Cách thức hoạt động của địa chỉ IP

Thiên Lam

Mọi thiết bị kết nối với một mạng như máy tính, máy tính bảng, máy ảnh, v.v… sẽ cần một số nhận dạng duy nhất để các thiết bị khác biết cách tiếp cận nó. Trong giao thức TCP/IP, số nhận dạng đó được gọi là địa chỉ giao thức Internet hay còn gọi là địa chỉ IP (Internet Protocol - IP).

Nếu đã quen thuộc với máy tính, chắc hẳn bạn sẽ không còn xa lạ gì về địa chỉ IP, những chuỗi số có dạng như 192.168.0.15. Thông thường, người dùng không cần trực tiếp xử lý địa chỉ này, vì các thiết bị và mạng sẽ chịu trách nhiệm quản lý chúng. Khi cần sử dụng địa chỉ IP, người dùng chỉ thực hiện theo hướng dẫn để điền nó vào vị trí thích hợp. Tuy nhiên, nếu muốn tìm hiểu sâu hơn về ý nghĩa và các hoạt động của những con số này, hãy đọc bài viết này.

Nhiều người sẽ thắc mắc tại sao lại cần quan tâm đến địa chỉ IP. Việc hiểu địa chỉ IP hoạt động như thế nào rất quan trọng khi muốn khắc phục sự cố mạng hoặc một thiết bị cụ thể không thể kết nối được hoặc cần thiết lập nâng cao như lưu trữ một máy chủ trò chơi hoặc máy chủ media để bạn bè có thể kết nối qua mạng. Trong những trường hợp như vậy, bạn cần biết về địa chỉ IP.

Khắc phục các sự cố mạng trong Windows 7 bằng dòng lệnh

Lưu ý: Bài viết này chỉ đề cập đến các vấn đề cơ bản của địa chỉ IP mà không đề cập đến một số nội dung, khái niệm phức tạp, chuyên sâu hơn, như các lớp IP, định tuyến không phân lớp và chia mạng con v.v...

Địa chỉ IP là gì?

Một địa chỉ IP nhận dạng duy nhất cho một thiết bị trên mạng. Bạn có thể đã từng thấy các địa chỉ này trước đây, chúng trông giống như 192.168.1.34. Một địa chỉ IP là một bộ gồm bốn số như trên. Mỗi số có thể dao động từ 0 đến 255. Vì vậy, phạm vi địa chỉ IP đầy đủ đi từ 0.0.0.0 đến 255.255.255.255.

Lý do mỗi số chỉ có thể đạt đến 255 là vì thực sự chúng là một số tám chữ số nhị phân (đôi khi được gọi là một octet). Trong một octet, số không sẽ là 00000000, trong khi số 255 là 11111111, đây là con số tối đa mà octet có thể đạt được. Địa chỉ IP mà chúng ta đã đề cập trước đó (192.168.1.34) trong hệ nhị phân sẽ có dạng như sau: 11000000.10101000.00000001.00100010.

Phân tích địa chỉ IP ra số nhị phân

Máy tính làm việc với định dạng nhị phân, nhưng con người chúng ta thấy làm việc với định dạng thập phân dễ dàng hơn. Tuy nhiên, biết địa chỉ IP thực sự là số nhị phân sẽ giúp người dùng hiểu cách thức hoạt động của nó.

Hai phần của một địa chỉ IP

Địa chỉ IP của thiết bị thực sự gồm hai phần riêng biệt:

Network ID: là một phần của địa chỉ IP bắt đầu từ bên trái, xác định mạng cụ thể mà thiết bị đó được định vị. Ví dụ, trên mạng gia đình, một thiết bị có địa chỉ IP 192.168.1.34, phần 192.168.1 của địa chỉ sẽ là Network ID. Bạn có thể thêm số không vào phần cuối bị thiếu, do đó, chúng ta có thể nói rằng Network ID của thiết bị này là 192.168.1.0.
Host ID: Host ID là một phần của địa chỉ IP không được lấy bởi Network ID. Nó xác định một thiết bị cụ thể trên mạng đó. Tiếp tục ví dụ ở trên về địa chỉ IP 192.168.1.34, host ID sẽ là ID duy nhất của máy chủ trên mạng 192.168.1.0.

Trên mạng gia đình, bạn có thể thấy một số 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 các địa chỉ này là các thiết bị duy nhất (với host ID là 1, 2, 30 và 34 trong trường hợp này) trên cùng một mạng (với network ID 192.168.1.0).

Mạng gia đình

Để các bạn hình dung tất cả những điều này rõ hơn, chúng ta sẽ lấy một ví dụ tương tự. Địa chỉ IP khá giống với địa chỉ đường phố, ví dụ như số 2013, đường Paradise. Tên đường phố giống như network ID và số nhà giống như host ID. Trong một thành phố, không có hai đường phố được đặt tên giống nhau, tương tự như vậy không có hai network ID mạng trên cùng một mạng được đặt tên giống nhau. Trên một đường phố cụ thể, số nhà là số duy nhất, giống như tất cả các host ID trong một network ID cụ thể là duy nhất.

Subnet Mask

Vậy, làm thế nào thiết bị xác định được phần nào của địa chỉ IP là network ID và host ID? Vì lý do đó, họ sử dụng số thứ hai mà bạn sẽ luôn thấy gán với địa chỉ IP. Số đó được gọi là subnet mask.

Trên hầu hết các mạng đơn giản (giống như mạng trong các gia đình hoặc doanh nghiệp nhỏ), bạn sẽ thấy các subnet mask như 255.255.255.0, trong đó tất cả bốn số là 255 hoặc 0. Vị trí thay đổi từ 255 đến 0 cho thấy sự phân chia giữa network ID và host ID.

Subnet mask

Lưu ý: Các subnet mask cơ bản mà chúng ta đang mô tả ở đây được gọi là subnet mask mặc định. Mọi người thường sử dụng các subnet mask riêng (vị trí giữa các số không và các số thay đổi trong một octet) để tạo nhiều mạng con trên cùng một mạng.

Địa chỉ cổng mặc định

Ngoài địa chỉ IP và subnet mask tương ứng, bạn cũng sẽ thấy một địa chỉ cổng mặc định được liệt kê cùng với thông tin về địa chỉ IP. Tùy thuộc vào nền tảng đang sử dụng, địa chỉ này có thể được gọi với tên khác nhau như "router", "router address”, “default route” "hoặc chỉ là "gateway". Đây là địa chỉ IP mặc định mà một thiết bị gửi dữ liệu mạng khi dữ liệu đó nhằm vào một mạng khác (một mạng có network ID khác) so với thiết bị đang bật.

Ví dụ, nếu trong mạng gia đình có nhiều thiết bị, bạn có thể có một router được kết nối với Internet qua modem. Router đó có thể là một thiết bị riêng biệt, hoặc có thể là một phần của một thiết bị kết hợp modem và router, được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ Internet của bạn. Router nằm giữa các máy tính và các thiết bị trong mạng và các thiết bị công cộng khác trên Internet truyền (hoặc định tuyến) traffic qua lại.

Những bộ phát wifi, modem wifi tốt nhất, đáng mua nhất cho bạn

Địa chỉ cộng mặc định

Giả sử bạn khởi động trình duyệt và truy cập vào trang web www.quantrimang.com. Máy tính sẽ gửi yêu cầu đến địa chỉ IP của trang web. Vì các máy chủ này nằm trên Internet chứ không phải trên mạng gia đình, traffic đó được gửi từ máy tính đến router (cổng), và router sẽ chuyển tiếp yêu cầu tới máy chủ của trang web. Máy chủ gửi đúng thông tin tới router, sau đó chuyển thông tin về thiết bị đã yêu cầu và bạn thấy trang web bật lên trong trình duyệt.

Thông thường, các router được cấu hình theo mặc định để địa chỉ IP riêng (địa chỉ trên mạng cục bộ) là host ID đầu tiên. Ví dụ, trên một mạng gia đình sử dụng 192.168.1.0 làm network ID, router thường là 192.168.1.1. Tất nhiên, bạn có thể cấu hình khác đi nếu muốn.

DNS server

Có một phần thông tin cuối cùng bạn thấy được gán cùng với địa chỉ IP, subnet mask và địa chỉ cổng của thiết bị là địa chỉ của một hoặc hai DNS server (Domain Name System) mặc định. Con người chúng ta thường thấy dễ nhớ tên hơn là các con số. Gõ www.quantrimang.com vào thanh địa chỉ của trình duyệt dễ dàng hơn nhiều so với ghi nhớ và gõ địa chỉ IP của trang web.

DNS hoạt động giống như một cuốn sổ điện thoại, tìm kiếm những thứ mà con người có thể đọc như tên website và chuyển đổi chúng sang địa chỉ IP. DNS thực hiện điều này bằng cách lưu trữ tất cả các thông tin trên một hệ thống các DNS server được liên kết trên Internet. Thiết bị cần phải biết địa chỉ của DNS server để gửi truy vấn.

Trên một mạng nhỏ hoặc mạng gia đình điển hình, địa chỉ IP của DNS server thường giống với địa chỉ cổng mặc định. Các thiết bị gửi các truy vấn DNS tới router, sau đó chuyển tiếp các yêu cầu về bất kỳ DNS server nào mà router được định cấu hình để sử dụng. Theo mặc định, thường là những DNS server mà nhà cung cấp dịch vụ Internet cung cấp, nhưng bạn có thể thay đổi những máy chủ đó để sử dụng các DNS server khác nhau nếu muốn. Đôi khi, người dùng có thể có sử dụng các máy chủ DNS do các bên thứ ba cung cấp, như Google hay OpenDNS.

Sự khác biệt giữa IPv4 và IPv6 là gì?

Sự khác biệt giữa IPv4 và IPv6

Nhiều người cũng có thể nhận thấy có một loại địa chỉ IP, được gọi là địa chỉ IPv6. Các loại địa chỉ IP mà chúng ta đã nói từ trước đến nay là các địa chỉ được sử dụng bởi IP phiên bản 4 (IPv4) - một giao thức được phát triển vào cuối những năm 70. Chúng sử dụng 32 bit nhị phân (trong bốn octet) để cung cấp tổng cộng 4,29 tỷ địa chỉ duy nhất. Mặc dù con số có vẻ nhiều, nhưng tất cả các địa chỉ công cộng đã có từ lâu được gán cho các doanh nghiệp. Nhiều địa chỉ trong số đó không được sử dụng, nhưng chúng được chỉ định và không sử dụng được cho mục đích chung khác.

Vào giữa những năm 90, lo lắng về sự thiếu hụt địa chỉ IP, IETF đã thiết kế IPv6. IPv6 sử dụng địa chỉ 128-bit thay vì địa chỉ 32-bit của IPv4, do đó, tổng số địa chỉ duy nhất được đo bằng số undecillions, đây là một số đủ lớn mà không bao giờ hết.

Không giống như ký hiệu thập phân được sử dụng trong IPv4, các địa chỉ IPv6 được thể hiện dưới dạng nhóm tám số, được chia bởi các dấu hai chấm. Mỗi nhóm có bốn chữ số thập lục phân đại diện cho 16 chữ số nhị phân (vì vậy, nó được gọi là hextet). Một địa chỉ IPv6 điển hình sẽ trông như sau:

2601:7c1:100:ef69:b5ed:ed57:dbc0:2c1e

Vấn đề là, sự thiếu hụt các địa chỉ IPv4 gây ra mối lo ngại việc sử dụng địa chỉ IP riêng tăng lên. Ngày càng có nhiều người tạo mạng riêng của họ, sử dụng các địa chỉ IP riêng mà không được tiết lộ công khai. Vì vậy, mặc dù IPv6 vẫn đóng vai trò quan trọng và quá trình chuyển đổi vẫn diễn ra, nhưng nó chưa xảy ra như dự đoán.

Cách đổi DNS Google IPv4 và IPv6 trên Windows 10 Fall Creators

Cách thiết bị nhận địa chỉ IP

Bây giờ bạn đã biết những điều cơ bản về cách địa chỉ IP hoạt động, chúng ta hãy bàn về cách các thiết bị nhận địa chỉ IP. Có hai loại gán địa chỉ IP: IP động và IP tĩnh.

Địa chỉ IP động được gán tự động khi một thiết bị kết nối với mạng. Phần lớn các mạng ngày nay (kể cả mạng gia đình) sử dụng Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) để thực hiện điều này, DHCP được tích hợp trong router. Khi một thiết bị kết nối với mạng, nó sẽ gửi một tin nhắn yêu cầu một địa chỉ IP. DHCP chặn tin nhắn này, và sau đó chỉ định một địa chỉ IP cho thiết bị đó từ một tập hợp các địa chỉ IP có sẵn.

Có một số địa chỉ IP riêng mà các router sẽ sử dụng cho mục đích này, nó được sử dụng phụ thuộc vào nhà sản xuất router hoặc cài đặt người dùng đã thiết lập. Các dãy IP riêng này bao gồm:

10.0.0.0 - 10.255.255.255: Nếu là khách hàng của Comcast/Xfinity, router được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ Internet sẽ chỉ định địa chỉ trong phạm vi này. Một số nhà cũng cấp dịch vụ Internet khác cũng sử dụng các địa chỉ này trên các router của họ như Apple sử dụng trên các router AirPort.
192.168.0.0 - 192.168.255.255: Hầu hết các router thương mại được thiết lập để gán các địa chỉ IP trong dải này. Ví dụ, các router Linksys sử dụng 192.168.1.0, trong khi D-Link và Netgear đều sử dụng phạm vi 198.168.0.0
172.16.0.0 - 172.16.255.255: Phạm vi này hiếm khi các nhà cũng cấp thương mại sử dụng.
169.254.0.0 - 169.254.255.255: Đây là một phạm vi đặc biệt được sử dụng bởi một giao thức có tên Automatic Private IP Addressing. Nếu máy tính (hoặc thiết bị khác) được thiết lập để lấy địa chỉ IP tự động, nhưng không thể tìm thấy một máy chủ DHCP, nó sẽ tự gán một địa chỉ trong phạm vi này. Nếu thấy một trong các địa chỉ này, thì người dùng biết rằng thiết bị không thể truy cập vào máy chủ DHCP trong thời gian lấy địa chỉ IP, và bạn có thể gặp sự cố mạng hoặc vấn đề với router.

Địa chỉ IP động có thể thay đổi. Máy chủ DHCP thuê địa chỉ IP cho các thiết bị, và khi hết thời hạn, các thiết bị phải gia hạn hợp đồng cho thuê. Đôi khi, thiết bị sẽ nhận được địa chỉ IP khác từ vùng địa chỉ mà máy chủ có thể chỉ định. Đây không phải là một vấn đề lớn, và mọi thứ vẫn hoạt động bình thường. Tuy nhiên, đôi khi người dùng muốn sử dụng địa chỉ IP không thay đổi. Ví dụ: trong trường hợp cần phải truy cập vào thiết bị một cách thủ công và nhiều người thấy địa chỉ IP dễ nhớ hơn so với tên hoặc có một số ứng dụng nhất định chỉ có thể kết nối với các thiết bị mạng sử dụng địa chỉ IP của họ.

Trong những trường hợp này, bạn có thể gán một địa chỉ IP tĩnh cho các thiết bị đó. Có một vài cách để làm điều này. Bạn có thể tự định cấu hình thiết bị bằng địa chỉ IP tĩnh. Một giải pháp khác là cấu hình router để chỉ định các địa chỉ IP tĩnh cho các thiết bị nhất định mà được gắn IP động bởi máy chủ DHCP. Bằng cách này, địa chỉ IP không bao giờ thay đổi, nhưng không làm gián đoạn quá trình DHCP.