Cơ bản về cách đánh địa chỉ IP

1. Địa chỉ IP:
Địa chỉ IP là một số nguyên 32 bit, thường được biểu diễn dưới dạng một dãy 4 số nguyên cách nhau bởi dấu chấm (dotted format). Một số nguyên trong địa chỉ IP là một byte, thường được gọi là một octet (8 bits).

Ví dụ về một địa chỉ IP điển hình là 123.255.0.15. Các thành phần 123, 255, 0 và 15 là các octet.

Một địa chỉ IP gồm có 3 phần. Phần đầu tiên là địa chỉ mạng (network address), phần thứ cuối cùng là địa chỉ máy (host address) và phần còn lại (nếu có) là địa chỉ mạng con (subnet address).

Địa chỉ mạng của một địa chỉ IP được tìm ra khi thực hiện phép toán logic AND giữa địa chỉ IP đấy và một giá trị gọi là mặt nạ mạng (network mask, tôi sẽ không dùng từ “mặt nạ mạng” trong tất cả các bài về sau mà chỉ dùng “network mask” cũng như sẽ không dịch từ “mask” thành “mặt nạ” nữa). Network mask cho biết bao nhiêu bit trong địa chỉ IP là địa chỉ mạng.

2. Phân lớp địa chỉ IP:
Địa chỉ IP được phân ra làm 5 lớp mạng (lớp A, B, C, D, và E). Trong đó bốn lớp đầu được sử dụng, lớp E được dành riêng cho nghiên cứu. Lớp D được dùng cho việc phát các thông tin broadcast/multicastt (broadcast/multicast IPs). Lớp A, B và C được dùng trong cuộc sống hàng ngày.

3. Cách phân biệt IP lớp A, B, C, và D:
Một địa chỉ IP với bit đầu tiên là 0 thuộc về lớp A, bit đầu tiên là 1 và bit thứ 2 là 0 thuộc lớp B, bit đầu là 1, bit 2 là 1, bit 3 là 0 thuộc lớp C, bit đầu là 1, bit 2 là 1, bit 3 là 1, bit 4 là 0 thuộc lớp D. Lớp E là các địa chỉ còn lại. Bảng sau tóm tắt ý tưởng này:

Lớp IP Dạng địa chỉ IP (x là bit bất kỳ) Network mask mặc định (default network mask)
A 0xxxx.......xxx 255.0.0.0
B 10xxx.......xxx 255.255.0.0
C 110xx.......xxx 255.255.255.0
D 1110x.......xxx (không dùng)

Ví dụ địa chỉ 10.243.100.56 là một địa chỉ IP lớp A vì octet đầu được biểu diễn dưới dạng nhị phân thành 00001010. Bit đầu tiên là 0 nên địa chỉ đó thuộc về lớp A.

Mỗi lớp có 2 địa chỉ dành riêng là địa chỉ thấp nhất (phần địa chỉ máy toàn bit 0), và địa chỉ cao nhất của lớp đó (phần địa chỉ máy toàn bit 1). Như vậy, địa chỉ mạng có thể có trong một lớp sẽ phụ thuộc vào số bit trong network mask (bit mang giá trị 1). Nếu gọi số bit 1 trong network mask là x thì số địa chỉ mạng tối đa có thể có trong một lớp là 2^x

Tuy nhiên, vì mỗi lớp bị phụ thuộc vào vài bit đầu tiên quy định nên số địa chỉ mạng tối đa thật sự trong mỗi lớp sẽ là 2^x - 2^(số bit cố định của lớp tương ứng).

Như vậy lớp A có 126 địa chỉ, lớp B có tối đa 16382 địa chỉ, lớp C có 2097150 địa chỉ.

Phần còn lại ngoài địa chỉ mạng sẽ là địa chỉ máy. Tương tự cũng có 2 địa chỉ máy dành riêng (địa chỉ thấp nhất và địa chỉ cao nhất) trong mỗi địa chỉ mạng. Như vậy, số địa chỉ máy có thể có trong mỗi mạng sẽ là 2^(32 - x) - 2. Công thức tính đơn giản giống công thức tính số địa chỉ mạng. Chỉ khác một điều là ta dùng số bit 0 (32-x) thay vì dùng số bit 1 (x).

Như vậy, một địa chỉ mạng lớp C sẽ có 254 địa chỉ máy, tương tự cho địa chỉ mạng lớp B, và A.

Tổng số địa chỉ của một lớp mạng là tích của số địa chỉ mạng và số địa chỉ máy trong một mạng thuộc lớp đó.

4. Subnet:
Tuy nhiên, các nhà quản trị mạng thường phân chia mạng của họ ra thành nhiều mạng nhỏ hơn gọi là mạng con subnet. Tương tự với địa chỉ mạng, địa chỉ mạng con cũng được quy định bởi một mask, gọi là subnet mask. Subnet mask của một địa chỉ mạng có số bit 1 nhiều hơn hoặc bằng (trường hợp bằng có nghĩa là không có chia mạng ra thành subnet) số bit 1 trong network mask của địa chỉ đó. Ví dụ subnet mask của một mạng thuộc lớp B sẽ có dạng 255.255.xxx.xxx với xxx là số bất kỳ từ 0 đến 255.

Cách tính số địa chỉ mạng con của một địa chỉ mạng sẽ phụ thuộc vào bao nhiêu bit của network mask đã được dùng để làm subnet mask (tạm gọi là y). Hai công thức bên trên đều được sử dụng với việc thay biến x thành y. Đặc biệt cách tính số địa chỉ IP trong mỗi subnet sẽ dùng cả x và y theo công thức sau:

2^(32 - x - y) - 2

Ví dụ subnet mask của một mạng lớp A (network mask mặc định 255.0.0.0) là 255.192.0.0 thì y sẽ là 2 (vì 192 biểu diễn ở dạng nhị phân là 11000000, có nghĩa là đã có 2 bit đã được sử dụng để làm subnet mask). Subnet mask phải là một dãy liên tục các bit 1 ngay sau network mask. Điều này nói lên rằng subnet mask dành một số bit 0 trong network mask (phần dành cho địa chỉ máy). Cũng có 2 địa chỉ máy dành riêng trong mỗi subnet. Hai địa chỉ đó là subnet address (địa chỉ thấp nhất trong subnet) và broadcast address (địa chỉ cao nhất trong subnet). Địa chỉ thấp nhất trong subnet không nhất thiết có tất cả các bit là 0 như đối với địa chỉ thấp nhất trong một mạng, cũng như địa chỉ cao nhất không nhất thiết phải là toàn bit 1. Lưu ý là trong một vài tài liệu cũ nói rằng cũng có 2 subnet dành riêng trong mỗi mạng nhưng bây giờ điều đó không còn dùng nữa. Hai subnet đó vẫn được dùng, gọi là zero subnet (subnet thấp nhất) và broadcast subnet (subnet cao nhất).

Ngoài ra, mỗi lớp mạng còn có 1 địa chỉ mạng dành riêng (private network address). Lớp A có địa chỉ 10.0.0.0. Lớp B có địa chỉ 172.16.0.0. Lớp C có địa chỉ 192.168.0.0. Địa chỉ broadcast của lớp A còn được gọi là địa chỉ universal broadcast (toàn bit 1 hay 255.255.255.255).

5. Broadcast và multicast:
Các phần trên đề cập đến broadcast và multicast nhưng chưa giải thích. Địa chỉ broadcast là một địa chỉ mà khi thông tin gửi tới địa chỉ đó sẽ được gửi đến toàn bộ các máy trong mạng. Multicast cũng như broadcast nhưng chỉ có tác dụng trong một subnet.

Trên đây là các kiến thức cơ bản về việc đánh địa chỉ IP. Vài ví dụ dưới sẽ giúp làm sáng tỏ các kiến thức trên.

Ví dụ 1: Địa chỉ 192.168.0.1 thuộc lớp nào?

Có 2 cách trả lời câu hỏi này: Một là dựa vào việc phân tích octet đầu ra dạng nhị phân, căn cứ vào các bit đầu mà có thể trả lời. Cách thứ hai là vì địa chỉ này thuộc mạng riêng của lớp C nên có thể trả lời ngay.

Ví dụ 2: Chỉ rõ địa chỉ mạng của địa chỉ 192.168.0.5 với network mask mặc định.

Câu hỏi này buộc ta phải biết địa chỉ 192.168.0.5 thuộc lớp nào và biết network mask của lớp đó.

192.168.0.5 thuộc lớp C.

Lớp C có network mask là 255.255.255.0.

Thực hiện phép AND sẽ ra 192.168.0.0.

Câu trả lời là 192.168.0.0. Câu hỏi này cũng có thể trả lời nếu ta biết là địa chỉ 192.168.0.5 là một trong 3 địa chỉ riêng.

Ví dụ 3: Chỉ rõ phần địa chỉ mạng (bỏ phần địa chỉ máy) của địa chỉ 192.168.0.10 với network mask mặc định.

Như câu trên ta đã biết network mask của địa chỉ 192.168.0.10 là 255.255.255.0. Câu hỏi yêu cầu chỉ rõ PHẦN địa chỉ mạng, nên ta chỉ lấy các bit còn nằm trong network mask:

Địa chỉ đầu 11000000.10101000.00000000.00001010

Network mask 11111111.11111111.11111111.00000000

Lấy phần trong network mask 11000000.10101000.00000000

Câu trả lời sẽ là 192.168.0.

Ví dụ 4: Địa chỉ IP 129.56.7.8 có subnet mask là 255.255.128.0. Hỏi có bao nhiêu subnet, bao nhiêu địa chỉ IP trong mỗi subnet, bao nhiêu địa chỉ IP trong mạng đó?

Việc trả lời đòi hỏi chút tính toán. Sau khi nhận biết địa chỉ IP này là thuộc lớp B, network mask mặc định là 255.255.0.0 (x là 16), ta biết quản trị mạng đã lấy 1 bit để chia subnet. Như vậy, y là 1. Số subnet là 2^1 là 2. Số địa chỉ IP trong mỗi subnet là 2^(32-y-x) - 2 là 32766. Suy ra số địa chỉ IP trong mạng đó là 2 * 32766 là 65532.

6. Câu hỏi dành cho người đọc tự trả lời:
Một quản trị viên có một network address thuộc lớp C. Anh ta muốn chia địa chỉ này ra thành nhiều subnet nhỏ hơn. Anh ta muốn mỗi subnet có tối thiểu 10 máy và tối đa 30 máy, vậy anh ta nên dùng những subnet mask nào?

Trên đây là một vài thông tin cần thiết để hiểu cách đánh địa chỉ IP.

7. Tài liệu tham khảo:
•Internetworking with TCP/IP
•TCP/IP illustrated
•Sybex CCNA2 study