Bạn đã bao giờ tự hỏi làm thế nào máy tính của mình kết nối được Internet? Hay địa chỉ IP mà bạn thỉnh thoảng thấy trong cài đặt mạng có ý nghĩa gì? Câu trả lời phần lớn nằm ở IPv4. Bài viết này sẽ giải thích cặn kẽ IPv4 là gì, cấu trúc địa chỉ, cách hoạt động và vai trò không thể thiếu của giao thức này.
IPv4 là gì?
IPv4 là viết tắt của Internet Protocol version 4, nghĩa là Giao thức Internet phiên bản thứ tư. Đây là một bộ quy tắc nền tảng, giống như ngôn ngữ chung, cho phép các thiết bị trên khắp nơi giao tiếp với nhau qua mạng Internet.
Vậy Giao thức Internet (IP – Internet Protocol) là gì? Đây là một tập hợp các quy tắc kỹ thuật xác định cách dữ liệu được đóng gói, định địa chỉ, truyền, định tuyến và nhận trên các mạng máy tính. IP là thành phần cốt lõi của bộ giao thức TCP/IP phổ biến.
Địa chỉ IPv4 hoạt động như một mã định danh số duy nhất. Mã số này được gán cho mỗi thiết bị (như máy tính, điện thoại thông minh, máy chủ web) khi chúng kết nối vào một mạng sử dụng giao thức IP, điển hình nhất là mạng Internet.
Hãy hình dung địa chỉ IPv4 giống như số nhà của bạn trong một thành phố rộng lớn. Khi ai đó muốn gửi thư cho bạn, họ cần biết chính xác số nhà. Tương tự, địa chỉ IPv4 giúp các gói dữ liệu tìm đúng đường đến thiết bị đích.
Nhờ có địa chỉ IPv4, máy tính của bạn mới có thể gửi yêu cầu đến máy chủ Google và nhận lại kết quả tìm kiếm. Hoặc bạn có thể xem video trực tuyến, gửi email, tất cả đều dựa trên việc các thiết bị biết địa chỉ của nhau.
Giao thức này được phát triển từ những ngày đầu của Internet và đã trở thành xương sống cho phần lớn hoạt động trực tuyến mà chúng ta thực hiện hàng ngày. Hiểu về IPv4 giúp bạn nắm bắt được nguyên lý cơ bản của kết nối mạng.
Cấu trúc của một địa chỉ IPv4
Để hiểu rõ hơn về IPv4, chúng ta cần xem xét cấu trúc kỹ thuật của một địa chỉ IPv4. Cấu trúc này quyết định cách địa chỉ được tạo ra và giới hạn về số lượng của chúng.
Địa chỉ 32-bit
Mỗi địa chỉ IPv4 về bản chất là một chuỗi gồm 32 bit nhị phân. Bit (viết tắt của binary digit) là đơn vị thông tin cơ bản nhất trong điện toán, chỉ có thể nhận một trong hai giá trị: 0 hoặc 1.
Với 32 bit, số lượng địa chỉ IPv4 duy nhất có thể tạo ra là 232. Con số này tương đương khoảng 4.3 tỷ (chính xác là 4,294,967,296) địa chỉ IP khác nhau trên toàn cầu.
Vào thời điểm IPv4 được thiết kế (những năm 1980), con số 4.3 tỷ địa chỉ có vẻ là rất lớn và đủ dùng. Tuy nhiên, sự phát triển bùng nổ của Internet sau này đã cho thấy giới hạn này.
Định dạng số chấm thập phân (Dotted-Decimal Notation)
Việc đọc và ghi nhớ một chuỗi 32 bit nhị phân (ví dụ: 11000000.10101000.00000001.00000001) là rất khó khăn cho con người. Vì vậy, một định dạng thân thiện hơn đã được tạo ra.
Địa chỉ IPv4 được biểu diễn dưới dạng bốn cụm số thập phân. Mỗi cụm số này được gọi là một octet, vì mỗi cụm đại diện cho 8 bit (octet = 8). Bốn octet này được ngăn cách với nhau bằng dấu chấm (.).
Mỗi octet (8 bit) có thể biểu diễn một giá trị thập phân từ 0 (00000000 nhị phân) đến 255 (11111111 nhị phân). Điều này giúp việc đọc, viết và cấu hình địa chỉ IP trở nên dễ dàng hơn rất nhiều.
Ví dụ về các địa chỉ IPv4 quen thuộc được viết theo định dạng này bao gồm:
192.168.1.1: Thường là địa chỉ mặc định của router trong mạng gia đình.8.8.8.8: Địa chỉ máy chủ DNS công cộng của Google.172.217.160.142: Một trong các địa chỉ IP của máy chủ https://www.google.com/search?q=Google.com (có thể thay đổi).
Định dạng số chấm thập phân này là cách chúng ta thường thấy và sử dụng địa chỉ IPv4 trong các cài đặt mạng hoặc khi khắc phục sự cố kết nối.
Địa chỉ IPv4 hoạt động như thế nào?
Địa chỉ IPv4 không chỉ là một dãy số định danh. Chúng đóng vai trò then chốt trong việc định tuyến (routing) các gói tin (packets) dữ liệu qua mạng Internet phức tạp.
Khi bạn gửi một email hoặc truy cập một trang web, thông tin bạn gửi đi được chia thành các gói tin nhỏ. Mỗi gói tin này chứa dữ liệu thực tế cùng với thông tin điều khiển, quan trọng nhất là địa chỉ IP nguồn (của bạn) và địa chỉ IP đích (của máy chủ).
Các thiết bị định tuyến (routers) trên Internet đọc thông tin địa chỉ IP đích trong mỗi gói tin. Dựa vào địa chỉ này, router sẽ quyết định đường đi tốt nhất tiếp theo để chuyển gói tin đến gần hơn với đích cuối cùng.
Quá trình này lặp đi lặp lại qua nhiều router trung gian. Mỗi router chỉ cần biết bước nhảy tiếp theo, không cần biết toàn bộ đường đi. Điều này giúp hệ thống định tuyến linh hoạt và hiệu quả.
Để việc định tuyến hoạt động chính xác trong mạng cục bộ (LAN), địa chỉ IPv4 thường hoạt động cùng với hai thông tin quan trọng khác:
- Subnet Mask (Mặt nạ mạng con): Giúp xác định phần nào của địa chỉ IP là địa chỉ mạng và phần nào là địa chỉ thiết bị trong mạng đó.
- Default Gateway (Cổng vào mặc định): Là địa chỉ của router trong mạng cục bộ, nơi các gói tin cần được gửi đến nếu địa chỉ đích nằm ngoài mạng cục bộ.
Sự kết hợp của địa chỉ IP, Subnet Mask và Default Gateway cho phép thiết bị của bạn giao tiếp hiệu quả cả trong mạng nội bộ lẫn với thế giới bên ngoài qua Internet.
Phân loại địa chỉ IPv4 cơ bản
Không phải tất cả địa chỉ IPv4 đều giống nhau. Chúng được phân thành nhiều loại khác nhau dựa trên mục đích sử dụng và phạm vi hoạt động. Hai loại chính mà người dùng thường gặp là Public IP và Private IP.
Địa chỉ IPv4 Công cộng (Public IP Address)
Địa chỉ IP công cộng là địa chỉ duy nhất trên toàn cầu Internet. Giống như địa chỉ nhà bạn là duy nhất trên thế giới, Public IP cũng vậy. Không thể có hai thiết bị cùng sử dụng một địa chỉ Public IP tại cùng một thời điểm.
Các địa chỉ này được cấp phát bởi các Tổ chức đăng ký Internet khu vực (RIRs – Regional Internet Registries) và sau đó được các Nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP – Internet Service Provider) như VNPT, FPT, Viettel cấp lại cho khách hàng của họ (doanh nghiệp, cá nhân).
Địa chỉ Public IP là thứ cho phép thiết bị của bạn được “nhìn thấy” và truy cập từ bất kỳ đâu trên Internet. Ví dụ, các máy chủ web, máy chủ email phải có Public IP để người dùng có thể kết nối đến.
Khi bạn kết nối Internet qua ISP tại nhà hoặc văn phòng, router của bạn thường sẽ được cấp một địa chỉ Public IP. Các thiết bị trong mạng nội bộ sẽ dùng chung địa chỉ Public IP này để truy cập Internet thông qua cơ chế NAT.
Địa chỉ IPv4 riêng tư (Private IP Address)
Địa chỉ IP riêng tư được sử dụng bên trong các mạng nội bộ (LAN – Local Area Network), như mạng gia đình hoặc mạng văn phòng của bạn. Chúng không thể được định tuyến trực tiếp trên Internet công cộng.
Mục đích chính của Private IP là cho phép các thiết bị trong cùng một mạng cục bộ giao tiếp với nhau mà không cần sử dụng đến địa chỉ Public IP (vốn có hạn).
Điều đặc biệt là các dải địa chỉ Private IP có thể được tái sử dụng trong nhiều mạng nội bộ khác nhau. Mạng nhà bạn và mạng nhà hàng xóm hoàn toàn có thể cùng sử dụng dải địa chỉ 192.168.1.x.
Các dải địa chỉ IPv4 được quy định dành riêng cho mạng Private bao gồm:
10.0.0.0đến10.255.255.255(Lớp A)172.16.0.0đến172.31.255.255(Lớp B)192.168.0.0đến192.168.255.255(Lớp C)
Khi một thiết bị trong mạng LAN muốn truy cập Internet, router sẽ sử dụng kỹ thuật NAT (Network Address Translation). NAT dịch địa chỉ Private IP nguồn thành địa chỉ Public IP của router trước khi gửi gói tin ra ngoài.
Khi nhận phản hồi từ Internet, router lại dịch ngược địa chỉ Public IP đích thành địa chỉ Private IP của thiết bị ban đầu trong mạng LAN. NAT giúp tiết kiệm địa chỉ Public IP và tăng cường bảo mật cơ bản cho mạng nội bộ.
Ngoài Public và Private IP, còn có các loại địa chỉ IPv4 đặc biệt khác như:
127.0.0.1: Địa chỉ Loopback, dùng để kiểm tra chính máy tính đang sử dụng.- Địa chỉ Multicast: Dùng để gửi dữ liệu đến một nhóm thiết bị cùng lúc.
- Địa chỉ Broadcast: Dùng để gửi dữ liệu đến tất cả thiết bị trong cùng một mạng.
Tại sao IPv4 lại quan trọng?
Mặc dù đã có phiên bản mới hơn là IPv6, IPv4 vẫn giữ một vai trò cực kỳ quan trọng trong hoạt động của Internet hiện tại.
IPv4 là nền tảng của Internet mà chúng ta đang sử dụng. Hầu hết các trang web, dịch vụ trực tuyến, thiết bị mạng và hạ tầng Internet cốt lõi vẫn đang hoạt động dựa trên IPv4 hoặc hỗ trợ song song cả IPv4 và IPv6.
Sự phổ biến rộng rãi của IPv4 có nghĩa là việc hiểu biết về cách nó hoạt động vẫn rất cần thiết cho bất kỳ ai làm việc trong lĩnh vực công nghệ thông tin, quản trị mạng, phát triển web, hoặc đơn giản là người dùng muốn hiểu rõ hơn về kết nối Internet của mình.
Khi bạn gặp sự cố mạng, việc biết cách kiểm tra địa chỉ IPv4, hiểu sự khác biệt giữa Public và Private IP có thể giúp bạn chẩn đoán vấn đề hiệu quả hơn.
Nhiều hệ thống và ứng dụng cũ hơn có thể chỉ hỗ trợ IPv4. Do đó, IPv4 vẫn sẽ tiếp tục tồn tại và được sử dụng song song với IPv6 trong một thời gian dài nữa trong giai đoạn chuyển đổi.
Việc hiểu rõ IPv4 cũng là tiền đề để bạn dễ dàng tìm hiểu và làm việc với IPv6 – phiên bản kế nhiệm được thiết kế để giải quyết các hạn chế của IPv4.
Nền tảng mạng ổn định như IPv4 là cần thiết, nhưng hosting cũng quyết định hiệu năng website. Hãy tham khảo dịch vụ thuê Hosting tại InterData để trải nghiệm tốc độ vượt trội trên phần cứng chuyên dụng thế hệ mới AMD EPYC Gen 3th, SSD NVMe U.2, cùng băng thông cao. Nhận ngay dịch vụ uy tín, chất lượng ổn định với giá chỉ từ 1K/ngày.
Hạn chế của IPv4 và sự ra đời của IPv6
Tuy quan trọng, IPv4 không phải là hoàn hảo. Hạn chế lớn nhất của nó đã thúc đẩy sự phát triển và triển khai phiên bản kế nhiệm là IPv6.
Vấn đề cạn kiệt địa chỉ IPv4
Như đã đề cập, IPv4 chỉ cung cấp khoảng 4.3 tỷ địa chỉ duy nhất. Con số này tưởng chừng rất lớn nhưng đã trở nên quá nhỏ bé so với sự bùng nổ của Internet.
Sự gia tăng theo cấp số nhân của số lượng thiết bị kết nối Internet – từ máy tính, điện thoại thông minh, máy tính bảng đến các thiết bị Internet of Things (IoT) như TV thông minh, tủ lạnh, camera an ninh – đã tiêu thụ địa chỉ IPv4 với tốc độ chóng mặt.
Các tổ chức quản lý địa chỉ IP toàn cầu và khu vực đã thông báo về việc cạn kiệt (exhaustion) các khối địa chỉ IPv4 mới để cấp phát từ nhiều năm trước. Điều này tạo ra áp lực lớn lên việc mở rộng Internet.
Kỹ thuật NAT tuy giúp giảm bớt áp lực phần nào bằng cách cho phép nhiều thiết bị dùng chung một Public IP, nhưng lại gây ra các vấn đề khác về kết nối đầu cuối (end-to-end) và độ phức tạp trong quản lý mạng.
Giới thiệu nhanh về IPv6
Để giải quyết vấn đề cạn kiệt địa chỉ và bổ sung thêm các cải tiến, IPv6 (Internet Protocol version 6) đã được phát triển và chuẩn hóa. Đây là phiên bản kế nhiệm trực tiếp của IPv4.
Ưu điểm lớn nhất và rõ ràng nhất của IPv6 là không gian địa chỉ khổng lồ. IPv6 sử dụng địa chỉ dài 128-bit, cung cấp một số lượng địa chỉ gần như vô hạn (2128), đủ để cấp cho mọi thiết bị trên hành tinh trong tương lai rất xa.
Địa chỉ IPv6 có định dạng khác biệt, sử dụng 8 nhóm ký tự thập lục phân (hexadecimal), cách nhau bởi dấu hai chấm (::), ví dụ: 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334.
Ngoài không gian địa chỉ lớn, IPv6 còn mang lại một số lợi ích khác như:
- Cấu hình tự động (Stateless Address Autoconfiguration – SLAAC): Thiết bị có thể tự tạo địa chỉ IPv6 mà không cần máy chủ DHCP.
- Header đơn giản hơn: Giúp router xử lý gói tin hiệu quả hơn.
- Bảo mật tích hợp (IPsec): IPsec là một yêu cầu bắt buộc trong IPv6, tăng cường bảo mật.
- Hỗ trợ tốt hơn cho thiết bị di động và IoT.
Quá trình chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 đang diễn ra trên toàn cầu, nhưng diễn ra chậm và đòi hỏi thời gian. Hiện tại, cả hai giao thức đang cùng tồn tại (dual-stack) trên phần lớn Internet.
Cách kiểm tra địa chỉ IPv4 của bạn
Biết cách xem địa chỉ IPv4 của thiết bị có thể hữu ích trong nhiều tình huống, như cấu hình mạng, chia sẻ file trong mạng LAN, hoặc khắc phục sự cố. Dưới đây là cách kiểm tra trên các hệ điều hành phổ biến.
Lưu ý rằng các cách dưới đây thường hiển thị địa chỉ Private IP (nếu bạn đang ở trong mạng LAN) hoặc địa chỉ Public IP (nếu kết nối trực tiếp không qua router, ít phổ biến).
Kiểm tra trên máy tính Windows
- Mở Command Prompt: Nhấn phím
Windows+R, gõcmdvà nhấn Enter. - Trong cửa sổ Command Prompt, gõ lệnh sau và nhấn Enter:
ipconfig - Tìm đến phần card mạng bạn đang sử dụng (thường là “Ethernet adapter” nếu dùng dây hoặc “Wireless LAN adapter Wi-Fi” nếu dùng Wi-Fi).
- Dòng có ghi “IPv4 Address” chính là địa chỉ IP của máy bạn. Bạn cũng sẽ thấy “Subnet Mask” và “Default Gateway” tại đây.
Kiểm tra trên máy tính macOS
- Cách 1: System Preferences
- Nhấp vào menu Apple (logo táo) > System Preferences (hoặc System Settings ở phiên bản mới).
- Chọn Network.
- Chọn kết nối mạng đang hoạt động (Wi-Fi hoặc Ethernet) ở cột bên trái.
- Địa chỉ IPv4 sẽ hiển thị ở phần “IP Address”.
- Cách 2: Terminal
- Mở ứng dụng Terminal (trong Applications > Utilities).
- Gõ lệnh
ifconfig | grep "inet "(lưu ý có khoảng trắng sau inet). - Tìm dòng có địa chỉ IP không phải
127.0.0.1, đó thường là địa chỉ IPv4 của bạn.
Kiểm tra trên điện thoại (Android/iOS)
- Trên Android (các bước có thể hơi khác tùy hãng):
- Vào Cài đặt (Settings) > Wi-Fi (hoặc Kết nối > Wi-Fi).
- Nhấn vào tên mạng Wi-Fi bạn đang kết nối (hoặc biểu tượng cài đặt bên cạnh).
- Thông tin chi tiết mạng sẽ hiện ra, bao gồm cả Địa chỉ IP (đây là địa chỉ IPv4).
- Trên iOS (iPhone/iPad):
- Vào Cài đặt (Settings) > Wi-Fi.
- Nhấn vào biểu tượng chữ “i” màu xanh bên cạnh tên mạng Wi-Fi bạn đang kết nối.
- Địa chỉ IPv4 sẽ hiển thị ở mục “Địa chỉ IP”.
Phân biệt và kiểm tra địa chỉ IP công cộng (Public IP)
Địa chỉ IP bạn thấy trong cài đặt thiết bị thường là địa chỉ Private IP (nếu dùng mạng gia đình/văn phòng). Để biết địa chỉ Public IP mà cả mạng của bạn đang sử dụng để ra Internet, bạn cần dùng cách khác.
Cách đơn giản nhất là truy cập vào các trang web chuyên dụng từ trình duyệt web trên máy tính hoặc điện thoại đang kết nối mạng đó. Các trang web này sẽ hiển thị địa chỉ Public IP của bạn.
Một số trang web phổ biến để kiểm tra Public IP:
whatismyipaddress.comwww.whatismyip.comipecho.net- Hoặc đơn giản là tìm kiếm “what is my ip” trên Google.
Địa chỉ Public IP này là địa chỉ mà các máy chủ trên Internet “nhìn thấy” khi bạn truy cập chúng.
Một số câu hỏi thường gặp về IPv4 (FAQ)
Dưới đây là giải đáp cho một số câu hỏi phổ biến liên quan đến giao thức IPv4.
IPv4 và IPv6 có thể cùng tồn tại và hoạt động không?
Có. Hầu hết các hệ điều hành và thiết bị mạng hiện đại đều hỗ trợ Dual Stack, nghĩa là chúng có thể xử lý đồng thời cả lưu lượng IPv4 và IPv6.
Ngoài ra, còn có các kỹ thuật chuyển tiếp như Tunneling (đóng gói gói tin IPv6 bên trong IPv4 hoặc ngược lại) và Translation (NAT64/DNS64 – dịch giữa hai giao thức) để đảm bảo sự tương thích trong giai đoạn chuyển đổi.
Địa chỉ IP tĩnh (Static IP) và IP động (Dynamic IP) khác nhau thế nào?
- Địa chỉ IP động (Dynamic IP): Là địa chỉ được cấp phát tự động cho thiết bị mỗi khi kết nối vào mạng (thường bởi máy chủ DHCP). Địa chỉ này có thể thay đổi sau mỗi lần kết nối hoặc sau một khoảng thời gian nhất định. Đây là loại phổ biến cho người dùng gia đình.
- Địa chỉ IP tĩnh (Static IP): Là địa chỉ IP cố định, không thay đổi, được cấu hình thủ công hoặc được ISP cấp riêng. Thường được sử dụng cho máy chủ (web, email, game), VPN hoặc các thiết bị cần địa chỉ không đổi để truy cập từ xa.
Subnet Mask và Default Gateway dùng để làm gì?
- Subnet Mask (Mặt nạ mạng con): Là một dãy số có cùng định dạng với địa chỉ IP. Nó giúp thiết bị xác định được phần nào của địa chỉ IP là địa chỉ mạng (Network ID) và phần nào là địa chỉ máy chủ/thiết bị (Host ID) trong mạng đó. Điều này cần thiết để biết một địa chỉ IP khác có cùng mạng hay không.
- Default Gateway (Cổng vào mặc định): Thường là địa chỉ IP của router trong mạng cục bộ. Khi thiết bị của bạn muốn gửi dữ liệu đến một địa chỉ IP nằm ngoài mạng cục bộ hiện tại, nó sẽ gửi gói tin đến Default Gateway để router chuyển tiếp ra ngoài Internet.
Hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn cái nhìn chi tiết và dễ hiểu về IPv4, từ định nghĩa, cấu trúc, cách thức hoạt động, tầm quan trọng cho đến mối liên hệ với IPv6 và cách kiểm tra địa chỉ IP của chính bạn. Hiểu về IPv4 là bước đầu quan trọng để làm chủ kiến thức về mạng máy tính và Internet.
