IPv4 là gì? Internet đã phát triển trở thành một mạng lưới phức tạp bao gồm nhiều người dùng, thiết bị, nền tảng được kết nối với nhau và xuất hiện rất nhiều loại dịch vụ khác mà mọi người sử dụng hàng ngày. Mỗi thiết bị được kết nối internet đều có danh tính riêng của nó, được gọi là địa chỉ IP. Hiện tại, địa chỉ IP phổ biến nhất được gọi là IPv4.
IPv4 được xem là cốt lõi của giao tiếp Internet vì vậy hiện nay, nó thu hút một sự quan tâm đáng kể. Vậy địa chỉ IP thế hệ thứ 4 là gì, cấu trúc địa chỉ IP này như thế nào? Cùng EZTECH khám phá trong bài viết sau.
IPv4 là gì?
IPv4 là viết tắt của Giao thức Internet phiên bản 4. Đây là một phiên bản giao thức Internet thứ 4 trong quá trình phát triển của Giao thức Internet (IP). Đây là phiên bản IP đầu tiên được sử dụng rộng rãi. IETF đã công bố giao thức này trong phiên bản RFC 791 (9/1981), thay thế phiên bản RFC 760 (1/1980).
Ngoài ra, Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ đã chuẩn hoá giao thức này với tên gọi MIL-STD-1777. Nó được thiết kế để trở thành một giao thức không hướng kết nối. Giao thức này được sử dụng trong Mạng Chuyển Mạch Gói (Ethernet).
Khám phá IPv4 là gì, chúng ta nhận thấy rằng nó đảm nhận việc thiết lập các kết nối Logic giữa các thiết bị mạng. Điều này bao gồm cung cấp nhận dạng cho các thiết bị.
IPv4 dựa trên kiểu mô-đun tốt nhất, ngăn chặn việc phân phối hay phân phối trùng lặp. IPv4 là một giao thức rất linh hoạt, có thể được cấu hình tự động hay thủ công với nhiều loại hệ thống tùy thuộc vào loại mạng.
Hiện tại, ngoài IPv4 thì trên thị trường đã triển khai thế hệ IP mới là IPv6. Mọi người có thể tham khảo thêm thông tin chi tiết tại bài viết “IPv6 là gì? 3 Thành Phần Quan Trọng Bên Trong IPv6”
Đặc điểm của địa chỉ IPv4
Tiếp theo, hãy cùng tìm hiểu đặc điểm của địa chỉ IPv4 là gì để hiểu lý do vì sao nó có khả năng đặc biệt như vậy.
- IPv4 là một giao thức 32-bit.
- IPv4 sử dụng phương pháp đánh số địa chỉ.
- Dấu chấm (.) phân tách các bit nhị phân của IPv4.
- IPv4 có 12 trường tiêu đề.
- IPv4 có tính năng hỗ trợ phát sóng.
- VLSM (Mặt nạ mạng con có độ dài thay đổi) được hỗ trợ bởi IPv4.
- Địa chỉ IPv4 được ánh xạ thành địa chỉ MAC thông qua ARP (Giao thức phân giải địa chỉ).
Ưu điểm của IPv4 là gì?
- Giao thức không có kết nối.
- Cho phép tạo một lớp giao tiếp ảo đơn giản trên nhiều thiết bị.
- Nó chiếm ít bộ nhớ hơn và dễ nhớ các địa chỉ.
- Hàng triệu thiết bị đã hỗ trợ giao thức này.
- Nó cung cấp một thư viện video cũng như hội nghị.
Nhược điểm của IPv4 là gì?
Cấu trúc thiết kế
Địa chỉ IPv4 có cấu trúc định tuyến phân cấp và không phân cấp. Mỗi Router phải giữ một bảng thông tin định tuyến lớn, điều này đòi hỏi một số lượng lớn bộ nhớ. IPv4 cũng yêu cầu Router can thiệp nhiều vào các gói IPv4.
Khuyết điểm về không gian địa chỉ
Khi được hỏi về nhược điểm lớn nhất của IPv4 là gì, thì có lẽ đó là thiếu không gian địa chỉ. Bởi vì địa chỉ IPv4 chỉ có 32 bit dẫn đến không gian địa chỉ IPv4 chỉ có 232 địa chỉ. Với tốc độ phát triển nhanh chóng của Internet hiện nay, tài nguyên địa chỉ IPv4 gần như cạn kiệt.
Hai vấn đề chính mà IPv4 phải đối mặt với là sự thiếu thốn địa chỉ, đặc biệt là trong không gian địa chỉ tầm trung (lớp B) và việc mở rộng kích thước bảng định tuyến lớn lên mức nguy hiểm của Internet.
Nhiều phương pháp đã được sử dụng để giải quyết vấn đề hạn chế địa chỉ IP bao gồm: mạng con, CIDR, VLSM và NAT. Hơn nữa, nhu cầu Tự cấu hình ngày càng trở nên quan trọng. Sau khi biết được nhược điểm lớn của IPv4 là gì, người ta đã tìm cách để nghiên cứu tạo ra một giao thức mới.
Tính bảo mật và kết nối đầu cuối
Không có bảo mật nào được tích hợp trong cấu trúc thiết kế của địa chỉ IPv4. Giao thức IPv4 không hỗ trợ mã hóa dữ liệu. Do đó, thay vì bảo mật lưu lượng giữa các Host, bảo mật ở mức ứng dụng hiện được sử dụng rộng rãi.
Nếu sử dụng IPSec là một phương pháp bảo mật phổ biến ở lớp IP, thì mô hình bảo mật chính là bảo mật lưu lượng giữa các mạng, với việc sử dụng bảo mật lưu lượng đầu cuối rất hạn chế.
Cấu trúc của địa chỉ IPv4
Địa chỉ IP được phân thành hai phần: Máy chủ và Mạng.
Cách biểu diễn địa chỉ IPv4 là gì?
Địa chỉ IPv4 gồm bao nhiêu bit? Địa chỉ IPv4 được phân thành bốn cụm 8 bit và được hình thành từ 32 bit nhị phân. Số hệ thập phân được sử dụng để biểu thị những nhóm tám sẽ được tách biệt bằng dấu chấm (.). Tuy nhiên, để tiện lợi cho người dùng, các bộ tám này được chuyển đổi thành giá trị hệ thập phân, như được hiển thị trong bảng dưới đây:
| Hình thức biểu diễn | Giá trị | Chuyển đổi từ biểu diễn hệ thập phân |
| Bộ tám được biểu diễn ở hình thức hệ thập phân | 192.0.2.235 | N/A |
| Bộ tám ở hệ cơ số 16 | 0xC0.0x00.0x02.0xEB | Được chuyển sang hình thức cơ số 16 trên mỗi bộ tám |
| Bộ tám ở hệ cơ số 8 | 0300.0000.0002.0353 | Được chuyển sang hình thức cơ số 8 trên mỗi bộ tám |
| Hệ cơ số 16 | 0xC00002EB | Giá trị của chuỗi 32 bit sẽ được chuyển sang hệ cơ số 16 |
| Hệ cơ số 10 | 3221226219 | Giá trị của chuỗi 32 bit sẽ được chuyển sang hệ cơ số 10 |
| Hệ cơ số 8 | 030000001353 | Giá trị của chuỗi 32 bits sẽ được chuyển thành hệ cơ số 8 |
Quy tắc gán địa chỉ IPv4
Để giúp bạn hiểu rõ hơn về cấu trúc của IPv4 là gì, hãy cùng xem nguyên tắc quản lý việc gắn địa chỉ ở dưới đây nhé.
- Thiết lập các bit của phần mạng thành 0 cùng một lúc là điều không thể. Khi tất cả các bit mạng được đặt thành 0, địa chỉ IP sẽ được hình thành bởi ba chữ số đầu tiên là 0.0.0. Đây là địa chỉ không hợp lệ.
- Nếu tất cả các bit trong phần Host đều là 0, chữ số cuối cùng của địa chỉ IP sẽ là 0. Địa chỉ trong trường hợp này chỉ có thể sử dụng làm địa chỉ mạng, không thể sử dụng làm địa chỉ Host.
- Nếu tất cả các bit trong phần máy chủ đều là 1, chữ số cuối cùng của địa chỉ IP sẽ là 255. Khi đó, địa chỉ này được coi là địa chỉ phát sóng của mạng đó. Ví dụ, địa chỉ phát sóng có thể là 192.168.10.255.
Bên cạnh đó, khi nắm vững cấu trúc của IPv4 là gì, bạn sẽ nhận thấy rằng địa chỉ của thiết bị phản ánh vị trí và vai trò của nó trong mạng. Do đó, không có hai thiết bị nào trong cùng một mạng có thể có cùng một địa chỉ.
Cấu trúc phân cấp được phát triển theo CIDR và được điều hành bởi IANA (Bộ phận quản lý việc cấp phát địa chỉ Internet) cùng với các điểm đăng ký Internet tư nhân có trách nhiệm quản lý việc phân bổ địa chỉ Internet trên toàn cầu. Mỗi RIR duy trì một cơ sở dữ liệu WHOIS có thể tìm kiếm miễn phí, cho phép mọi người nhanh chóng xác định vị trí địa lý của một địa chỉ Internet công cộng.
Các lớp địa chỉ IPv4 là gì?
Nhóm A
- Phần Network trong địa chỉ nhóm A là 8 bit đầu tiên và phần Host là 3 octet cuối.
- Bit đầu tiên trong địa chỉ nhóm A luôn có giá trị 0.
- 1.0.0.0 -> 126.0.0.0 là ví dụ về địa chỉ mạng nhóm A.
- Mạng Loopback là mạng 127.0.0.0.
- Mỗi mạng nhóm A có (224 – 2) Host vì phần Host có 24 bit.
Nhóm B
Nhóm B của IPv4 là gì và nó có gì đặc biệt?
- Phần Network trong địa chỉ nhóm B là 2 octet đầu tiên và phần Host là 2 octet cuối.
- 2 bit đầu tiên trong địa chỉ nhóm B luôn có giá trị 1.
- 128.0.0.0 -> 191.255.0.0 là ví dụ về địa chỉ địa chỉ IP hợp lệ của nhóm B. Nhóm B chứa tổng cộng 214 mạng.
- Mạng nhóm B có (216 – 2) Host vì phần Host dài 16 bit.
Nhóm C
- Phần Network trong địa chỉ nhóm C là 3 octet đầu tiên và phần Host là 3 octet cuối.
- 3 bit đầu tiên trong địa chỉ nhóm C luôn có giá trị 110.
- 192.0.0.0 -> 223.255.255.0 là ví dụ về địa chỉ mạng nhóm C. Nhóm C chứa tổng cộng 221 mạng.
- Mạng nhóm C có (28 – 2) máy chủ vì phần máy chủ dài 8 bit.
Nhóm D
- Các địa chỉ từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255 thuộc nhóm D.
- Đây là các địa chỉ được sử dụng cho Multicast.
- Ví dụ: 224.0.0.9 sử dụng cho RIPv2, 224.0.0.5 sử dụng cho OSPF.
Lớp E
- Bắt đầu từ 240.0.0.0.
- Lớp E chỉ được dùng cho mục đích làm dự phòng.
Phân chia khối địa chỉ:
| Khối địa chỉ CIDR | Miêu tả |
| 0.0.0.0/8 | Mạng hiện tại. Khối địa chỉ này chỉ có giá trị với địa chỉ nguồn |
| 10.0.0.0/8 | Mạng riêng |
| 14.0.0.0/8 | Mạng dữ liệu công cộng (10/2/2008) |
| 127.0.0.0/8 | Localhost |
| 128.0.0.0/16 | Dự trữ (IANA) |
| 169.254.0.0/16 | Link-Local |
| 172.16.0.0/12 | mạng riêng |
| 191.255.0.0/16 | Dự trữ (IANA) |
| 192.0.0.0/24 | Dự trữ (IANA) |
| 192.0.2.0/24 | Tài liệu và mã ví dụ |
| 192.88.99.0/24 | tương tác với IPv6 |
| 192.168.0.0/16 | mạng riêng |
| 198.18.0.0/15 | Dành cho thí nghiệm |
| 223.255.255.0/24 | Dự trữ (IANA) |
| 224.0.0.0/4 | Phát sóng nhiều điểm (Lớp D) |
| 240.0.0.0/4 | Tiết kiệm (Lớp E) |
| 255.255.255.255 | Phát sóng |
Ghi chú về địa chỉ IPv4
Hãy xem thêm một số ghi chú khi sử dụng IPv4 sau khi tìm hiểu về các lớp địa chỉ IPv4 là gì và các lớp mạng của địa chỉ IPv4 ở phần dưới đây.
- Các lớp địa chỉ IPv4 A, B và C thường được sử dụng để thiết lập cho các Máy chủ.
- Để xác định địa chỉ IP thuộc lớp nào, hãy nhìn vào octet đầu tiên của địa chỉ IPv4. Nếu octet đầu tiên nằm trong khoảng từ 1 đến 126, địa chỉ thuộc lớp A. Nếu octet đầu tiên nằm trong khoảng 128 đến 191, địa chỉ thuộc lớp B. Địa chỉ thuộc lớp C nếu octet đầu tiên nằm trong khoảng 192 đến 223.
Phương pháp giải quyết vấn đề thiếu địa chỉ IPv4 là gì?
Nguy cơ thiếu địa chỉ đã được dự báo do sự phát triển không ngừng của Internet; tuy nhiên nhờ công nghệ NAT (Network Address Translation) tạo ra hai mạng riêng biệt: mạng công cộng và mạng riêng. Trên mạng công cộng, địa chỉ mạng được sử dụng trong mạng riêng có thể được tái sử dụng mà không gây xung đột. Có thể nói, chính điều này đã làm chậm vấn đề khan hiếm địa chỉ IP vào thời điểm hiện tại.
Ngoài ra, để giải quyết lâu dài vấn đề khan hiếm địa chỉ IP, người ta đã phát triển một giao thức mới nhằm thay thế cho IPv4, đó là IPv6.
Tổng kết
Sau khi đã đọc hết bài viết này có lẽ bạn đã hơi hiểu được đặc điểm địa chỉ IP IPv4 là cái gì, cấu trúc và những hạn chế của nó. Hiện nay, Internet trở thành một phần quan trọng trong cuộc sống của mỗi người. Internet càng phát triển, các nhà khoa học gặp khó khăn khi phải liên tục sáng tạo ra những công nghệ mới để theo kịp nó. Một trong những ví dụ phổ biến nhất là IPv4. Nó gần như đã hoàn thành nhiệm vụ và dần dần được thay thế bằng IPv6.
