Địa chỉ IP hoạt động như thế nào?

Mọi thiết bị được kết nối với mạng - máy tính, máy tính bảng, máy ảnh, bất cứ thứ gì - cần một mã định danh duy nhất để các thiết bị khác biết cách tiếp cận nó. Trong thế giới của mạng TCP / IP, số nhận dạng đó là địa chỉ Giao thức Internet (IP).

Nếu bạn đã làm việc với máy tính trong bất kỳ khoảng thời gian nào, có khả năng bạn đã tiếp xúc với các địa chỉ IP - các chuỗi số đó trông giống như 192.168.0.15. Hầu hết thời gian, chúng tôi không phải đối phó trực tiếp với họ, vì các thiết bị và mạng của chúng tôi xử lý những thứ đó đằng sau hậu trường. Khi chúng ta phải đối phó với chúng, chúng ta thường chỉ làm theo hướng dẫn về những con số sẽ được đặt ở đâu. Nhưng, nếu bạn đã từng muốn tìm hiểu sâu hơn một chút về ý nghĩa của những con số đó, thì bài viết này là dành cho bạn.

Tại sao bạn cần quan tâm? Chà, hiểu cách thức hoạt động của địa chỉ IP là rất quan trọng nếu bạn muốn khắc phục lý do tại sao mạng của bạn không hoạt động tốt hoặc tại sao một thiết bị cụ thể không kết nối theo cách bạn mong muốn. Và, nếu bạn cần thiết lập một thứ gì đó cao cấp hơn một chút - như lưu trữ máy chủ trò chơi hoặc máy chủ phương tiện mà bạn bè từ internet có thể kết nối - bạn sẽ cần biết điều gì đó về địa chỉ IP. Thêm vào đó, nó là loại hấp dẫn.

Lưu ý: Chúng tôi sẽ đề cập đến những điều cơ bản về địa chỉ IP trong bài viết này, loại nội dung mà những người sử dụng địa chỉ IP, nhưng chưa bao giờ thực sự nghĩ nhiều về chúng, có thể muốn biết. Chúng tôi sẽ không đề cập đến một số công cụ cấp độ nâng cao hoặc chuyên nghiệp hơn, như các lớp IP, định tuyến không phân lớp và chia nhỏ tùy chỉnh, nhưng chúng tôi sẽ chỉ ra một số nguồn để đọc thêm khi chúng tôi tiếp tục.

Địa chỉ IP là gì?

Một địa chỉ IP xác định duy nhất một thiết bị trên mạng. Bạn đã thấy những địa chỉ này trước đây; chúng trông giống như 192.168.1.34.

Một địa chỉ IP luôn là một bộ gồm bốn số như thế. Mỗi số có thể nằm trong khoảng 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 tới 255 là vì mỗi số thực sự là một số nhị phân tám chữ số (đôi khi được gọi là một octet). Trong một octet, số 0 sẽ là 00000000, trong khi số 255 sẽ là 11111111, số lượng tối đa mà octet có thể đạt được. Địa chỉ IP mà chúng tôi đã đề cập trước đó (192.168.1.34) trong tệp nhị phân sẽ trông như thế này: 11000000.10101000.00000001.00100010.

Máy tính hoạt động với định dạng nhị phân, nhưng con người chúng ta thấy làm việc với định dạng thập phân dễ dàng hơn nhiều. Tuy nhiên, biết rằng các địa chỉ thực sự là số nhị phân sẽ giúp chúng tôi hiểu lý do tại sao một số điều xung quanh địa chỉ IP hoạt động theo cách họ làm.

Đừng lo lắng, mặc dù! Chúng tôi sẽ không ném nhiều nhị phân hoặc toán học cho bạn trong bài viết này, vì vậy hãy chịu đựng chúng tôi lâu hơn một chút.

Hai phần của một địa chỉ IP

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

ID mạng: ID mạng là một phần của địa chỉ IP bắt đầu từ bên trái xác định mạng cụ thể mà thiết bị được đặt. Trên mạng gia đình thông thường, nơi một thiết bị có địa chỉ IP 192.168.1.34, phần 192.168.1 của địa chỉ sẽ là ID mạng. Tùy chỉnh để điền vào phần cuối cùng bị thiếu bằng 0, vì vậy chúng tôi có thể nói rằng ID mạng của thiết bị là 192.168.1.0.
ID máy chủ: ID máy chủ là một phần của địa chỉ IP không được lấy bởi ID mạng. Nó xác định một thiết bị cụ thể (trong thế giới TCP / IP, chúng tôi gọi các thiết bị là máy chủ lưu trữ trên mạng). Tiếp tục ví dụ của chúng tôi về địa chỉ IP 192.168.1.34, ID máy chủ sẽ là 34 - ID duy nhất của máy chủ trên mạng 192.168.1.0.

Sau đó, trên mạng gia đình của bạn, 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 đều là các thiết bị duy nhất (có ID máy chủ 1, 2, 30 và 34 trong trường hợp này) trên cùng một mạng (với ID mạng 192.168.1.0).

Để hình dung tất cả những điều này tốt hơn một chút, chúng ta hãy chuyển sang một sự tương tự. Nó khá giống với cách các địa chỉ đường phố hoạt động trong một thành phố. Lấy một địa chỉ như 2013 Paradise Street. Tên đường phố giống như ID mạng và số nhà giống như ID máy chủ. Trong một thành phố, sẽ không có hai đường phố nào được đặt tên giống nhau, giống như không có hai ID mạng nào trên cùng một mạng sẽ được đặt tên giống nhau. Trên một đường phố cụ thể, mỗi số nhà là duy nhất, giống như tất cả các iD chủ trong một ID mạng cụ thể là duy nhất.

Mặt nạ mạng con

Vậy, làm thế nào để thiết bị của bạn xác định phần nào của địa chỉ IP là ID mạng và phần nào của ID máy chủ? Vì thế, họ sử dụng số thứ hai mà bạn sẽ luôn thấy liên quan đến địa chỉ IP. Số đó được gọi là mặt nạ mạng con.

Trên hầu hết các mạng đơn giản (như mạng trong nhà hoặc doanh nghiệp nhỏ), bạn sẽ thấy các mặt nạ mạng con như 255.255.255.0, trong đó cả bốn số là 255 hoặc 0. Vị trí của các thay đổi từ 255 đến 0 chỉ ra sự phân chia giữa ID mạng và máy chủ. Mặt nạ 255s ra khỏi mạng ID từ phương trình.

Lưu ý: Các mặt nạ mạng con cơ bản mà chúng tôi mô tả ở đây được gọi là mặt nạ mạng con mặc định. Mọi thứ trở nên phức tạp hơn thế này trên các mạng lớn hơn. Mọi người thường sử dụng mặt nạ mạng con tùy chỉnh (trong đó vị trí ngắt giữa số 0 và số thay đổi trong một octet) để tạo nhiều mạng con trên cùng một mạng. Điều đó hơi vượt quá phạm vi của bài viết này, nhưng nếu bạn quan tâm, Cisco có một hướng dẫn khá tốt về mạng con.

Địa chỉ cổng mặc định

Ngoài địa chỉ IP và mặt nạ mạng con được liên kết, bạn cũng sẽ thấy một địa chỉ cổng mặc định được liệt kê cùng với thông tin địa chỉ IP. Tùy thuộc vào nền tảng bạn đang sử dụng, địa chỉ này có thể được gọi là một cái gì đó khác nhau. Đôi khi, nó được gọi là bộ định tuyến, bộ định tuyến của bộ dữ liệu, bộ định tuyến, bộ định tuyến, bộ định tuyến, bộ định tuyến, bộ định tuyến, bộ định tuyến, bộ định tuyến, bộ định tuyến, bộ định tuyến, bộ định tuyến của bộ dữ liệu. Đó là địa chỉ IP mặc định mà thiết bị gửi dữ liệu mạng khi dữ liệu đó được chuyển đến một mạng khác (một có ID mạng khác) so với thiết bị được bật.

Ví dụ đơn giản nhất về điều này được tìm thấy trong một mạng gia đình điển hình.

Nếu bạn có một mạng gia đình có nhiều thiết bị, bạn có thể có một bộ định tuyến được kết nối với internet thông qua modem. Bộ định tuyến đó có thể là một thiết bị riêng biệt hoặc nó có thể là một phần của đơn vị kết hợp modem / bộ định tuyến được cung cấp bởi nhà cung cấp internet của bạn. Bộ định tuyến nằm giữa các máy tính và thiết bị trên mạng của bạn và các thiết bị công khai hơn trên internet, truyền (hoặc định tuyến) lưu lượng qua lại.

Giả sử bạn kích hoạt trình duyệt của mình và truy cập www.howtogeek.com. Máy tính của bạn gửi yêu cầu đến địa chỉ IP của trang web của chúng tôi. Vì các máy chủ của chúng tôi ở trên internet chứ không phải trên mạng gia đình của bạn, lưu lượng đó được gửi từ PC đến bộ định tuyến của bạn (cổng) và bộ định tuyến của bạn chuyển tiếp yêu cầu đến máy chủ của chúng tôi. Máy chủ sẽ gửi thông tin đúng trở lại bộ định tuyến của bạn, sau đó định tuyến thông tin trở lại thiết bị đã yêu cầu và bạn thấy trang web của chúng tôi bật lên trong trình duyệt của bạn.

Thông thường, các bộ định tuyến được cấu hình theo mặc định để có địa chỉ IP riêng (địa chỉ của chúng trên mạng cục bộ) làm ID máy chủ đầu tiên. Vì vậy, ví dụ, trên mạng gia đình sử dụng 192.168.1.0 cho ID mạng, bộ định tuyến thường sẽ là 192.168.1.1. Tất nhiên, giống như hầu hết mọi thứ, bạn có thể cấu hình nó thành một cái gì đó khác biệt nếu bạn muốn.

Máy chủ DNS

Có một thông tin cuối cùng mà bạn sẽ thấy được gán cùng với địa chỉ IP của thiết bị, mặt nạ mạng con và địa chỉ cổng mặc định: địa chỉ của một hoặc hai máy chủ Hệ thống Tên miền (DNS) mặc định. Con người chúng ta làm việc tốt hơn nhiều với tên hơn là địa chỉ số. Nhập www.howtogeek.com vào thanh địa chỉ trình duyệt của bạn dễ dàng hơn nhiều so với việc nhớ và nhập địa chỉ IP của trang web của chúng tôi.

DNS hoạt động giống như một danh bạ điện thoại, tìm kiếm những thứ có thể đọc được của con người như tên trang web và chuyển đổi chúng thành địa chỉ IP. DNS thực hiện điều này bằng cách lưu trữ tất cả thông tin đó trên một hệ thống các máy chủ DNS được liên kết trên internet. Thiết bị của bạn cần biết địa chỉ của các máy chủ DNS để gửi truy vấn của họ.

Trên một mạng nhỏ hoặc nhà thông thường, địa chỉ IP của máy chủ DNS thường giống với địa chỉ cổng mặc định. Các thiết bị gửi truy vấn DNS của chúng đến bộ định tuyến của bạn, sau đó chuyển tiếp các yêu cầu đến bất kỳ máy chủ DNS nào mà bộ định tuyến được định cấu hình để sử dụng. Theo mặc định, đây thường là bất kỳ máy chủ DNS nào mà ISP của bạn cung cấp, nhưng bạn có thể thay đổi những máy chủ đó để sử dụng các máy chủ DNS khác nhau nếu bạn muốn. Đôi khi, bạn có thể thành công hơn khi sử dụng máy chủ DNS được cung cấp bởi các bên thứ ba, như Google hoặc OpenDNS.

Sự khác biệt giữa IPv4 và IPv6 là gì?

Bạn cũng có thể nhận thấy trong khi duyệt qua cài đặt một loại địa chỉ IP khác, được gọi là địa chỉ IPv6. Các loại địa chỉ IP mà chúng ta đã nói đến cho 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. Họ sử dụng 32 bit nhị phân mà chúng ta đã nói (trong bốn octet) để cung cấp tổng cộng 4,29 tỷ địa chỉ duy nhất có thể. Mặc dù nghe có vẻ rất nhiều, nhưng tất cả các địa chỉ có sẵn công khai đã được gán cho các doanh nghiệp từ lâu. Nhiều người trong số họ không được sử dụng, nhưng họ được chỉ định và không có sẵn để sử dụng chung.

Vào giữa những năm 90, lo lắng về sự thiếu hụt tiềm năng của các địa chỉ IP, Lực lượng đặc nhiệm kỹ thuật internet (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 chưa hoàn thành - một con số đủ lớn để không bao giờ hết.

Không giống như ký hiệu thập phân rải rác được sử dụng trong IPv4, địa chỉ IPv6 được thể hiện dưới dạng tám nhóm số, được chia cho 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 một chữ cái). Một địa chỉ IPv6 điển hình có thể trông giống như thế này:

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

Vấn đề là, sự thiếu hụt các địa chỉ IPv4 gây ra tất cả mối quan tâm cuối cùng đã được giảm nhẹ đến một mức độ lớn do việc sử dụng ngày càng nhiều các địa chỉ IP riêng phía sau bộ định tuyến. Ngày càng có nhiều người tạo ra các mạng riêng của họ, sử dụng các địa chỉ IP riêng đó không bị lộ công khai.

Vì vậy, mặc dù IPv6 vẫn là một người chơi chính và quá trình chuyển đổi đó vẫn sẽ xảy ra, nó chưa bao giờ xảy ra hoàn toàn như dự đoán - ít nhất là chưa xảy ra. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm, hãy xem lịch sử và dòng thời gian của IPv6.

Làm thế nào để một thiết bị có được địa chỉ IP của nó?

Bây giờ bạn đã biết những điều cơ bản về cách thức hoạt động của địa chỉ IP, hãy nói về cách các thiết bị lấy địa chỉ IP của chúng ở vị trí đầu tiên. Thực sự có hai loại bài tập IP: động và tĩnh.

Địa chỉ IP động được gán tự động khi thiết bị kết nối với mạng. Phần lớn các mạng hiện nay (bao gồm cả mạng gia đình của bạn) sử dụng thứ gọi là Giao thức cấu hình máy chủ động (DHCP) để thực hiện điều này. DHCP được tích hợp vào bộ định tuyến của bạn. Khi một thiết bị kết nối với mạng, nó sẽ gửi một tin nhắn quảng bá yêu cầu địa chỉ IP. DHCP chặn tin nhắn này và sau đó gán địa chỉ IP cho thiết bị đó từ nhóm địa chỉ IP khả dụng.

Có một số dải địa chỉ IP riêng mà bộ định tuyến sẽ sử dụng cho mục đích này. Cái nào được sử dụng phụ thuộc vào người tạo ra bộ định tuyến của bạn, hoặc cách bạn tự thiết lập mọi thứ. Các dải IP riêng đó bao gồm:

10.0.0.0 - 10.255.255.255: Nếu bạn là khách hàng của Comcast / Xfinity, bộ định tuyến được cung cấp bởi ISP của bạn sẽ gán địa chỉ trong phạm vi này. Một số ISP khác cũng sử dụng các địa chỉ này trên bộ định tuyến của họ, cũng như Apple trên bộ định tuyến AirPort của họ.
192.168.0.0 - 192.168.255.255: Hầu hết các bộ định tuyến thương mại được thiết lập để gán địa chỉ IP trong phạm vi này. Ví dụ: hầu hết các bộ định tuyến Linksys sử dụng mạng 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 được sử dụng bởi bất kỳ nhà cung cấp thương mại theo mặc định.
169.254.0.0 - 169.254.255.255: Đây là một phạm vi đặc biệt được sử dụng bởi một giao thức có tên là Địa chỉ IP riêng tự động. Nếu máy tính của bạn (hoặc thiết bị khác) được thiết lập để tự động truy xuất địa chỉ IP của nó, nhưng không thể tìm thấy máy chủ DHCP, nó sẽ tự gán một địa chỉ trong phạm vi này. Nếu bạn thấy một trong những địa chỉ này, nó sẽ cho bạn biết rằng thiết bị của bạn không thể truy cập máy chủ DHCP khi đến lúc nhận địa chỉ IP và bạn có thể gặp sự cố hoặc gặp sự cố với bộ định tuyến của mình.

Điều về địa chỉ động là đôi khi chúng có thể thay đổi. Các máy chủ DHCP thuê địa chỉ IP cho các thiết bị và khi các hợp đồng thuê đó hết hạn, các thiết bị phải gia hạn hợp đồng thuê. Đôi khi, các thiết bị sẽ nhận được một địa chỉ IP khác từ nhóm địa chỉ mà máy chủ có thể chỉ định.

Hầu hết thời gian, đây không phải là vấn đề lớn, và mọi thứ sẽ chỉ hoạt động. Tuy nhiên, đôi khi, bạn có thể muốn cung cấp cho thiết bị một địa chỉ IP không thay đổi. Ví dụ: có thể bạn có một thiết bị mà bạn cần truy cập thủ công và bạn thấy việc nhớ địa chỉ IP dễ dàng hơn tên. Hoặc có thể bạn có một số ứng dụng nhất định chỉ có thể kết nối với các thiết bị mạng bằng địa chỉ IP của chúng.

Trong những trường hợp đó, bạn có thể gán địa chỉ IP tĩnh cho các thiết bị đó. Có một vài cách để làm điều này. Bạn có thể tự cấu hình thiết bị với một địa chỉ IP tĩnh, mặc dù điều này đôi khi có thể bị giật. Một giải pháp khác, thanh lịch hơn là cấu hình bộ định tuyến của bạn để gán địa chỉ IP tĩnh cho một số thiết bị nhất định trong quá trình máy chủ DHCP thường được gán động. Bằng cách đó, địa chỉ IP không bao giờ thay đổi, nhưng bạn không làm gián đoạn quá trình DHCP giúp mọi thứ hoạt động trơn tru.