IPv4 Là Gì? Địa Chỉ IPv4 Có Những Ưu Và Nhược Điểm Nào?

IPv4 là gì? Internet đã phát triển 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 là cốt lõi của giao tiếp Internet vì thế mà hiện nay, nó được khá nhiều người quan tâm. Vậy địa chỉ IP thế hệ thứ 4 là gì, cấu trúc địa chỉ IP này như thế nào? Cùng Máy Chủ Sài Gòn tìm hiểu trong bài viết sau.

IPv4 là gì?

IPv4 (Internet Protocol version 4) là một giao thức Internet phiên bản thứ 4 trong sự phát triển của các giao thức Internet (IP). Đây là phiên bản IP được sử dụng rộng rãi đầu tiên. 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 cũng đã chuẩn hóa 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 dùng trong Network Packet Switching (mạng chuyển mạch gói) như Ethernet. 

IPv4 phụ trách thiết lập các kết nối Logic giữa các thiết bị mạng. Điều này bao gồm cung cấp nhận dạng các thiết bị. IPv4 dựa trên mô hình best-effort, ngăn chặn việc phân phối hoặc phân phối trùng lặp. IPv4 là một giao thức rất linh hoạt, có thể được cấu hình tự động hoặc thủ công với nhiều loại thiết bị tùy thuộc vào loại mạng.

Hiện nay, 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 

• IPv4 là một giao thức 32 bit.
• IPv4 sử dụng phương pháp đánh địa chỉ số. 
• Dấu chấm (.) phân tách các bit nhị phân 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 tới địa chỉ MAC bằng 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 dàng ghi 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 lượng lớn bộ nhớ. IPv4 cũng yêu cầu Router can thiệp nhiều vào các gói IPv4.

Thiết hụt không gian địa chỉ

Nhược điểm lớn nhất của IPv4 là gì? Nhược điểm lớn nhất của IPv4 là thiếu hụt 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 vượt bậc của Internet hiện nay, tài nguyên địa chỉ IPv4 gần như cạn kiệt. 

Hai vấn đề chính mà IPv4 phải đối mặt với là thiếu địa chỉ, đặc biệt là trong không gian địa chỉ tầm trung (lớp B) và việc phát triển kích thước bảng định tuyến lớn đến mức nguy hiểm của Internet. 

Nhiều phương pháp đã được sử dụng để giải quyết vấn đề khan hiếm địa chỉ IP bao gồm: mạng con, CIDR, VLSM và NAT. Hơn nữa, nhu cầu Auto-config (cấu hình tự động) ngày càng trở nên quan trọng. Vì vậy, 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 chia thành hai phần: Host và Network. 

Cách biểu diễn địa chỉ IPv4 là gì?

Địa chỉ IPv4 gồm bao nhiêu bit? Địa chỉ IPv4 được chia thành bốn cụm 8 bit và được tạo thành từ 32 bit nhị phân. Số thập phân được sử dụng để biểu thị các bộ tám sẽ được phân tách nhau bằng dấu chấm (.). Tuy nhiên, để thuận tiện cho người dùng, các octet này được chuyển đổi thành giá trị thập phân, như được hiển thị trong bảng dưới đây:

Dạng biểu diễn	Giá trị	Chuyển đổi từ biểu diễn thập phân
Octet được biểu diễn ở dạng thập phân	192.0.2.235	N/A
Octet ở hệ cơ số 16	0xC0.0x00.0x02.0xEB	Được chuyển sang dạng cơ số 16 trên mỗi octet
Octet ở hệ cơ số 8	0300.0000.0002.0353	Được chuyển sang dạng cơ số 8 trên mỗi octet
Hệ cơ số 16	0xC00002EB	Giá trị của chuỗi 32 bits sẽ được chuyển thành hệ cơ số 16
Hệ cơ số 10	3221226219	Giá trị của chuỗi 32 bits sẽ được chuyển thành hệ cơ số 10
Hệ cơ số 8	030000001353	Giá trị của chuỗi 32 bits sẽ được chuyển thành hệ cơ số 8

>> Xem thêm: Octet là gì?

Quy tắc gán địa chỉ IPv4

• Đặt 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 có ba chữ số đầu tiên là 0.0.0. Đây là địa chỉ không chính xác.
• Nếu tất cả các bit trong phần Host được đặt thành 0, chữ số cuối cùng của địa chỉ IP sẽ là 0. Địa chỉ sau đó sẽ là địa chỉ mạng không thể được sử dụng làm địa chỉ Host được. 
• Nếu tất cả các bit trong phần máy chủ được đặt thành 1, chữ số cuối cùng của địa chỉ IP là 255. Khi đó địa chỉ này sẽ là địa chỉ Broadcast của mạng đó. Ví dụ: địa chỉ Broadcast là 192.168.10.255.

>> Xem chi tiết: Địa chỉ Broadcast là gì?

Ngoài ra, khi hiểu cấu trúc của IPv4 là gì, bạn sẽ thấy địa chỉ của thiết bị phản ánh vị trí và vai trò của thiết bị trong mạng. Vì vậy, không có hai thiết bị nào trong một mạng có thể có cùng một địa chỉ. 

Cấu trúc phân cấp do CIDR phát triển và được giám sát bởi IANA (Bộ phận quản lý việc cấp phát địa chỉ Internet) và các điểm đăng ký internet trực thuộc chịu trách nhiệm về 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?

Lớp A

• Octet đầu tiên của địa chỉ lớp A là phần Network và ba octet cuối cùng là phần Host.
• Bit đầu tiên của địa chỉ lớp A luôn được đặt thành 0.
• 1.0.0.0 -> 126.0.0.0 là các ví dụ về địa chỉ mạng lớp A.
• Mạng Loopback là mạng 127.0.0.0.
• Mỗi mạng lớp A có (224 – 2) Host vì phần Host có 24 bit.

Lớp B

• Hai octet đầu tiên của địa chỉ lớp B được sử dụng làm phần Network và hai octet cuối cùng được sử dụng làm phần Host.
• Hai bit đầu tiên của địa chỉ lớp B luôn được đặt thành 1.
• 128.0.0.0 -> 191.255.0.0 là các ví dụ về địa chỉ địa chỉ IP hợp lệ của lớp B. Lớp B chứa tổng cộng 214 mạng.
• Mạng Lớp B có (216 – 2) Host vì phần Host dài 16 bit.

Lớp C

• Ba octet đầu tiên của địa chỉ lớp C được sử dụng làm phần Network, trong khi ba octet cuối cùng được sử dụng làm phần Host.
• Ba bit đầu tiên của địa chỉ lớp C luôn được là 1 1 0.
• 192.0.0.0 -> 223.255.255.0 là các ví dụ về địa chỉ mạng lớp C. Lớp C chứa tổng cộng 221 mạng.
• Mạng Lớp C có (28 – 2) máy chủ vì phần máy chủ dài 8 bit.

Lớp D

• Địa chỉ từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255 là địa chỉ thuộc lớp D.
• Đây là địa chỉ được sử dụng để làm địa chỉ Multicast.
• Ví dụ: 224.0.0.9 dùng cho RIPv2, 224.0.0.5 dùng cho OSPF.

Lớp E

• Bắt đầu từ 240.0.0.0.
• Lớp E chỉ được sử dụng cho mục đích đó là 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	Multicast (Lớp D)
240.0.0.0/4	Dự trữ (lớp E)
255.255.255.255	Broadcast

Lưu ý về địa chỉ IPv4

• Các lớp địa chỉ IPv4 A, B và C thường được sử dụng để cấu hình cho các Host.
• 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.

Cách khắc phục nguy cơ thiếu hụt địa chỉ IPv4 là gì?

Nguy cơ thiếu hụt 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 vùng 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 sử dụng lại mà không có xung đột. Có thể nói, chính nhờ điều này đã làm chậm vấn đề khan hiếm địa chỉ IP tại thời điểm này.

Ngoài ra, để giải quyết lâu dài vấn đề kham hiếm địa chỉ IP, người ta đã phát triển một giao thức mới nhằm thay thế cho IPv4 đó là IPv6.

Lời kết

Sau khi đã đọc xong bài viết này có lẽ bạn đã phần nào hiểu được địa IPv4 là gì, cấu trúc và những mặt hạn chế của nó. Ngày nay, Internet đã trở thành một phần quan trọng trong cuộc sống của mỗi con người. Internet càng phát triển, các nhà khoa học càng gặp khó khăn khi phải liên tục phát minh ra những công nghệ mới để bắt kịp nó. Một trong những ví dụ phổ biến nhất là IPv4. Nó gần như đã hoàn thành nhiệm vụ và đang dần được thay thế dần bằng IPv6. 

Hãy tiếp tục theo dõi Website hoặc Fanpage của chúng tôi để xem thêm những bài viết liên quan nhé!