IPv4, IPv6 là gì? Sự khác nhau giữa IPv6 và IPv4

IPv4, IPv6 là gì? Bài viết này sẽ giới thiệu đến bạn khái niệm cơ bản, cấu trúc, vai trò và sự khác nhau giữa IPv6 và IPv4. Nếu bạn cần hỗ trợ, xin vui lòng liên hệ VinaHost qua Hotline 1900 6046 ext.3, email về support@vinahost.vn hoặc chat với chúng tôi qua livechat https://livechat.vinahost.vn/chat.php.

1. Địa chỉ IP là gì?

Hình 1. Giới thiệu địa chỉ IP

Địa chỉ IP (Internet Protocol) là một địa chỉ đơn nhất mà những thiết bị điện tử hiện nay đang sử dụng để nhận diện và liên lạc với nhau trên mạng máy tính bằng cách sử dụng giao thức Internet.

Bất kỳ thiết bị mạng nào bao gồm bộ định tuyến, bộ chuyển mạch mạng, máy vi tính, máy chủ hạ tầng (như NTP, DNS, DHCP, SNMP, v.v.), máy in, máy fax qua Internet, và vài loại điện thoại—tham gia vào mạng đều có địa chỉ riêng, và địa chỉ này là đơn nhất trong phạm vi của một mạng cụ thể. Vài địa chỉ IP có giá trị đơn nhất trong phạm vi Internet toàn cầu, trong khi một số khác chỉ cần phải đơn nhất trong phạm vi một công ty.

Giao thức Internet phiên bản 4 (IPv4) định nghĩa một địa chỉ IP là một số 32-bit. Tuy nhiên, do sự phát triển của Internet và sự cạn kiệt các địa chỉ IPv4 sẵn có, một phiên bản IP mới (IPv6), sử dụng 128 bit cho địa chỉ IP, đã được phát triển vào năm 1995 và được chuẩn hóa thành RFC 2460 vào năm 1998. Triển khai IPv6 đã được tiến hành từ giữa những năm 2000.

Địa chỉ IP do Tổ chức cấp phát số hiệu Internet (IANA) quản lý và tạo ra. IANA nói chung phân chia những “siêu khối” đến Cơ quan Internet khu vực, rồi từ đó lại phân chia thành những khối nhỏ hơn đến nhà cung cấp dịch vụ Internet và công ty.

2. Giới thiệu về IPv4

2. IPv4 là gì?

IPv4 (Internet Protocol version 4) là phiên bản thứ tư trong quá trình phát triển của các giao thức Internet. IP – Internet Protocol, là một giao thức của chồng giao thức TCP/IP thuộc về lớp Internet, tương ứng với lớp thứ ba (lớp network) của mô hình OSI. Ngày nay, IP gần như là giao thức lớp 3 thống trị, được sử dụng rộng rãi trong mọi hệ thống mạng trên phạm vi toàn thế giới.

2.2. Cấu trúc địa chỉ IPv4

  • Địa chỉ IP gồm 32 bit nhị phân, chia thành 4 cụm 8 bit (gọi là các octet). Các octet được biểu diễn dưới dạng thập phân và được ngăn cách nhau bằng các dấu chấm.
  • Địa chỉ IP được chia thành hai phần: phần mạng (network) và phần host.
Hình 2. Cấu trúc địa chỉ IPv4.

Việc đặt địa chỉ IP phải tuân theo các quy tắc sau:

  • Các bit phần mạng không được phép đồng thời bằng 0.

Ví dụ: Địa chỉ 0.0.0.1 với phần mạng là 0.0.0 và phần host là 1 là không hợp lệ.

  • Nếu các bit phần host đồng thời bằng 0, ta có một địa chỉ mạng.

Ví dụ: Địa chỉ 192.168.1.1 là một địa chỉ có thể gán cho host nhưng địa chỉ 192.168.1.0 là một địa chỉ mạng, không thể gán cho host được.

  • Nếu các bit phần host đồng thời bằng 1, ta có một địa chỉ broadcast.

Ví dụ: Địa chỉ 192.168.1.255 là địa chỉ broadcast cho mạng 192.168.1.0

Các lớp địa chỉ IPv4

Không gian địa chỉ IP được chia thành các lớp sau:

Lớp A:

Hình 3. Địa chỉ lớp A
  • Địa chỉ lớp A sử dụng một octet đầu làm phần mạng, ba octet sau làm phần host.
  • Bit đầu của một địa chỉ lớp A luôn được giữ là 0.
  • Các địa chỉ mạng lớp A gồm: 1.0.0.0 -> 126.0.0.0.
  • Mạng 127.0.0.0 được sử dụng làm mạng loopback.
  • Phần host có 24 bit => mỗi mạng lớp A có (224 – 2) host.

Lớp B:

Hình 4. Địa chỉ lớp B
  • Địa chỉ lớp B sử dụng hai octet đầu làm phần mạng, hai octet sau làm phần host.
  • Hai bit đầu của một địa chỉ lớp B luôn được giữ là 1 0.
  • Các địa chỉ mạng lớp B gồm: 128.0.0.0 -> 191.255.0.0. Có tất cả 214 mạng trong lớp B.
  • Phần host dài 16 bit do đó một mạng lớp B có (216 – 2) host.

Lớp C:

Hình 5. Địa chỉ lớp C
  • Địa chỉ lớp C sử dụng ba octet đầu làm phần mạng, một octet sau làm phần host.
  • Ba bit đầu của một địa chỉ lớp C luôn được giữ là 1 1 0.
  • Các địa chỉ mạng lớp C gồm: 192.0.0.0 -> 223.255.255.0. Có tất cả 221 mạng trong lớp C.
  • Phần host dài 8 bit do đó một mạng lớp C có (28 – 2) host.

Lớp D:

  • Gồm các địa chỉ thuộc dải: 224.0.0.0 -> 239.255.255.255
  • Được sử dụng làm địa chỉ multicast.
  • Ví dụ: 224.0.0.5 dùng cho OSPF; 224.0.0.9 dùng cho RIPv2

Lớp E:

  • Từ 240.0.0.0 trở đi.
  • Được dùng cho mục đích dự phòng.

Lưu ý: 

  • Các lớp địa chỉ IPcó thể sử dụng đặt cho các host là các lớp A, B, C.
  • Để thuận tiện cho việc xác định địa chỉ IPthuộc lớp nào, có thể quan sát octet đầu của địa chỉ, nếu octet này có giá trị nằm trong khoảng:
1 -> 126: địa chỉ lớp A
128 -> 191: địa chỉ lớp B
192 -> 223: địa chỉ lớp C
240 -> 239: địa chỉ lớp D
240 -> 255: địa chỉ lớp E

2.3. Hạn chế của IPv4 là gì?

Không có bất cứ cách thức bảo mật nào đi kèm trong cấu trúc thiết kế của địa chỉ IPv4: Phương tiện hỗ trợ mã hóa dữ liệu cũng không được tích hợp trong IPv4. Do đó, lưu lượng truyền tải giữa các Host không được bảo mật mà chỉ bảo mật phổ biến ở mức ứng dụng. Áp dụng IPSec – một phương thức bảo mật phổ biến tại tầng IP thì việc bảo mật lưu lượng đầu cuối bị hạn chế.

Một hạn chế nữa của IPv4 đó là việc thiếu hụt không gian địa chỉ: Do phiên bản này chỉ sử dụng 32 bit để đánh địa chỉ nên không gian của nó chỉ có 232 địa chỉ. Như vậy, cùng với sự bùng nổ của internet thì tài nguyên địa chỉ IPv4 đang dần cạn kiệt. Phiên bản này gần như đáp ứng không đủ so với nhu cầu sử dụng.

Để khắc phục những hạn chế của IPv4 đồng thời mang lại những đặc tính mới cho hoạt động mạng thế hệ tiếp, người ta đã đầu tư nghiên cứu và cho ra đời một giao thức internet mới. Giao thức IP thế hệ mới (thế hệ 6: IPv6) ra đời để khắc phục những nhược điểm của phiên bản tiền nhiệm. IPv6 bao gồm 128 bit, có chiều dài gấp 4 lần so với địa chỉ IPv4.

3. Giới thiệu về IPv6

3.1. IPv6 là gì?

Địa chỉ IPv6 sử dụng 128 bit để mã hoá dữ liệu, nó cho phép sử dụng nhiều địa chỉ hơn so với IPv4. Ước tính địa chỉ IPv6 cho phép cung cấp (4*10^4)^4 (4 tỉ mũ 5) địa chỉ IP cùng lúc.

Địa chỉ IP phiên bản IPv6 đang dần được đưa vào áp dụng bởi nguồn tài nguyên IPv4 đang cạn kiệt do sự phát triển rất nhanh của công nghệ thông tin. Tuy nhiên vì lý do tương thích với thiết bị cũ, nên khó có thể thay thế hết cho IPv4, các tổ chức đã đề xuất lộ trình chuyển đổi IPv4 sang IPv6 bắt đầu từ năm 2019 đến năm 2033.

IPv6 cung cấp một số cải tiến so với IPv4. Ưu điểm của IPv6 được trình bày chi tiết trong các tài liệu liên quan. Dưới đây là một số đặc điểm tóm tắt của IPv6 và những cải tiến mà nó cung cấp:

  • Không gian địa chỉ mạng lớn hơn: từ 32bit lên 128bit.
  • Header của giao thức được cải tiến: cải thiện hiệu suất chuyển tiếp gói tin.
  • Tự động cấu hình không trạng thái: để các nút mạng tự xác định địa chỉ của riêng mình.
  • Multicast: tăng cường việc sử dụng truyền thông một chiều hiệu quả.
  • Jumbograms: hỗ trợ các packet payload cực lớn và cho hiệu quả cao hơn.
  • Bảo mật lớp mạng: xác thực truyền thông và mã hóa.
  • Khả năng QoS (Quality of service): dán nhãn và đánh dấu QoS cho các gói tin để giúp xác định những traffic cần được ưu tiên.
  • Anycast: Dịch vụ dự phòng sử dụng những địa chỉ không có cấu trúc đặc biệt.
  • Tính di động: Dễ dàng hơn khi xử lý với thiết bị di động hay chuyển vùng.

3.2. IPv6 gồm có mấy loại?

  • Unicast: Để phân biệt các Host đơn lẻ trên một mạng người ta sử dụng địa chỉ Unicast. Địa chỉ này lại được chia thành 2 loại là liên kết cục bộ và toàn cục. Unicast liên kết cục bộ chỉ có thể truy cập đến các máy tính được chia sẻ liên kết. Unicast toàn cục lại có khả năng truy cập rộng rãi. Unicast cục bộ và Unicast toàn cục sử dụng định dạng địa chỉ khác nhau.
  • Anycast: Anycast chỉ có duy nhất ở IPv6. Nó làm việc giống như sự kết hợp địa chỉ Multicast và Unicast. Anycast được dùng để truyền dữ liệu đến một địa chỉ cụ thể. Việc cân bằng tải sẽ đạt được hiệu quả tuyệt đối khi sử dụng địa chỉ Anycast.
  • Multicast: Địa chỉ Multicast có tác dụng trong việc nhận dạng một nhóm giao diện mạng. Nó được dùng để gửi thông tin đến giao diện mạng thuộc nhóm Multicast. Các địa chỉ Multicast có sự tách biệt với nhau. Giao diện mạng có địa chỉ Multicast không đồng nghĩa với việc nó nằm trong nhóm Multicast  khác hoặc có một địa chỉ Unicast.
Hình 6. 3 loại của địa chỉ IPv6.

3.3. IPv6 gồm có các thành phần nào?

Mỗi địa chỉ IPv6 có 3 thành phần chính là Site Prefix, Interface ID và Subnet ID. Chúng được nhận dạng bởi vị trí các bit trong một địa chỉ.

  • Site Prefix: Siet Prefix được biểu thị trong 3 trường đầu tiên. Nó giống như số mạng của IPv4 và được gán đến website bằng một ISP. Trong cùng một vị trí, tất cả các máy tính sẽ được chia sẻ cùng một Site Prefix. Siet Prefix cho phép dùng chung khi nó phát hiện ra mạng của bạn và cho phép truy cập từ internet.
  • Interface ID: Interface ID được biểu thị trong 4 trường cuối. Interface ID được cấu hình (tự động) dựa vào địa chỉ Media Access Control của giao diện mạng. Định dạng EUI-64 có thể được sử dụng để cấu hình cho ID giao diện.
  • Subnet ID: Subnet ID miêu tả cấu trúc trang mạng. Nó làm việc tương tự như cách làm việc của mạng con trong giao thức IPv4. Các mạng đó có thể dài đến 16 byte, được biểu thị trong định dạng Hexadecimal là chủ yếu. IPv6 Subnet giống như nhánh mạng đơn, một Subnet mask của IPv4.

3.4. Địa chỉ IPv6 được biểu diễn ra sao?

Biểu diễn của địa chỉ IPv6

Hình 7. Địa chỉ IPv6 gồm 128 bit và được chia thành 8 nhóm.

Địa chỉ IPv6 gồm 128 bit và được chia thành 8 nhóm. Mỗi nhóm địa chỉ IPv6 gồm có 16 bit và được ngăn cách với nhau bằng dấu hai chấm. Mỗi nhóm được thể hiện bằng 4 số Hexa.

Ví dụ:    FEDC:BA98:768A:0C98:FEBA:CB87:7678:1111

1080:0000:0000:0070:0000:0989:CB45:345F

Các địa chỉ này khá dài nên có thể được rút ngắn bằng quy tắc sau:

  • Trước mỗi nhóm Octet cho phép bỏ các số 0
  • Nếu nhóm có toàn số 0 có thể được thay bằng số 0
  • Các nhóm liên tiếp nhau có toàn số 0 sẽ được thay bằng dấu:

Ví dụ:

(1) Địa chỉ cũ: 1080:0000:0000:0070:0000:0989:CB45:345F

(2) Địa chỉ nén: 1080::70:0:989:CB45:345F

hoặc 1080:0:0:70::989:CB45:345F

Biểu diễn của Prefixes

Prefixes được biểu diễn giống với ký hiệu IPv4 CIDR. Cụ thể: IPv6-address/prefix-length. Trong đó:

  • IPv6-address là địa chỉ có giá trị bất kỳ.
  • prefix-length là số bit liền kề trong prefix.

Ví dụ: Quy tắc biểu diễn 56 bit prefix

200F00000000AB

200F::AB00:0:0:0:0/56

200F:0:0:AB00::/56

(Lưu ý: Ký hiệu :: chỉ được sử dụng duy nhất 1 lần trong toàn bộ địa chỉ IPv6. Nếu quá nhiều dấu :: có thể không nhận biết hết các vị trí của octet trong địa chỉ IPv6 hoặc có thể gây nên sự nhầm lẫn).

4. IPv6 và IPv4 khác nhau như thế nào?

Hình 8. IPv6 và IPv4 khác nhau như thế nào?

Dưới đây là sự khác nhau giữa IPv6 và IPv4 

Địa chỉ IPv4Địa chỉ IPv6
Luồng dữ liệu không được định dạngLuồng dữ liệu được định dạng cho nên hỗ trợ QoS tốt hơn
Sự phân mảnh được thực hiện bởi các Router và các Host (gửi gói tin) trên đường đi của gói tinSự phân mảnh không có sự tham gia của các Router trên đường đi của gói tin mà nó chỉ diễn ra tại Host gửi
Header có phần tùy chọnDữ liệu tùy chọn có ở phần Header mở rộng
Có Checksum HeaderKhông có Checksum Header
Có địa chỉ BroadcastKhông có địa chỉ Broadcast mà được thay thế bằng địa chỉ Multicast
Các thành viên của mạng con cục bộ được quản lý bởi IGMPCác thành viên của mạng con cụ bộ được quản lý bởi MLD
Xác định địa chỉ của Gateway mặc định bằng IGMP Router DiscoveryXác định địa chỉ của Gateway mặc định bằng MLD
Ánh xạ tên Host thành địa chỉ IPv4 bằng việc sử dụng các mẫu tin A chứa tài nguyên địa chỉ Host trong DNSÁnh xạ tên Host thành địa chỉ IPv6 bằng cách sử dụng các mẫu tin AAAA

Như vậy, IPv6 là giao thức liên mạng thế hệ mới, được thiết kế để khắc phục những hạn chế của phiên bản IPv4. Hàng loạt ưu điểm không thể không nhắc đến của IPv6 là không gian địa chỉ lớn, quản lý không gian địa chỉ đơn giản, thuận tiện, hiệu suất chuyển tiếp gói tin được cải thiện, tự động cấu hình không trạng thái, loại bỏ hoàn toàn công nghệ NAT,…

Was this article helpful?