IP version 4 là gì ? Địa chỉ IP trong mạng

Internet Protocol - IP version 4 cho CCNA

1. IP Version 4 là gì ?

Internet Protocol sử dụng các gói được gọi là gói IP để mang thông tin. Mỗi gói IP là một đơn vị thông tin và bên cạnh dữ liệu, nó còn mang thông tin để xác định nơi gửi gói. Giao thức IP xác định điểm đến của gói tin bằng cách xem địa chỉ IP đích.

Chúng ta sẽ cùng xem qua một số đặc điểm của nó:

• Hoạt động ở lớp network của mô hình OSI

• Giao thức không kết nối: bản thân IP không thiết lập kết nối. Để truyền dữ liệu, bạn cần lớp transport với giao thức TCP/UDP

• Mỗi packet đều sẽ được xử lý độc lập, không có thứ tự.

• Địa chỉ IP có một hệ thống phân cấp, điều này sẽ được nói tới trong nội dung về subnet và subnet mask

Chúng ta cần địa chỉ IP để mỗi thiết bị được xác định là duy nhất trong network. Mỗi địa chỉ IP có 32 bit, bao gồm 2 phần là network và host. Người ta thường chia địa chỉ IP thành 4 phần 8 bit, và 8 bit bằng với 1 byte. Nó sẽ có dạng như sau.

Phần network sẽ cho chúng ta biết IP này thuộc về network nào, và phần host là phần xác định thiết bị mạng của bạn, giống như những chữ số cuối cùng của số điện thoại hay căn cước công dân.

Ví dụ như địa chỉ 192.168.1.1, có thể các bạn đều đã được thấy nó trước đây. Đây là địa chỉ IP được sử dụng một cách vô cùng phổ biến trên các local networks. Trong địa chỉ IP này, 3 byte đầu tiên là địa chỉ network và byte cuối cùng là địa chỉ host. 

Vậy tại sao 3 byte đầu là mạng và byte cuối cùng là host ? Nguyên nhân là bởi vì khi cấu hình địa chỉ IP, bạn cũng sẽ phải chỉ định subnet mask của nó. Với địa chỉ IP 192.168.1.1, subnet mask của nó là 255.255.255.0.

Subnet mask cho máy tính của bạn phân biệt được đâu là phần network, và đâu là phần host. Chúng ta sẽ nói về binary ( số nhị phân ) và subnetting ( mạng con ) ở phần sau, giờ chỉ cần nhớ rằng subnet mask sẽ cho ta biết phần nào của địa chỉ IP là phần network và phần nào là dành cho host.

2. Cấu tạo của IP Packet

Đây là hình ảnh của một IP Packet trong thực tế.

Nó được chia ra thành rất nhiều phần. Bạn chỉ cần xem qua nó và không cần phải bối rối khi không biết chúng là gì. Chúng ta có thể bỏ qua phần màu xám và chỉ cần quan tâm vào những phần có màu xanh và đỏ, bao gồm: 

Protocol: đây là nơi bạn sẽ biết được giao thức nào đang được sử dụng để phục vụ cho việc truyền dữ liệu. Nó có thể là TCP, UDP hoặc 1 giao thức nào đó khác.

Source Addess: phần cho biết địa chỉ IP của thiết bị đã tạo ra packet này

Destination Address: địa chỉ IP của thiết bị nhận được packet này

Data: dữ liệu thực tế được truyển đi

Giờ chúng ta sẽ thử phân tích một địa chỉ IP

Nhìn vào IP 192.168.1.1, theo dạng nhị phân thì nó sẽ là 

Đây rõ ràng là một chuỗi số nhìn rất không thuận mắt, nên người ta sẽ chia nó thành nhiều phần, với một khối có 8 bit, hay còn được biết đến là 1 byte hoặc octet:

Giờ thì chúng ta có thể đổi từng byte sang dạng thập phân. Giá trị của nó tương ứng như sau:

Cuối cùng chúng ta sẽ nhận được IP addess 192.168.1.1

3. Các lớp mạng

Một điều nữa mà ta cần chú ý đó là các lớp khác nhau trong mạng. Có thể các bạn đã từng nghe nói về nó trước đây. Địa chỉ IP 192.168.1.1 trong ví dụ thuộc về mạng lớp C.

Chúng ta có 3 lớp mạng khác nhau hoạt động để làm việc, đó là lớp A, B và C. Vậy sự khác biệt giữa chúng là gì ? Nó nằm ở số lượng host phù hợp trong mỗi mạng. Hãy xem ví dụ dưới đây:

3 octet màu xanh là phần network trong địa chỉ IP. Phần màu đỏ chính là host. Bạn có thể sử dụng octet cuối cùng (hoặc cũng có thể gọi là byte, như nhau)  cho các host để cung cấp cho chúng một địa chỉ IP duy nhất.

Các địa chỉ IP có phần network giống nhau được coi là ở trong cùng 1 mạng, ví dụ như 192.168.1.2, 192.168.1.3 và 192.168.1.4. Vậy máy tính của bạn sẽ làm gì khi nó muốn gửi 1 IP packet đến một mạng khác ? Bạn có thể tìm thấy câu trả lời ở ngay trong máy tính của mình.

Bấm vào cửa sổ Windows + R hoặc tìm app Run, gõ CMD và ấn enter. Sau khi cửa sổ chương trình hiện lên, gõ lệnh ipconfig để xem thông tin IP

Theo thông tin hiển thị, máy tính hiện đang ở dải mạng 10.10.10.X. Khi muốn gửi một cái gì đó đến một mạng khác, nó sẽ cần sử dụng default gateway. Đây thường là địa chỉ router của bạn, trong trường hợp này thì nó là IP 10.10.10.1.

Quay trở lại vấn đề các lớp mạng, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu sự khác nhau giữa chúng

Nếu bạn sử dụng lớp A, bạn sẽ có được rất nhiều host cho mạng của mình

Nếu bạn sử dụng lớp B, phần network và host sẽ là ngang bằng nhau

Và cuối cùng, với mạng lớp C, bạn sẽ có rất nhiều phần network nhưng chỉ có 1 vài host cho mỗi mạng. 

Nhìn vào địa chỉ 192.168.1.1, ta có thể ngay lập tức kết luận rằng đây là 1 địa chỉ IP lớp C. Tại sao lại như vậy ? Hãy nhìn vào ảnh dưới đây

Các bit đầu tiên được cố định cho mỗi lớp mạng khác nhau. Với lớp A, bit đầu tiên luôn luôn là 0, tương tự với lớp B và C đó là 10 và 110. Như vậy, khi đổi các bit này từ dạng nhị phân sang dạng thập phân, ta sẽ kết luận được rằng: 

Lớp A bắt đầu từ địa chỉ 0.0.0.0

Lớp B bắt đầu từ địa chỉ 128.0.0.0

Lớp C bắt đầu từ địa chỉ 192.0.0.0

Và từ đó, ta cũng có thể suy ra được phạm vi chính xác của 3 lớp mạng này, đó là: 

Lớp A: 0.0.0.0 - 126.255.255.255

Lớp B: 128.0.0.0 - 191.255.255.255

Lớp C: 192.0.0.0 - 223.255.255.255

Nhìn vào đây, rất nhiều người sẽ thắc mắc rằng subnet 127.0.0.0 đã biến đâu mất, và tại sao lớp C lại phải kết thúc ở 223.255.255.255

Để trả lời cho câu hỏi đầu tiên, hãy truy cập command prompt trên máy tính của bạn và ping đến địa chỉ 127.0.0.1. Từ phản hồi của nó, bạn có thể biết được dải mạng này đang được sử dụng như một “loopback”. Nó là thứ sẽ giúp bạn kiểm tra xem IP stack của bạn có đang ổn hay không.

Về phần câu hỏi thứ 2, phần còn lại đó có thể gọi là lớp D. Các địa chỉ IP thuộc lớp này không được sử dụng để gán cho máy tính mà được dùng để làm “multicast”.

4. Địa chỉ Public và địa chỉ Private

Tiếp theo, hãy tìm hiểu về sự khác biệt giữa các địa chỉ IP public và private.

Địa chỉ public được sử dụng ở mạng Internet, trong khi địa chỉ private là địa chỉ mà bạn sử dụng trong local network, hay những mạng nội bộ, và 2 địa chỉ này hoàn toàn tách biệt với nhau. Các dải địa chỉ IP private được cấp đó là: 

Class A: 10.0.0.0 - 10.255.255.255

Class B: 172.16.0.0 - 172.31.255.255

Class C: 192.168.0.0 - 192.168.255.255

Như vậy, địa chỉ 192.168.1.1 là một địa chỉ IP private thuộc lớp C. Nó là 1 địa chỉ rất phổ biến trong mạng gia đình hay văn phòng, doanh nghiệp có quy mô nhỏ.

5. Địa chỉ Network và địa chỉ Broadcast

Thêm 1 vấn đề nữa, vấn đề cuối cùng mà chúng ta sẽ tìm hiểu trong nội dung này. Sẽ có 2 địa chỉ IP mà bạn không thể sử dụng ở trong mạng của mình, đó là địa chỉ Network và địa chỉ Broadcast. Đối với địa chỉ Network với đuôi .0.0, thì nó được sử dụng để định nghĩa cho mạng của bạn. Còn đối với địa chỉ Broadcast, nó không được dùng làm địa chỉ IP của máy tính là bởi vì nó đã được dùng cho một công việc khác. Có thể coi địa chỉ broadcast đại diện cho toàn bộ các thiết bị ở trong mạng. Một broadcast là một IP packet mà nó sẽ được gửi đến cho toàn bộ các thiết bị trong mạng của bạn. Để biết chắc rằng bạn không thể sử dụng 2 địa chỉ IP này, hãy thử thực hiện các bước như sau đây:

Sử dụng địa chỉ IP thuộc lớp C 192.168.1.1

Ta sẽ xem xét octet cuối cùng, thứ sẽ được sử dụng làm phần host. Nếu ta đặt cho tất cả các bit trong phần octet này là bit 0, chúng ta sẽ có địa chỉ network là 192.168.1.0

Như vậy trong trường hợp này thì 192.168.1.0 là địa chỉ network, và chúng ta không thể dùng nó để làm địa chỉ IP cho máy tính được. Ngược lại, nếu ta đặt cho tất cả các bit đều là bit 1 thì sẽ nhận được 1 địa chỉ broadcast và cũng không dùng cho máy tính được luôn.

Vậy có thể kết luận ngăn gọn rằng, khi tất cả host bit đều là 0 thì đó là địa chỉ network, và nếu tất cả nó là 1 thì đó là địa chỉ broadcast. Cả 2 địa chỉ IP này đều sẽ không được sử dụng cho máy tính.

Và đó cũng là tất cả những gì có trong nội dung về IP version 4. Hy vọng điều này có ích cho các bạn.