IPv4 là gì? Tìm hiểu về giao thức nền tảng của Internet

Bạn đã bao giờ tự hỏi làm thế nào mà các thiết bị trên Internet có thể tìm thấy và giao tiếp với nhau? Câu trả lời nằm ở một giao thức quan trọng có tên là IPv4. IPv4 đóng vai trò như hệ thống định vị, giúp định danh và kết nối mọi thiết bị trên mạng lưới toàn cầu. Trong bài viết này, hãy cùng Gofiber tìm hiểu IPv4 là gì, cách thức hoạt động của IPv4 cũng như những thách thức mà giao thức này đang phải đối mặt trong thời đại công nghệ số hiện nay.

IPv4 là gì?

IPv4, viết tắt của Internet Protocol version 4, là phiên bản thứ tư của Giao thức Internet (IP) được sử dụng để xác định các thiết bị trên mạng thông qua một hệ thống địa chỉ duy nhất. IPv4 ra đời vào đầu những năm 1980 và đã trở thành nền tảng của giao thức Internet hiện đại.

Một địa chỉ IPv4 là một chuỗi 32-bit được biểu diễn dưới dạng bốn nhóm số thập phân, mỗi nhóm có giá trị từ 0 đến 255, ví dụ như: 192.168.0.1. Cấu trúc địa chỉ IPv4 này cho phép tạo ra khoảng 4.3 tỷ địa chỉ duy nhất, đủ để phục vụ nhu cầu kết nối trong những thập kỷ đầu của Internet.

IPv4 được sử dụng rộng rãi trên các thiết bị mạng như máy tính, điện thoại, và các thiết bị IoT, giúp truyền tải dữ liệu dưới dạng gói tin thông qua các mạng khác nhau. Quá trình truyền tải này bao gồm việc định tuyến các gói tin từ nguồn đến đích dựa trên địa chỉ IP, đảm bảo rằng dữ liệu được chuyển đến đúng nơi.

Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của Internet và sự bùng nổ của các thiết bị kết nối, không gian địa chỉ IPv4 đã trở nên hạn chế. Điều này dẫn đến sự ra đời của IPv6, một phiên bản mới của Giao thức Internet với không gian địa chỉ lớn hơn rất nhiều, cùng hàng loạt cải tiến về bảo mật và hiệu suất.

Các class của địa chỉ IPv4

Địa chỉ IPv4 được chia làm nhiều lớp (class) để có thể quản lý và phân phối địa chỉ IP một cách hiệu quả hơn, từ đó đáp ứng được quy mô và yêu cầu riêng biệt của mỗi nhà mạng. Dưới đây là 5 class phổ biến:

Lớp A

Dải địa chỉ: 1.0.0.0 đến 126.0.0.0
Dành cho các mạng rất lớn với 16.777.214 host mỗi mạng.

Lớp B

Dải địa chỉ: 128.0.0.0 đến 191.255.0.0
Dành cho các mạng vừa với 65.534 host mỗi mạng.

Lớp C

Dải địa chỉ: 192.0.0.0 đến 223.255.255.0
Dành cho các mạng nhỏ với 254 host mỗi mạng.

Lớp D

Dải địa chỉ: 224.0.0.0 đến 239.255.255.255
Dành cho các địa chỉ multicast (truyền dữ liệu đến nhiều thiết bị cùng lúc).

Lớp E

Dải địa chỉ: 240.0.0.0 đến 255.255.255.255
Dành riêng cho mục đích nghiên cứu và không được sử dụng cho mục đích chung.

Trong 5 class trên, class A, B, C là những class được dùng phổ biến trong internet. Trong khi đó, class D và E lại ít phổ biến hơn vì chúng được thiết kế để phục vụ cho những mục đích riêng biệt.

>> Xem ngay: Check IP là gì? Hướng dẫn cách check IP chính xác nhất

Cách thức hoạt động của IPv4 là gì?

IPv4 hoạt động theo quy trình sau:

Đóng gói dữ liệu

Dữ liệu từ các ứng dụng hoặc dịch vụ sẽ được chia thành các gói tin (packets). Mỗi gói tin bao gồm hai phần chính là phần tiêu đề (header) và phần dữ liệu (payload). Trong đó, phần header chứa thông tin quan trọng như địa chỉ IP nguồn, địa chỉ IP đích và các thông tin điều khiển khác cần thiết cho việc truyền tải dữ liệu, còn phần payload sẽ chứa những dữ liệu còn lại.

Truyền tải qua mạng

Sau khi dữ liệu được đóng gói, gói tin sẽ được truyền qua mạng dựa trên thông tin địa chỉ IP trong header. Đồng thời, địa chỉ IP đích trong phần header cũng cho biết điểm đến cuối cùng của gói tin là ở đâu.

Định tuyến (Routing)

Các gói tin được định tuyến từ nguồn đến đích thông qua nhiều bộ định tuyến (router) trung gian. Các router này sẽ đọc địa chỉ IP đích trong phần header của mỗi gói tin và quyết định tuyến đường tốt nhất để chuyển tiếp gói tin đó. Quá trình này được thực hiện liên tục cho đến khi gói tin đến đích cuối cùng.

Kiểm tra lỗi và đảm bảo truyền tải

Các giao thức tầng mạng như TCP/IP có nhiệm vụ kiểm tra lỗi và đảm bảo dữ liệu được truyền tải chính xác. Nếu một gói tin bị mất hoặc lỗi, giao thức TCP sẽ yêu cầu gửi lại gói tin đó để đảm bảo toàn vẹn dữ liệu.

Như vậy, IPv4 hoạt động bằng cách chia nhỏ dữ liệu thành các gói tin, sau đó truyền tải chúng qua mạng dựa trên địa chỉ IP và cuối cùng là định tuyến đến đích cần thiết thông qua các router.

>> Tìm hiểu ngay: Port là gì? Công dụng và các loại Port phổ biến hiện nay

Ưu nhược điểm của IPv4 là gì?

Dưới đây là những ưu và nhược điểm của IPv4 ở thời điểm hiện tại:

Ưu điểm của IPv4

Được sử dụng rộng rãi: IPv4 đã được triển khai rộng rãi và là tiêu chuẩn của Internet trong nhiều thập kỷ. Sự phổ biến của nó đảm bảo rằng hầu hết các thiết bị và mạng đều tương thích với IPv4.
Đơn giản và dễ hiểu: Cấu trúc địa chỉ IPv4 (32-bit) dễ hiểu và dễ quản lý. Các kỹ thuật viên và quản trị viên mạng có nhiều kinh nghiệm và tài liệu hỗ trợ về IPv4.
Hỗ trợ cho các giao thức hiện có: IPv4 tương thích tốt với các giao thức mạng và ứng dụng hiện tại, đảm bảo rằng hầu hết các phần mềm và dịch vụ có thể hoạt động trơn tru với IPv4.
Công cụ và kỹ thuật hiện có: Có nhiều công cụ, kỹ thuật và tài liệu hỗ trợ việc triển khai, quản lý và khắc phục sự cố liên quan đến IPv4, từ phần mềm giám sát mạng đến hệ thống bảo mật.

Nhược điểm của IPv4

Không gian địa chỉ hạn chế: IPv4 chỉ cung cấp khoảng 4.3 tỷ địa chỉ duy nhất, không đủ để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của các thiết bị kết nối Internet, đặc biệt là trong kỷ nguyên IoT (Internet of Things).
Thiếu bảo mật tích hợp: IPv4 không có các tính năng bảo mật tích hợp như trong IPv6. Ví dụ, IPv6 có hỗ trợ tích hợp cho IPSec, một giao thức bảo mật mạng quan trọng.
Quản lý phức tạp hơn với subnetting: Việc sử dụng subnetting và phân chia địa chỉ có thể trở nên phức tạp và khó quản lý, đặc biệt là trong các mạng lớn và phức tạp.
Không hỗ trợ tốt cho QoS (Quality of Service): IPv4 thiếu các cơ chế tích hợp để hỗ trợ QoS, làm cho việc quản lý và ưu tiên hóa lưu lượng mạng trở nên khó khăn hơn, đặc biệt là đối với các ứng dụng yêu cầu băng thông cao hoặc độ trễ thấp.
Cạn kiệt địa chỉ IP: Sự cạn kiệt địa chỉ IPv4 đã dẫn đến việc phải sử dụng NAT (Network Address Translation), một giải pháp tạm thời nhưng có thể gây ra các vấn đề về hiệu suất và bảo mật.

Bên trên là câu trả lời cho thắc mắc IPv4 là gì và một số thông tin xoay quanh chuẩn giao thức này. Mặc dù đã từng là giao thức cực kỳ phổ biến, nhưng với sự cạn kiệt địa chỉ IP như hiện tại, chúng ta cần phải tìm đến các phương pháp thay thế hiệu quả hơn và IPv6 là một trong những sự lựa chọn hàng đầu dành cho người dùng toàn cầu.