Địa chỉ IP - 'số nhà' trên mạng

Như chúng ta đã biết Internet là một mạng máy tính toàn cầu, do hàng nghìn mạng máy tính từ khắp mọi nơi nối lại tạo nên. Khác với cách tổ chức theo các cấp: nội hạt, liên tỉnh, quốc tế của một mạng viễn thông như mạng thoại chẳng hạn, mạng Internet tổ chức chỉ có một cấp, các mạng máy tính lớn nhỏ khi nối vào Internet đều bình đẳng với nhau. Vì vậy mỗi một khách hàng hay một máy chủ (Host) hoặc Router đều có một địa chỉ internet duy nhất mà không được phép trùng với bất kỳ ai.

Mỗi máy tính kết nối Internet chỉ có một địa chỉ IP duy nhất không được phép trùng lặp với bất cứ ai.

Do cách tổ chức như vậy nên trên Internet có cấu trúc địa chỉ, cách đánh địa chỉ đặc biệt, trong khi cách đánh địa chỉ đối với mạng viễn thông lại đơn giản hơn nhiều. Đối với mạng viễn thông như mạng thoại chẳng hạn, khách hàng ở các vùng khác nhau hoàn toàn có thể có cùng số điện thoại, phân biệt với nhau bằng mã vùng, mã tỉnh hay mã quốc tế. Đối với mạng Internet, do cách tổ chức chỉ có một cấp nên mỗi một khách hàng hay một máy chủ (Host) hoặc Router đều có một địa chỉ internet duy nhất.

Địa chỉ trên Internet thực sự là một tài nguyên, với hàng chục triệu máy chủ trên hàng trǎm nghìn mạng. Để địa chỉ không được trùng nhau cần phải có cấu trúc địa chỉ đặc biệt quản lý thống nhất và một Tổ chức của Internet gọi là Trung tâm thông tin mạng Internet - Network Information Center (NIC) chủ trì phân phối, NIC chỉ phân địa chỉ mạng (Net ID) còn địa chỉ máy chủ trên mạng đó (Host ID) do các Tổ chức quản lý Internet của từng quốc gia một tự phân phối. (Trong thực tế để có thể định tuyến trên mạng Internet ngoài địa chỉ IP còn cần đến tên riêng của các máy chủ (Host) - Domain Name ).

Có hai loại địa chỉ IP được biết đến là địa chỉ phẳng (flat) và địa chỉ phân cấp (hiearchical).

Địa chỉ phẳng là loại địa chỉ mà không có cơ chế để phân biệt giữa các nhóm địa chỉ khác nhau. Nó chính là địa chỉ vật lý của các thiết bị mạng bao gồm 48 bit và được chia thành 2 nhóm. Nhóm 24 bit đầu dành riêng cho các nhà sản xuất – OUI (Organizationally Unique Identifier) còn 24 bit cuối dùng để phân biệt các sản phẩm khác nhau. Giao thức ARP/RARP có thể chuyển đổi giữa địa chỉ IP phẳng với địa chỉ IP phân cấp. Hơn nữa địa chỉ IP phân cấp được sử dụng và quen thuộc nhiều hơn nên chúng ta sẽ đi sâu nhiều vào nó.

Địa chỉ IP phân cấp là loại địa chỉ được tổ chức theo kiểu phân cấp và do đó rất thuận tiện cho quản lý và dò tìm. Ta hãy cứ hình dung như địa chỉ nhà riêng được quản lý bây giờ vậy. Trước đây, cách quản lý chưa thống nhất nên nếu đưa ra một địa chỉ nhà là rất khó tìm, thì giờ đây muốn tìm được một địa chỉ nhà nào đó, ta cần biết các thông tin về  Phố - Ngõ – Ngách – Hẻm – Số nhà là có thể tìm ra dễ dàng.

Địa chỉ IP là một phần quan trọng trong hệ giao thức TCP/IP. Giao thức TCP/IP được phát triển từ mạng ARPANET và Internet và được dùng như giao thức mạng và vận chuyển trên mạng Internet. TCP (Transmission Control Protocol) là giao thức thuộc tầng vận chuyển và IP (Internet Protocol) là giao thức thuộc tầng mạng của mô hình OSI.. Hiện nay các máy tính của hầu hết các mạng có thể sử dụng giao thức TCP/IP để liên kết với nhau thông qua nhiều hệ thống mạng với kỹ thuật khác nhau. Giao thức TCP/IP thực chất là một họ giao thức cho phép các hệ thống mạng cùng làm việc với nhau thông qua việc cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng. Nhiệm vụ chính của giao thức IP là cung cấp khả năng kết nối các mạng con thành liên kết mạng để truyền dữ liệu, vai trò của IP là vai trò của giao thức tầng mạng trong mô hình OSI. Giao thức IP là một giao thức kiểu không liên kết (connectionlees) có nghĩa là không cần có giai đoạn thiết lập liên kết trước khi truyền dữ liệu.

Sơ đồ địa chỉ hóa để định danh các trạm (host) trong liên mạng được gọi là địa chỉ IP 32 bits (32 bit IP address – hay chính là địa chỉ IP phân cấp). Mỗi giao diện trong 1 máy có hỗ trợ giao thức IP đều phải được gán 1 địa chỉ IP (một máy tính có thể gắn với nhiều mạng do vậy có thể có nhiều địa chỉ IP).

Địa chỉ IP gồm 2 phần:

Địa chỉ mạng (netid)

Địa chỉ máy (hostid).

Mỗi địa chỉ IP có độ dài 32 bits được tách thành 4 vùng (mỗi vùng 1 byte), có thể biểu thị dưới dạng thập phân, bát phân, thập lục phân hay nhị phân. Cách viết phổ biến nhất là dùng ký pháp thập phân có dấu chấm (dotted decimal notation) để tách các vùng. Mục đích của địa chỉ IP là để định danh duy nhất cho một máy tính bất kỳ trên liên mạng.

Ví dụ  cho một địa chỉ IP là 213.21.162.78

Do tổ chức và độ lớn của các mạng con (subnet) của liên mạng có thể khác nhau, người ta chia các địa chỉ IP thành 5 lớp, ký hiệu là A, B, C, D và E. Trong lớp A, B, C chứa địa chỉ có thể gán được. Lớp D dành riêng cho lớp kỹ thuật multicasting. Lớp E được dành những ứng dụng trong tương lai.

Netid trong địa chỉ mạng dùng để nhận dạng từng mạng riêng biệt. Các mạng liên kết phải có địa chỉ mạng (netid) riêng cho mỗi mạng. Ở đây các bit đầu tiên của byte đầu tiên được dùng để định danh lớp địa chỉ :

0 - lớp A                         10 - lớp B                      110 - lớp C   

1110- lớp D                    11110 - lớp E

(Hay xét giá trị thập phân đầu tiên thì :

Lớp A từ 0 – 127            Lớp B là 128 – 191

Lớp C từ 192 – 223         Lớp D là 224 – 239         còn lại là lớp E).

Địa chỉ lớp A

Lớp A sử dụng byte đầu tiên của 4 byte để đánh dấu địa chỉ mạng. Như hình trước nó được nhận ra bởi bit đầu tiên là 0 và 7 bit còn lại được dùng để đánh địa chỉ các máy trong mạng.

Dùng 7 bit để chia đia chỉ mạng nên có  2⁷ – 2 = 126 địa chỉ mạng cho lớp A với số máy tối đa là 2²⁴ - 2 = 16.777.214 cho mỗi địa chỉ mạng lớp A.

Nguyên nhân chỉ có 126 địa chỉ mạng là do trong khi dùng 8 bit đầu tiên đánh địa chỉ mạng, các địa chỉ nào toàn 0 hoặc toàn 1 đều bị loại bỏ. Các giá trị netid toàn 0 khi chuyển sang thập phân là số 0 và không có nghĩa. Còn netid toàn 1 thì dùng để truyền thông trong mạng.

Đối với việc chỉ có 16.777.214 máy được sử dụng trong khi dùng 24 bit đánh địa chỉ host cũng được giải thích như sau : Một địa chỉ có hostid = 0 được dùng để hướng tới mạng định danh bởi vùng netid. Ngược lại, một địa chỉ có vùng hostid gồm toàn số 1 được dùng để hướng tới tất cả các host nối vào mạng netid, và nếu vùng netid cũng gồm toàn số 1 thì nó hướng tới tất cả các host trong liên mạng (còn gọi là địa chỉ broadcast trong nội bộ mạng).

Địa chỉ lớp A sẽ có dạng : Network.Host.Host.Host

Ví dụ địa chỉ 10.12.12.12 nằm trong mạng lớp A có địa chỉ 10.0.0.0 và được gán hostid là 12.12.12.

Địa chỉ lớp B

Một địa chỉ lớp B được nhận ra bởi 2 bit đầu tiên của byte thứ nhất mang giá trị 10. lớp B sử dụng 2 byte đầu tiên trong 4 byte để đánh địa chỉ mạng và 2 byte cuối cùng dùng để đánh địa chỉ máy trong mạng.

Như vậy, vẫn theo quy tắc tính như đối với lớp A thì sẽ có: 2¹⁴ - 2 = 16.382  địa chỉ mạng trong lớp B và mỗi mạng sẽ có tối đa 2¹⁶ - 2 = 65.534 máy.

Địa chỉ lớp B có dạng : Network.Network.Host.Host.

Ví dụ địa chỉ 129.12.12.12 nằm trong mạng lớp B có địa chỉ 129.0.0.0 và được gán hostid là 12.12.12.

Địa chỉ lớp C

Một tổ chức quy mô nhỏ có thể xin cấp phát địa chỉ lớp C. Một địa chỉ lớp C sử dụng 3 byte đầu để đánh địa chỉ mạng và một byte cuối để đánh địa chỉ máy trong mạng.Như vậy sẽ có 2²¹ - 2 = 2.097.150 địa chỉ mạng lớp C và trong mỗi mạng có tối đa 2⁸ - 2 = 254 máy.

Địa chỉ lớp C có dạng : Networkr.Network.Network.Host.

Ví dụ địa chỉ 198.12.12.12 nằm trong mạng lớp C có địa chỉ 198.0.0.0 và được gán hostid là 12.12.12.

Địa chỉ lớp D

Địa chỉ mạng lớp D thì sẽ chạy trong dải 224.0.0.0 đến 239.255.255.255 khi ta quy đổi ra cách đọc bằng số thập phân. Các địa chỉ mạng lớp D dùng cho mục đích multicast, khác với các địa chỉ lớp A, B, C. Như vậy chúng ta sẽ có 268.435.456 các nhóm multicast khác nhau.

Địa chỉ lớp E

Địa chỉ mạng lớp E thì sẽ chạy trong dải 240.0.0.0 đến 255.255.255.255 khi ta quy đổi ra cách đọc bằng số thập phân. Có thể thấy địa chỉ 255.255.255.255 là một địa chỉ đặc biệt và được sử dụng cho mục đích đặc biệt khác. Các địa chỉ mạng lớp E dùng cho mục đích trong tương lai chứ hiện nay chưa được sử dụng.

Trên đây là một số kiến thức cơ bản cho phần phân chia địa chỉ IP trong mạng. Ở phần sau chúng ta sẽ bàn kỹ hơn đến việc chia địa chỉ IP ra sao cho hợp lý và không bị lãng phí khi tổ chức mạng bằng cách nói đến Subnet Mask.