CCNA [Network - 5] Tìm hiểu và cấu hình IPv4 Address, hoạt động của Router

Trong kỷ nguyên công nghệ số, mạng máy tính trở thành nền tảng thiết yếu, kết nối mọi khía cạnh từ hộ gia đình đến doanh nghiệp. IPv4 (Internet Protocol phiên bản 4) hiện là giao thức địa chỉ Internet được sử dụng rộng rãi nhất, đóng vai trò trung tâm trong việc định danh và định tuyến dữ liệu giữa các hệ thống mạng. Router, với vai trò là thiết bị chủ chốt, đảm bảo việc chuyển tiếp gói tin hiệu quả giữa các mạng khác nhau dựa trên địa chỉ IP. Bài viết này sẽ mang đến cái nhìn toàn diện về địa chỉ IPv4, hướng dẫn cấu hình trên router, cùng với nguyên lý hoạt động của thiết bị quan trọng này.

1. Tổng quan về địa chỉ IPv4

IPv4 là "danh tính" của thiết bị trong mạng, dùng địa chỉ 32-bit, được chia thành 4 octet (mỗi octet 8 bit) được biểu diễn theo dạng dotted decimal (ví dụ: 192.168.1.1). Mỗi địa chỉ gồm 4 số (0-255), chia thành phần mạng (Network) và phần thiết bị (Host), được xác định bởi Subnet Mask như 255.255.255.0 (/24).

Hình 1: Định dạng của IPv4
Địa chỉ IPv4 được chia thành năm lớp (A,B,C,D và E) như sau:

• Lớp A: 1.0.0.0 - 126.255.255.255 (Subnet mask mặc định: 255.0.0.0)
• Lớp B: 128.0.0.0 - 191.255.255.255 (Subnet mask mặc định: 255.255.0.0)
• Lớp C: 192.0.0.0 - 223.255.255.255 (Subnet mask mặc định: 255.255.255.0)
• Lớp D: 224.0.0.0 - 239.255.255.255 (Multicast)
• Lớp E: 240.0.0.0 - 255.255.255.255 (Dành cho nghiên cứu)

Trong địa chỉ IPv4 cũng có những địa chỉ đặc biệt như:

• Địa chỉ Private: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16 (dùng trong mạng nội bộ)
• Địa chỉ Broadcast: 255.255.255.255 (Gửi gói tin đến tất cả thiết bị trong mạng)
• Địa chỉ Loopback: 127.0.0.1 (Kiểm tra kết nối nội bộ)

Đối với thiết bị của Allied Telesis, có thể làm việc với IPv4 như sau:
- Cấu hình địa chỉ IP trên interface
- Cấu hình Default gateway
Ngoài ra, hầu hết các thiết bị của Allied Telesis là switch layer 2 hoặc switch layer 3 nên việc cấu hình ARP (Address Resolution Protocol) là quan trọng khi làm việc với các thiết bị này. Sơ lược về ARP thì đây là giao thức dùng để ánh xạ địa chỉ IP thành địa chỉ MAC trong mạng nội bộ. Khi một thiết bị cần gửi gói tin đến một thiết bị khác trong cùng mạng, nó sử dụng ARP để tìm địa chỉ MAC tương ứng với địa chỉ IP đích.
Trên các thiết bị Allied Telesis (đặc biệt là switch Layer 3), ARP được quản lý chặt chẽ để tối ưu hóa hiệu suất mạng. Một số cơ chế ARP trên Allied Telesis bao gồm:

• Dynamic ARP Entries: Tự động học địa chỉ MAC-IP thông qua các gói tin ARP Request/Reply.
• Static ARP Entries: Cấu hình thủ công để bảo mật, tránh ARP Spoofing.
• ARP Caching: Lưu trữ các ánh xạ IP-MAC để giảm tải lưu lượng broadcast ARP Request.

Ta có một số cấu hình ARP như sau:

2. Tổng quan về hoạt động của Router

Router là một thiết bị hoạt động ở Layer 3 (Network Layer) của mô hình OSI với nhiệm vụ:

• Kết nối các mạng khác nhau (LAN - LAN, LAN - WAN)
• Định tuyến gói tin đến đích dựa trên bảng định tuyến
• Chia nhỏ mạng con bằng kỹ thuật subnetting
• Cung cấp cơ chế bảo mật và quản lý lưu lượng
• Hỗ trợ dịch địa chỉ mạng (NAT) giúp thiết bị trong mạng nội bộ truy cập Internet
• Thực hiện lọc gói tin và kiểm soát truy cập bằng ACL (Access Control List)

Để hoạt động trong hệ thống mạng, mỗi router duy trì một bảng định tuyến chứa thông tin về các mạng đích và cách để đến đó. Có các loại tuyến đường trong bảng định tuyến như sau:

• Directly Connected Routes: Mạng trực tiếp kết nối với router
• Static Routes: Cấu hình thủ công
• Dynamic Routes: Được cập nhật tự động qua giao thức định tuyến (RIP, OSPF, EIGRP, BGP)

Các Router sử dụng các giao thức định tuyến để cập nhật thông tin trong bảng định tuyến, một số thông tin của các giao thức được trình bày như bảng dưới đây.

Hình 2: Mô tả về một số giao thức định tuyến

Kết Luận

IPv4 và Router là hai thành phần cốt lõi trong mạng máy tính. Hiểu về địa chỉ IPv4, cách phân loại, nguyên lý hoạt động của router và cách cấu hình sẽ giúp thiết kế và vận hành hệ thống mạng hiệu quả. Việc nắm vững các kiến thức này cũng là bước đầu quan trọng để chuẩn bị cho các chứng chỉ như CCNA, CCNP hoặc quản trị các thiết bị Allied Telesis, Cisco, Juniper.