúc của địa chỉ IPv4

Về cấu tạo, địa chỉ IPv4 sẽ có 32 bit và được biểu diễn thành một dãy số nhị phân và chia thành 4 cụm. Mỗi cụm như vậy sẽ gọi là octet. Mỗi octet sẽ là 8 bit và chúng được ngăn cách bằng dấu chấm (.)

Về hình dáng, cấu trúc của một địa chỉ IPv4 sẽ gồm 4 con số ở dạng thập phân tượng trưng cho 4 cụm. Địa chỉ này gồm 2 phần là phần mạng và phần host.

Việc đặt địa chỉ IP phải tuân theo các quy tắc sau:

• Không được đặt những bit ở phần network bằng 0 cùng một lúc. Khi đặt tất cả những bit ở phần network bằng không thì địa chỉ IP sẽ có 3 số đầu là 0.0.0. Đây là một địa chỉ sai.
• Nếu đặt tất cả các bit ở phần host bằng 0 thì số cuối cùng của địa chỉ IP sẽ bằng 0. Khi đó địa chỉ đó là một địa chỉ mạng, không thể dùng làm host. Ví dụ: 191.168.10.0 là một địa chỉ mạng.
• Nếu đặt tất cả các bit ở phần host là 1 thì số cuối cùng của địa chỉ IP là 255. Khi đó địa chỉ này sẽ là một địa chỉ broadcast của mạng đó. Ví dụ: 192.168.10.255 là một địa chỉ broadcast.

Phân lớp địa chỉ IPv4

Dựa vào cách chọn địa chỉ mạng mà địa chỉ IP được phân thành 5 lớp A, B, C, D, E. Đặc điểm của các lớp như sau:

Lớp A

Địa chỉ lớp A có phần mạng là 8 bit đầu và phần host là 24 bit sau. Bit đầu tiên của phần mạng luôn là 0.

Lớp A sẽ có các địa chỉ mạng từ 1.0.0.0 đến 126.0.0.0 và mỗi mạng sẽ có 224 địa chỉ host (loại trừ địa chỉ mạng và địa chỉ broadcast).

Mạng loopback sẽ là 127.0.0.0.

Lớp B

Địa chỉ lớp B có phần mạng là 16 bit đầu và phần host là 16 bit sau. 2 bit đầu tiên của phần mạng luôn là 1.0.

Lớp B sẽ có các địa chỉ mạng từ 128.0.0.0 đến 191.255.0.0 và mỗi mạng sẽ có 214 địa chỉ host (loại trừ địa chỉ mạng và địa chỉ broadcast).

Lớp C

Địa chỉ lớp C có phần mạng là 24 bit đầu và phần host là 8 bit sau. 3 bit đầu tiên của phần mạng luôn là 1.1.0.

Lớp C sẽ có các địa chỉ mạng từ 192.0.0.0 đến 223.255.255.0 và mỗi mạng sẽ có 26 địa chỉ host (loại trừ địa chỉ mạng và địa chỉ broadcast).

Lớp D

Các địa chỉ trong lớp D là những địa chỉ multicast bao gồm 224.0.0.0 đến 239.255.255.255.

Lớp E

Các địa chỉ trong lớp E có vai trò dùng để dự phòng, bao gồm những địa chỉ từ 240.0.0.0 trở đi.

Lưu ý:

Các host chỉ có thể sử dụng địa chỉ IP trong 3 lớp A, B, C. Để biết địa chỉ nằm trong lớp nào, ta sẽ xem số đầu tiên trong địa chỉ IP để biết dựa vào các khoảng sau:

• Lớp A từ 1 đến 126.
• Lớp B từ 128 đến 191.
• Lớp C từ 192 đến 223.
• Lớp D từ 224 đến 239.
• Lớp E từ 240 đến 255.

Giải pháp tên miền (domain)

Về cơ bản, việc người dùng sử dụng các thiết bị để truy cập vào những trang mạng hàng ngày chính là sử dụng những địa chỉ IP nguồn trên máy mình truy cập vào những địa chỉ IP đích của các web.

Mỗi một trang web như vậy sẽ có một địa chỉ IP khác nhau. Việc nhớ hết các địa chỉ IP này gần như là không thể.

Để giúp việc truy cập trở nên dễ dàng hơn, tên miền đã được ra đời và hệ thống tên miền hay còn gọi là DNS sẽ đảm nhận vai trò xử lý các tên miền này.

Khi người dùng gõ tên miền của các trang web, các tên miền đó sẽ được DNS phân giải thành địa chỉ IP đích của web đó. Như vậy việc giao tiếp giữa các địa chỉ IP của các website đó vẫn sẽ diễn ra bình thường.

Những điểm hạn chế của IPv4

Vấn đề lớn nhất mà IPv4 không thể giải quyết được đó là tính bảo mật. Cấu trúc của IPv4 không có bất kỳ cách bảo mật nào và nó cũng không có công cụ nào để mã hóa dữ. Do đó khi liên lạc giữa các host sẽ không được bảo mật, nếu có thì chỉ ở mức tầng ứng dụng. Việc sử dụng IPSec để bảo mật cũng chỉ áp dụng được ở tầng 3 (Network layer) của mô hình OSI và chỉ có thể bảo mật lưu lượng truyền đi giữa các mạng.

Một hạn chế nữa của IPv4 đó là số lượng địa chỉ IP bị hạn chế. Vì giới hạn trong 32 bit nên số địa chỉ tạo ra được là 2^32 = 4.294.967.296 (hơn 4 tỉ) địa chỉ IP. Tuy nhiên hiện nay nhu cầu số lượng địa chỉ IP cần sử dụng ngày càng tăng nên giao thức IPv4 không còn đáp ứng đủ nhu cầu nữa. Vì lý do này mà IPv6 đã được cho ra đời. IPv6 có đến 128bit nên có thể tạo ra số lượng địa chỉ IP lớn hơn gấp nhiều lần so với IPv4. Hiện nay tổ chức IETF đang cố gắng để thay thế hoàn toàn IPv4 thành IPv6.

Bạn có thể lên một số web để kiểm tra địa chỉ IP ví dụ như https://whatismyipaddress.com/. Khi đó bạn sẽ thấy hiện ra địa chỉ cả phiên bản IPv4 lẫn IPv6. Đây là một hành động nhằm giảm bớt sự ảnh hưởng của IPv4 để có thể dễ dàng thay thế bằng IPv6.

Tổng kết về IPv4

Trên đây là những thông tin cơ bản về IPv4. Tổng quan thì đây là một giao thức giúp liên lạc, trao đổi thông tin giữa các thiết bị kết nối mạng phổ biến trong nhiều năm qua. Tuy trong tương lai gần, IPv4 sẽ bị thay thế nhưng nếu xét về chất lượng thì đây vẫn là một thành phần chủ chốt trong hệ thống TCP/IP và việc chúng ta có thể truy cập được nhiều trang web khác chính là nhờ vào giao thức này.

Nếu bạn còn bất kỳ thắc mắc nào liên quan đến IPv4, hãy để lại bình luận ở bên dưới, BKHOST sẽ trả lời bạn trong thời gian sớm nhất.

P/s: Bạn cũng có thể truy cập vào Blog của BKHOST để đọc thêm các bài viết chia sẻ kiến thức quản trị mạng, website, domain, hosting, vps, server, email,… Chúc bạn thành công.