Giao thức Internet phiên bản 4 [IPv4] là phiên bản thứ tư trong quá trình phát triển của các giao thức Internet [IP].Đây là phiên bản đầu tiên của IP được sử dụng rộng rãi. IPv4 cùng với IPv6 [giao thức Internet phiên bản 6] là nòng cốt của giao tiếp internet. Hiện tại, IPv4 vẫn là giao thức được triển khai rộng rãi nhất trong bộ giao thức của lớp internet.
Giao thức này được công bố bởi IETF trong phiên bản RFC 791 [tháng 9 năm 1981], thay thế cho phiên bản RFC 760 [công bố vào tháng giêng năm 1980]. Giao thức này cũng được chuẩn hóa bởi bộ quốc phòng Mỹ trong phiên bản MIL-STD-1777.
IPv4 là giao thức hướng dữ liệu, được sử dụng cho hệ thống chuyển mạch gói [tương tự như chuẩn mạng Ethernet]. Đây là giao thức truyền dữ liêu hoạt động dựa trên nguyên tắc tốt nhất có thể, trong đó, nó không quan tâm đến thứ tự truyền gói tin cũng như không đảm bảo gói tin sẽ đến đích hay việc gây ra tình trạng lặp gói tin ở đích đến. Việc xử lý vấn đề này dành cho lớp trên của chồng giao thức TCP/IP. Tuy nhiên, IPv4 có cơ chế đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu thông qua sử dụng những gói kiểm tra [checksum].
Đánh địa chỉ
IPv4 sử dụng 32 bits để đánh địa chỉ, theo đó, số địa chỉ tối đa có thể sử dụng là 4.294.967.296 [232]. Tuy nhiên, do một số được sử dụng cho các mục đích khác như: cấp cho mạng cá nhân [xấp xỉ 18 triệu địa chỉ], hoặc sử dụng làm địa chỉ quảng bá [xấp xỉ 16 triệu], nên số lượng địa chỉ thực tế có thể sử dụng cho mạng Internet công cộng bị giảm xuống. Với sự phát triển không ngừng của mạng Internet, nguy cơ thiếu hụt địa chỉ đã được dự báo, tuy nhiên, nhờ công nghệ NAT [Network Address Translation - Chuyển dịch địa chỉ mạng] tạo nên hai vùng mạng riêng biệt: Mạng riêng và Mạng công cộng, địa chỉ mạng sử dụng ở mạng riêng có thể dùng lại ở mạng công công mà không hề bị xung đột, qua đó trì hoãn được vấn đề thiếu hụt địa chỉ
Chuẩn IPv6, với số lượng bits dùng để đánh địa chỉ nhiều hơn đã được xây dựng nhằm thay thế IPv4 trong tương lai. Hiện tại, công nghệ IPv6 đã được triển khai ở một số quốc gia.
Cách biểu diễn địa chỉ
32 bits địa chỉ của IP được chia thành 4 nhóm [dạng phân nhóm - dotted format], mỗi nhóm gồm 8 bits [gọi là một octet], các nhóm này phân cách nhau bởi dấu chấm. Tuy nhiên, để thuận tiện cho người sử dụng, các octet này được chuyển đổi sang giá trị thập phân, được miêu tả trong bảng sau:
Hầu hết các định dạng trên được chấp nhận trong tất cả các trình duyệt. Ngoài ra, trong dạng phân nhóm, mỗi nhóm có thể được biểu diễn dưới một hệ cơ số khác nhau, [ví dụ như: 192.0x00.0002.235] nhưng không làm thay đổi giá trị thực của địa chỉ. Một dạng cuối cùng, hiếm gặp, đó là biểu diễn dưới dạng mã ASCII. Dạng biểu diễn này được sử dụng để gán cho trường địa chỉ nguồn và địa chỉ đích trong các chương trình phần mềm.
Phân lớp địa chỉ
Ban đầu, một địa chỉ IP được chia thành hai phần:
- Network ID: Xác lập bởi octet đầu tiên
- Host ID: Xác định bởi ba octet còn lại
Với cách chia này, số lượng network bị giới hạn ở con số 256, quá ít so với nhu cầu thực tế.
Để vượt qua giới hạn này, việc phân lớp mạng đã được định nghĩa, tạo nên một tập hợp lớp mạng đầy đủ [classful]. Theo đó, có 5 lớp mạng [A, B, C, D và E] được định nghĩa. Lớp A sử dụng 8 bits cho phần network, do đó có tới 24 bits được sử dụng cho phần host. Lớp B dùng 16 bits cho network, 16 bit dành cho host. 24 bits được sử dụng để xác định phần network cho lớp C, do đó, mỗi network của lớp C chỉ còn 8 bit để đánh địa chỉ host. Lớp D được dùng cho địa chỉ multicast còn lớp E sử dụng cho thí nghiệm.
Khoảng năm 1993, lược đồ lớp đã được thay thế bởi lược đồ CIDR [Classless Inter-Domain Routing - Định hướng lớp miền chung]. Với lược đồ CIDR, các lớp A, B, C có thể được chia lại thành các mạng nhỏ hơn [hoặc lớn hơn] để phân phối cho các tổ chức, cá nhân hoặc các mạng cục bộ khác nhau.
Việc gán địa chỉ tuân theo nguyên tắc: Địa chỉ của thiết bị phản ánh vị trí và vai trò của chính thiết bị đó trong mạng. Điều đó có nghĩa rằng, trong một hệ thống mạng, không được phép xuất hiện hai thiết bị có cùng địa chỉ. Một cấu trúc thứ bậc được tạo ra bởi CIDR, được IANA [Internet Assigned Numbers Authority - Bộ phận quản lý việc cấp phát địa chỉ internet] cùng các điểm đăng kí internet trực thuộc [Regional Internet Registries - RIRs] giám sát, có nhiệm vụ quản lý việc cấp phát địa chỉ Internet trên toàn thế giới. Mỗi RIR duy trì một cơ sở dữ liệu cho phép tìm kiếm công tự do WHOIS, cho phép mọi người có thể dễ dàng xác định được vị trí địa lý của một địa chỉ internet công cộng.
Mạng riêng
Trong khoảng hơn bốn tỷ địa chỉ có thể sử dụng của IPv4, ba dải địa chỉ được dành riêng cho các mạng riêng [private network]. Các dải này không xuất hiện trong bảng định tuyến ở bên ngoài mạng riêng. Các thiết bị trong mạng riêng cũng không thể trực tiếp liên lạc với các mạng công cộng. Để có thể liên lạc với internet công cộng, họ phải sử dụng công nghệ NAT.
Sau đây là ba dải địa chỉ dành riêng cho các mạng riêng:
Đánh địa chỉ liên kết cục bộ
RFC 3330 định nghĩa một dải địa chỉ thuộc lớp B 69.254.0.0/16 dành riêng cho việc đánh địa chỉ mạng cục bộ. Những địa chỉ thuộc dải này chỉ có giá trị khi được gán cho thiết bị có các kết nối thuộc phân đoạn mạng cục bộ hoặc các kết nối điểm - tới - điểm [point to point, p2p]. Những địa chỉ này cũng không được lưu trong bảng định tuyến tương tự như địa chỉ dành cho mạng riêng, có nghĩa là, chúng không thể trở thành địa chỉ nguồn hay đích đến của các gói tin được truyền trong mạng internet. địa chỉ liên kết cục bộ [Link-local addresses] chủ yếu được sử dụng để tự động cấu hình địa chỉ, [Zeroconf] trong trường hợp thiết bị không được cấp phát địa chỉ từ máy chủ DHCP hoặc từ các phương pháp cấp phát địa chỉ nội bộ khác.
Khi dải địa chỉ được dự trữ, không tồn tại tiêu chuẩn cho cơ chế tự cấu hình địa chỉ, để lấp chỗ trống, Microsoft đưa ra bổ sung có tên Tự động cấp phát địa chỉ IP dành riêng [Automatic Private IP Addressing - APIPA]. Dựa vào thị phần của Microsoft, APIPA đã được triển khai trên hàng triệu máy tính, qua đó trở thành một chuẩn trong lĩnh vực CNTT [de facto]. Nhiều năm sau, IETF định nghĩa một chuẩn chính thức, RFC 3927 , cho chức năng này. Ý nghĩa của chuẩn này là: Tự động cấu hình địa chỉ liên kết cục bộ cho chuẩn IPv4 [Dynamic Configuration of IPv4 Link-Local Addresses].
Localhost
Dải địa chỉ 127.0.0.0/8 [CIDR notation] được quy định dành riêng cho thiết bị thực hiện các giao tiếp bên trong chính nó.
Dải địa chỉ này không bao giờ xuất hiện bên ngoài một thiết bị. Mọi gói tin có đích đến thuộc dải địa chỉ này sẽ được gửi trả về như là một gói tin đến từ một mạng ảo, mạng này có tên gọi là mạng loopback
Địa chỉ Broadcast và địa chỉ Default route
Giải pháp tên miền
Cấu trúc gói tin IP
Một gói tin IP bao gồm một đoạn header và đoạn dữ liệu
Header
Header của gói tin IPv4 bao gồm 13 trường, trong đó 12 trường là bắt buộc. Trường thứ 13 [được tô màu đỏ trong bảng]là tùy chọn, đúng với tên của nó:options. Các trường này trong header được lưu trữ với byte có ý nghĩa cao[the most significant byte] ở địa chỉ thấp [big endian],nói cách khác bit có ý nghĩa cao luôn ở địa chỉ thấp. Bit quan trọng nhất là bit số 0, vì vậy trường phiên bản [version] được lưu trong 4 bit đầu tiên của byte đầu tiên, ví dụ
Phiên bản [Version]
Trường đầu tiên trong header của gói tin IP chính là trường Phiên bản [Version] dài 4 bit. Với IPv4, nó có giá trị bằng 4.
Độ lớn của header [Internet Header Length] [IHL]
Trường thứ hai [4 bit] là độ lớn của header[Internet Header Length - IHL] cho biết số lượng các từ 32-bit trong header. Vì một header của gói tin IPv4 có thể chứa rất nhiều tùy chọn [options], trường này cho biết kích thước của header [nó cũng trùng với offset của data]. Giá trị nhỏ nhất cho trường này là 5 [RFC 791 ], do đó gói tin có độ dài là 5×32 = 160 bit. Vì đây là số 4 bit nên độ dài lớn nhất có thể được của gói tin là 15 từ [15×32 bit] tức là 480 bit.
Differentiated Services [DS]
Ban đầu được định nghĩa là trường TOS, hiện tại trường này được định nghĩa trong RFC 2474 là Differentiated services [DiffServ] và trong RFC 3168 là Explicit Congestion Notification [ECN], để phù hợp với IPv6. Các công nghệ mới xuất hiện yêu cầu các dòng dữ liệu thời gian thực [real-time data streaming] và do đó trường DS sẽ được sử dụng. Ví dụ Voice over IP [VoIP] được dùng để trao đổi dữ liệu là tiếng nói.
địa chỉ IPv4 có độ dài bao nhiêu?
IPv4 address sử dụng địa chỉ 32 bit. Đây được xem là định dạng khá quen thuộc của địa chỉ IP. IPv4 bao gồm dãy 04 số thập phân, nằm trong khoảng từ 0 đến 255 và được chia tách bởi ba dấu chấm. Không gian địa chỉ 32 bit của IPv4 có thể cung cấp khoảng 4,3 tỷ địa chỉ.
Mỗi card mạng interface được gần 1 địa chỉ IP theo phiên bản IPv4 thi địa chỉ này là bao nhiêu byte?
Giao thức IP được dùng phổ biến trên mạng Internet hiện nay với hai phiên bản chính là IPv4 và IPv6. Ipv4 sử dụng 32 bit để đánh địa chỉ. Mỗi địa chỉ IPv4 được chia thành 4 số, mỗi số được lưu bởi 1 byte có giá trị từ 0 - 255.
Có bao nhiêu mạng thuộc lớp C?
Lớp C của địa chỉ Ipv4 dùng 3 octet đầu làm phần mạng và 1 octet sau làm phần host. Địa chỉ lớp C luôn có 3 bit đầu là 1 1 0. Dải mạng lớp C chạy từ 192.0.0.0 -> 223.255.255.0. Như vậy sẽ có 221 mạng trong lớp C.
V4 là gì?
IPv4 là từ viết tắt của Internet Protocol version 4. Đây 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].