Buzz
Tất cả các thiết bị kết nối vào mạng, từ máy tính, máy tính bảng, máy ảnh,... đều cần một định danh duy nhất để được nhận dạng và truy cập. Trong thế giới mạng TCP/IP, định danh đó được gọi là địa chỉ IP (Internet Protocol).
Cách hoạt động của địa chỉ IP là gì?
Tại sao cần quan tâm đến địa chỉ IP? Biết về cách hoạt động của địa chỉ IP sẽ giúp bạn xử lý các sự cố mạng, thiết bị không kết nối đúng cách và thiết lập các dịch vụ cao cấp như máy chủ lưu trữ game hoặc đa phương tiện trực tuyến.
Lưu ý: Bài viết dưới đây Mytour giải thích những khái niệm cơ bản về địa chỉ IP một cách dễ hiểu, không đi sâu vào các vấn đề phức tạp như lớp địa chỉ IP, định tuyến theo lớp (classless routing) và tùy chỉnh subnet. Mục tiêu là giúp bạn hiểu cách hoạt động của địa chỉ IP một cách đơn giản nhất.
1. Khái niệm của địa chỉ IP là gì?
Mỗi thiết bị trên mạng có một địa chỉ IP duy nhất để nhận dạng. Ví dụ, địa chỉ có thể là 192.168.1.34.
Một địa chỉ IP được hình thành từ một chuỗi bốn số. Mỗi số có giá trị từ 0 đến 255. Do đó, địa chỉ IP có thể nằm trong phạm vi từ 0.0.0.0 đến 255.255.255.255.
Mỗi số trong địa chỉ IP được giới hạn trong khoảng từ 0 đến 255 vì chúng thực ra là các con số tám chữ số nhị phân (hay còn gọi là octet). Trong hệ thống octet, 0 tương đương với 00000000, trong khi 255 tương đương với 11111111, là con số cao nhất mà một octet có thể đạt được. Ví dụ, địa chỉ IP 192.168.1.34 ở hệ nhị phân sẽ là 11000000.10101000.00000001.00100010.
Máy tính xử lý dữ liệu dưới dạng nhị phân, nhưng chúng ta thường làm việc với định dạng thập phân vì nó dễ hiểu hơn. Tuy nhiên, hiểu rõ rằng địa chỉ IP thực sự là các số nhị phân sẽ giúp chúng ta hiểu cách hoạt động của nó.
Phân tích của một địa chỉ IP
Thiết bị có địa chỉ IP được chia thành hai phần chính:
- Mã mạng (Network ID): Mã mạng là một phần của địa chỉ IP bắt đầu từ bên trái, xác định mạng cụ thể mà thiết bị thuộc về. Ví dụ, trong mạng gia đình, nếu thiết bị có địa chỉ IP là 192.168.1.34, thì phần 192.168.1 sẽ là mã mạng. Bạn có thể thêm số 0 vào phần cuối cùng để hiểu rằng mã mạng của thiết bị này là 192.168.1.0.
- Mã máy chủ (Host ID): Mã máy chủ là một phần của địa chỉ IP không thuộc mã mạng. Nó xác định một thiết bị cụ thể trên mạng (còn được gọi là máy chủ). Ví dụ, với địa chỉ IP 192.168.1.34, mã máy chủ là 34, là ID duy nhất của máy chủ trên mạng 192.168.1.0.
Trong mạng gia đình, bạn có thể thấy các thiết bị có địa chỉ IP như 192.168.1.1, 192.168.1.2, 192.168.1.30 và 192.168.1.34. Tất cả đều là các thiết bị duy nhất (có mã máy chủ lần lượt là 1, 2, 30 và 34) trên cùng một mạng (với mã mạng là 192.168.1.0).
Để hình dung dễ dàng hơn về Mã mạng (Network ID) và Mã máy chủ (Host ID), Mytour sẽ cung cấp ví dụ để bạn hiểu rõ hơn. Địa chỉ IP tương tự như địa chỉ của các con đường trong thành phố. Ví dụ, số nhà 203 trên đường Xuân Thủy, trong đó tên đường tương đương với Mã mạng và số nhà tương đương với Mã máy chủ.
Trong một thành phố, không bao giờ có hai con đường cùng tên, tương tự, không có hai Mã mạng trên cùng một mạng được đặt tên giống nhau. Trên một con đường cụ thể, số nhà là duy nhất, tương tự, Mã máy chủ trên một Mã mạng cụ thể cũng là duy nhất.
3. Mặt nạ con mạng (Subnet Mask)
Thiết bị của bạn cần phải xác định phần nào của địa chỉ IP là Mã mạng và phần nào là Mã máy chủ. Để làm điều này, nó sử dụng một số thứ hai mà bạn thường thấy đi kèm với địa chỉ IP, số đó được gọi là mặt nạ con mạng.
Trên hầu hết các mạng đơn giản (như mạng gia đình hoặc mạng doanh nghiệp nhỏ), bạn sẽ thấy các mặt nạ mạng có dạng như 255.255.255.0, trong đó tất cả 4 chơi xổ sốu là 255 hoặc 0. Việc thay đổi từ 255 đến 0 cho thấy phân chia giữa Mã mạng và Mã máy chủ.
Chú ý: Các mặt nạ mạng cơ bản mà Mytour mô tả ở đây là các mặt nạ mạng mặc định. Tuy nhiên, người dùng thường sử dụng các mặt nạ mạng tùy chỉnh (vị trí giữa các số 0 và các số thay đổi trong một octet) để tạo nhiều mạng con trên cùng một mạng.
4. Cổng mặc định (Gateway)
Ngoài địa chỉ IP và mặt nạ mạng tương ứng, bạn cũng sẽ thấy địa chỉ cổng mặc định được liệt kê cùng với thông tin địa chỉ IP. Tùy thuộc vào nền tảng mà bạn sử dụng, địa chỉ này có thể có tên gọi khác. Đôi khi được gọi là router hay địa chỉ router, địa chỉ mặc định hoặc cổng gateway. Tất cả đều là những thuật ngữ đồng nghĩa. Đây là địa chỉ IP mặc định mà một thiết bị sử dụng để gửi dữ liệu mạng khi dữ liệu đó nhắm vào một mạng khác (mạng có Mã mạng khác) chứ không phải mạng mà thiết bị đang sử dụng.
Một ví dụ đơn giản nhất là mạng gia đình. Nếu mạng gia đình bạn sử dụng có nhiều thiết bị, bạn có thể dùng bộ định tuyến (router) để kết nối với Internet thông qua modem. Router có thể là thiết bị độc lập hoặc phần của bộ kết hợp modem/router được cung cấp bởi nhà mạng. Router đặt ở giữa máy tính và các thiết bị trong mạng của bạn và các thiết bị công cộng khác trên Internet, định tuyến lưu lượng truy cập qua lại.
Giả sử bạn mở trình duyệt trên máy tính và truy cập Mytour. Máy tính sẽ gửi yêu cầu đến địa chỉ IP của trang web Mytour. Vì máy chủ nằm trên Internet chứ không phải trong mạng gia đình, lưu lượng sẽ đi từ máy tính đến router (cổng gateway), router sẽ gửi yêu cầu tới máy chủ của trang web. Máy chủ trả lại thông tin đúng cho router, sau đó router chuyển thông tin đến thiết bị đã yêu cầu và bạn sẽ thấy trang web Mytour trên trình duyệt.
Thường thì router được cấu hình để lấy địa chỉ IP riêng (địa chỉ IP trong mạng cục bộ) là Host ID đầu tiên theo mặc định. Ví dụ, trên một mạng gia đình với Network ID là 192.168.1.0, địa chỉ router thường là 192.168.1.1. Tuy nhiên, bạn có thể cấu hình địa chỉ đó bằng một địa chỉ khác nếu muốn.
5. Máy chủ DNS
Phần thông tin cuối cùng bạn thường thấy kèm theo địa chỉ IP, subnet mask và địa chỉ cổng mặc định là địa chỉ của một máy chủ DNS (Domain Name System). Người dùng thường sử dụng tên trang web thay vì địa chỉ IP. Nhập Mytour vào thanh địa chỉ trình duyệt dễ dàng hơn nhiều so với việc nhớ và nhập địa chỉ IP của trang web.
DNS hoạt động như cuốn sổ điện thoại, chuyển đổi tên trang web thành địa chỉ IP mà người dùng có thể đọc được. DNS lưu trữ thông tin này trên mạng Internet. Thiết bị của bạn cần biết địa chỉ của máy chủ DNS để gửi truy vấn.
Trên mạng nhỏ hoặc mạng gia đình, địa chỉ IP của máy chủ DNS thường giống với địa chỉ cổng mặc định. Thiết bị gửi truy vấn DNS tới router của bạn, sau đó router chuyển tiếp yêu cầu đến máy chủ DNS mà nó được cấu hình sử dụng.
Mặc định, thường là các máy chủ DNS do nhà cung cấp dịch vụ Internet cung cấp, nhưng bạn có thể thay đổi chúng bằng các máy chủ DNS khác như Google hoặc OpenDNS.
6. Sự khác biệt giữa IPv4 và IPv6
Trong quá trình cài đặt, bạn cũng sẽ gặp loại địa chỉ IP khác được biết đến là IPv6. IPv4 - loại giao thức chúng ta đã sử dụng từ thập kỷ cuối của thế kỷ 20. Với 32 bit nhị phân (trong bốn octet), IPv4 cung cấp khoảng 4.29 tỷ địa chỉ duy nhất.
Mặc dù con số này lớn, nhưng hầu hết các địa chỉ đã được phân bổ cho các tổ chức từ lâu. Nhiều địa chỉ không được sử dụng, nhưng chúng vẫn được dành và không sẵn sàng cho các mục đích khác.
Vào giữa những năm 90, vấn đề về khan hiếm địa chỉ IP đã khiến IETF phát triển IPv6. IPv6 sử dụng địa chỉ 128-bit thay vì 32-bit như IPv4. Với số lượng địa chỉ duy nhất ước lượng bằng undecillions, IPv6 cung cấp một phạm vi đủ lớn mà không bao giờ cạn kiệt.
So với hệ thống số thập phân trong IPv4, địa chỉ IPv6 được biểu diễn dưới dạng nhóm tám số, phân tách bởi dấu hai chấm. Mỗi nhóm gồm bốn chữ số thập lục phân biểu diễn 16 chữ số nhị phân (được gọi là hextet). Địa chỉ IPv6 chuẩn sẽ có dạng sau:
Để hiểu rõ hơn về sự khác biệt giữa IPv4 và IPv6, bạn có thể tham khảo bài viết so sánh IPv4 và IPv6 trên máy tính cá nhân.
2601:7c1:100:ef69:b5ed:ed57:dbc0:2c1e
Vấn đề về khan hiếm địa chỉ IPv4 đã được giải quyết, khiến người ta không còn lo ngại. Ngày nay, người dùng ngày càng tạo ra các mạng riêng của họ, sử dụng địa chỉ IP riêng tư không được công khai.
7. Quá trình nhận địa chỉ IP của các thiết bị làm thế nào?
Sau khi hiểu các khái niệm cơ bản về hoạt động của địa chỉ IP, điều quan trọng tiếp theo là tìm hiểu cách các thiết bị nhận địa chỉ IP. Có hai loại địa chỉ IP chính: IP động và IP tĩnh.
Địa chỉ IP động được gán tự động khi một thiết bị kết nối vào mạng. Hầu hết các mạng (bao gồm cả mạng gia đình) sử dụng Giao thức Cấu hình Máy chủ Động (DHCP) để thực hiện điều này. Khi một thiết bị kết nối vào mạng, nó gửi một thông điệp yêu cầu địa chỉ IP. DHCP nhận và gán một địa chỉ IP từ tập hợp có sẵn.
Có một số địa chỉ IP riêng tư được router sử dụng cho mục đích này. Các địa chỉ này phụ thuộc vào nhà sản xuất router hoặc cách bạn cấu hình. Dãy địa chỉ IP riêng tư bao gồm:
- 10.0.0.0 - 10.255.255.255: Nếu bạn là khách hàng của Comcast / Xfinity, router do nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) của bạn cung cấp sẽ sử dụng phạm vi địa chỉ này. Một số ISP khác cũng sử dụng các địa chỉ trong phạm vi này cho các router của họ, cũng như Apple sử dụng nó cho các router AirPort của họ.
- 192.168.0.0 - 192.168.255.255: Hầu hết các router thương mại được cấu hình để sử dụng các địa chỉ IP trong khoảng này. Ví dụ, các router của Linksys thường sử dụng địa chỉ 192.168.1.0, trong khi D-Link và Netgear thường sử dụng dải địa chỉ 198.168.0.0.
- 172.16.0.0 - 172.16.255.255: Thường thì các nhà cung cấp dịch vụ Internet hiếm khi sử dụng dãy địa chỉ này mặc định.
- 169.254.0.0 - 169.254.255.255: Dãy địa chỉ đặc biệt này được sử dụng bởi giao thức có tên Automatic Private IP Addressing. Nếu thiết bị của bạn không thể tìm thấy máy chủ DHCP khi cố gắng lấy địa chỉ IP tự động, nó sẽ tự gán một địa chỉ IP từ phạm vi này. Nếu bạn thấy thiết bị của mình có địa chỉ IP trong phạm vi này, có thể thiết bị của bạn gặp vấn đề về mạng hoặc gặp sự cố với router của bạn.
Địa chỉ động thay đổi linh hoạt. Máy chủ DHCP tự động cấp địa chỉ IP và khi đến hạn, các thiết bị phải gia hạn thuê. Đôi khi, thiết bị có thể nhận địa chỉ IP mới từ máy chủ.
Trong hầu hết các trường hợp, việc này không phải là vấn đề, mọi thứ sẽ hoạt động bình thường. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, nếu muốn thiết bị có địa chỉ IP cố định, bạn có thể chỉ định nó. Ví dụ, khi cần truy cập thiết bị bằng cách thủ công hoặc khi một số ứng dụng chỉ kết nối với địa chỉ IP cụ thể. Để kiểm tra địa chỉ IP trên máy tính, bạn có thể sử dụng nhiều phương pháp như sử dụng lệnh cmd hoặc phần mềm thứ ba.
Trong những trường hợp như vậy, bạn có thể chỉ định địa chỉ IP tĩnh cho thiết bị. Có nhiều cách để thực hiện điều này. Bạn có thể cấu hình thiết bị để sử dụng địa chỉ IP tĩnh hoặc cấu hình router để gán địa chỉ IP tĩnh cho các thiết bị cụ thể mà máy chủ DHCP đã gán địa chỉ IP động. Khi đó, địa chỉ IP sẽ không thay đổi mà không làm gián đoạn quá trình DHCP.
Trên đây là một số thông tin về địa chỉ IP và cách hoạt động của nó. Hy vọng bạn có được những kiến thức hữu ích từ bài viết này.
