Hiểu biết về Public IP và Private IP trong Mạng máy tính
Tổng quan về IPv4 và nhu cầu NAT
Trong công nghệ mạng, địa chỉ IPv4 có kích thước 32 bits, tương đương với khoảng 4.2 tỷ địa chỉ khả dụng. Tuy nhiên, với sự bùng nổ của công nghệ và kết nối Internet, số lượng địa chỉ này không đủ để đáp ứng nhu cầu của tất cả các thiết bị trên toàn cầu. Việc chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6 đang diễn ra, nhưng quy trình này kéo dài và phức tạp. Do đó, để mở rộng không gian địa chỉ IPv4, giải pháp NAT (Network Address Translation) đã ra đời.
Giải pháp của NAT cho vấn đề thiếu địa chỉ IP
NAT cho phép các tổ chức sử dụng một hoặc một số địa chỉ IP công cộng (Public IP) để giao tiếp với Internet, trong khi vẫn duy trì một hệ thống địa chỉ IP riêng (Private IP) cho các thiết bị trong mạng nội bộ. Phương pháp này giúp tiết kiệm và tối ưu hóa việc sử dụng địa chỉ IP công cộng.
Bộ Địa chỉ IP Riêng (Private IP)
Các dãy địa chỉ IP riêng có thể tái sử dụng cho nhiều thiết bị khác nhau trong mạng nội bộ:
- 10.0.0.0/8: Từ 10.0.0.0 đến 10.255.255.255
- 172.16.0.0/12: Từ 172.16.0.0 đến 172.31.255.255
- 192.168.0.0/16: Từ 192.168.0.0 đến 192.168.255.255
Địa chỉ IP công cộng là duy nhất và được sử dụng để tương tác với Internet, trong khi địa chỉ IP riêng có thể được sử dụng lại không giới hạn trong các mạng riêng.
Minh họa về NAT
Để dễ hiểu hơn về cách NAT hoạt động, hãy tưởng tượng một khu phố với nhiều ngôi nhà:
- Khu phố: Đại diện cho mạng Internet toàn cầu.
- Ngôi nhà: Đại diện cho một mạng nội bộ, với địa chỉ ngôi nhà là Public IP.
- Các phòng trong ngôi nhà: Đại diện cho các thiết bị bên trong mạng, mỗi thiết bị sẽ có một địa chỉ riêng là Private IP.
Ví dụ, các ngôi nhà (mạng nội bộ) khác nhau có thể có các phòng giống nhau như phòng khách, nhà bếp (địa chỉ IP riêng tư giống nhau), nhưng sẽ không xung đột vì mỗi ngôi nhà có một Public IP duy nhất.
Cơ chế hoạt động của NAT
1. Giao tiếp từ mạng nội bộ ra bên ngoài (Outbound Traffic)
Khi một thiết bị trong mạng nội bộ muốn gửi dữ liệu ra Internet, router NAT sẽ thay đổi địa chỉ từ địa chỉ phòng (Private IP) thành địa chỉ ngôi nhà (Public IP). Ví dụ, dữ liệu từ một thiết bị với IP 192.168.1.2 sẽ được gửi với địa chỉ là 203.0.113.1.
2. Giao tiếp từ bên ngoài vào mạng nội bộ (Inbound Traffic)
Khi dữ liệu từ bên ngoài đến địa chỉ công cộng của ngôi nhà (Public IP), router NAT sẽ chuyển tiếp dữ liệu đến đúng thiết bị bên trong dựa trên địa chỉ IP nội bộ. Ví dụ, dữ liệu gửi đến 203.0.113.1 sẽ được chuyển đến địa chỉ 192.168.1.2.
3. Tái sử dụng địa chỉ IP riêng
NAT cho phép tái sử dụng địa chỉ IP riêng trong nhiều ngôi nhà khác nhau mà không gây ra xung đột vì mỗi ngôi nhà đều có một Public IP khác nhau. Ví dụ, một ngôi nhà khác với Public IP 203.0.113.2 cũng có thể có phòng khách với Private IP 192.168.1.2 giống như ngôi nhà đầu tiên.
Kết luận
NAT đóng vai trò quan trọng trong việc mở rộng không gian địa chỉ IPv4 và giúp duy trì hoạt động của mạng Internet toàn cầu trong bối cảnh chuyển đổi sang IPv6. Việc hiểu rõ về NAT giúp cho các quản trị viên mạng có thể tối ưu hóa việc sử dụng địa chỉ IP và cải thiện hiệu suất của mạng.
source: viblo
