Lịch sử không gian địa chỉ Internet

Trong bài viết Subnet mask – Ác mộng đời tôi, mình có đề cập đến việc mình đã mất 5 năm để hiểu được bản chất của subnet mask, một phần do không có cái nhìn về lịch sử không gian địa chỉ internet. Do đó trong phần này mình sẽ đề cập đến vấn đề này. Hi vọng sau 2 phần, subnet mask mãi mãi là một khái niệm dễ hiểu với người học.

Hệ thống quản lý không gian địa chỉ Internet hiện tại liên quan đến RIRs (Regional Internet Registries – Cơ quan đăng ký Internet). Các RIRs cùng chia sẻ trách nhiệm toàn cầu do IANA ủy quyền cho họ (IANA Internet Assigned Numbers Authority – Cơ quan cấp số hiệu Internet).

Người ta chia thành 5 RIRs tương ứng với 5 khu vực địa lý. Đối với khu vực Châu Á Thái Bình Dương (Asia Pacific) thì RIRs có tên là APNIC, trụ sở đặt tại Úc với hơn 18000 thành viên. Hiện Việt Nam có 2 thành viên của APNIC là:

Ban đầu, cơ cấu tổ chức khá đơn giản với chỉ một cơ quan quản lý duy nhất có tên là Jon Postel – tên nhà đồng phát minh ra Internet người Mỹ. Cơ cấu tổ chức này mang nhiều nhược điểm và mất hơn 10 năm để phát triển thành cơ cấu tổ chức như ngày nay với IANA, RIRs, và các thành viên của RIRs. Các thành viên của RIRs đến từ các quốc gia và vùng lãnh thổ.

Bước tiến về cơ cấu tổ chức này không đơn giản chỉ là kết quả của sự phát triển của Internet và nhu cầu tự nhiên, mà nó đã đi cùng với với sự phát triển của các giao thức internet, kiến trúc định tuyến và địa chỉ IP.

Trong một thời gian tương đối ngắn, hệ thống RIRs đã phát triển mạnh mẽ, hoạt động ổn định để quản lý địa chỉ Internet. Nó được duy trì thông qua các hoạt động tự quản lý được thiết lập tốt ở tất cả những nơi khác nhau trên Internet và các ngành công nghiệp khác, đồng thời nó duy trì tính hợp pháp và phù hợp bằng cách tuân thủ chặt chẽ các quy trình công khai, minh bạch.

Trước khi có RIRs

Kiến trúc IP về cơ bản là việc đóng gói, vận chuyển gói tin IP đi đến đích thông qua cách đánh và phân bổ địa chỉ IP. Việc đánh và phân bổ địa chỉ IP như thế nào để vừa đáp ứng được tính khoa học lẫn tính thực tiễn là một bài toán lớn. Để giải được bài toán này, các nhà khoa học và kỹ sư đã mất rất nhiều thời gian thử nghiệm, nâng cấp cùng với sự phát triển rất nhanh về quy mô của internet.

Ban đầu, địa chỉ IP dài 32 bit, 8 bit đầu được quy định là phần net (phần mạng), 24 bit sau là phần host. Cách đánh địa chỉ này được sử dụng cho đến 6/1978 trước khi có một đề xuất táo bạo. Clark và Cohen là 2 người đầu tiên nhận thấy nhược điểm của cách đánh địa chỉ này bởi nó chỉ giới hạn trong 256 mạng, sẽ không đáp ứng được xu hướng tương lai có rất nhiều mạng nhỏ tham gia vào. 256 chắc chắn là không đủ và cần được thay đổi.

Tuy nhiên cũng phải đến năm 1981, trong RFC 790 do Jon Postel chỉnh sửa thì kiến trúc địa chỉ IP mới cho phép nhiều mạng con kết nối vào hơn. Ý tưởng chính của sự chính sửa này là phân lớp địa chỉ IP thành các lớp A,B,C. Tuy nhiên kiến trúc lớp địa chỉ A,B,C cũng có nhược điểm là đối với các địa chỉ mạng lớp C chỉ dùng được 254 host. Mỗi địa chỉ lớp B dùng được hơn 65.000 địa chỉ host. Trong khi thực tế thì mỗi mạng ít khi dùng nhiều hơn 1000 host. Nếu dùng lớp C thì thiếu mà lớp B lại quá thừa.

Để giải quyết vấn đề này, vào năm 1984 “chia mạng con” (subnetting) được phát minh và được mô tả trong RFC 791. Subnetting về bản chất là cho phép các công ty/tổ chức chia nhỏ dải mạng được cấp phát của mình ra thành các mạng con nhỏ hơn. Ví dụ nếu công ty X được cấp một địa chỉ mạng lớp B với hơn 65.000 host. Công ty X có thể chia nhỏ nó ra thành 62 mạng con, mỗi mạng 1022 host. Như vậy sẽ giải quyết được vấn đề lãng phí không gian địa chỉ trên một mạng lớn như lớp B.

Trong vòng 8 năm (1984-1992), internet tiếp tục phát triển mạnh mẽ và không gian mạng trở nên chật chột và không còn đủ chỗ nữa. Tại sao nó lại không đủ chỗ, bởi đơn giản các tổ chức và công ty khi kết nối vào internet sẽ được cấp địa chỉ mạng mạng lớp A,B,C. Lớp C sẽ dành cho các công ty nhỏ, và lớp B dành cho các công ty lớn hơn. Nhưng thực tế ít có công ty nào sử dụng hết một địa chỉ lớp B với hơn 65.000 host. Việc cạn kiệt địa chỉ lớp B và C chỉ còn là vấn đề thời gian. RFC1338 đã nêu ra vấn đề này và đề xuất bỏ việc phân lớp A,B,C mà thay vào đó là Supernetting.

Suppernetting là giải pháp phân bổ theo thứ bậc việc gán địa chỉ IP trong tương lai, bằng cách giao quyền kiểm soát các phân đoạn của không gian địa chỉ IP cho các nhà cung cấp dịch vụ (ISP).

Với Suppernetting, nếu trước đây công ty X được cấp phát một địa chỉ mạng lớp B thì đồng nghĩa với công ty này sẽ được sở hữu không gian với hơn 65.000 host, dù thực tế công ty X không sử dụng hết số host này. Nhưng với Supernetting, các lớp A,B,C sẽ bị làm phẳng, nghĩa là chúng không còn ý nghĩa tương ứng với địa chỉ host nữa. A,B,C là như nhau. Không gian địa chỉ host được quy định bởi một khái niệm khác có tên là “mặt nạ mạng con” (subnetmask). Độ lớn của subnetmask mới quyết định mạng có bao nhiêu host. Việc phân bổ và kiểm soát các phân đoạn không gian địa chỉ IP được giao cho các nhà cung cấp dịch vụ.

CIDR

Năm 1993, kỹ thuật supernetting chính thức được công bố như một tiêu chuẩn RFC dưới tên Classless Inter-Domain Routing (CIDR), và nó được sử dụng cho đến ngày nay. Hai thành phần chính của CIDR là: thay đổi cách định tuyến và cách phân bổ địa chỉ IP.

Theo CIDR, các router không còn có thể xác định phần mạng của một địa chỉ từ chính địa chỉ đó. Điều này có thể lạ lẫm đối với các kỹ sư mạng ngày nay, nhưng ở thời điểm 1993 thì với kiến trúc IP phân lớp A,B,C thì mỗi địa chỉ IP đã bao hàm cả phần mạng ở trong đó. Nghĩa là khi nhìn vào địa chỉ IP, các kỹ sư mạng hoàn toàn xác định được phần net của nó. Với CIDR, các router sẽ phải học phần mạng nhờ các giao thức định tuyến như BGP3, BGP4. Các tiền tố (prefix) cũng không còn bị giới hạn nữa.

Ngoài những thay đổi về kỹ thuật, CIDR còn thúc đẩy sử thay đổi về các thủ tục hành chính trong việc phân bổ và chỉ định không gian địa chỉ IP. Nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối không gian địa chỉ. Với CIDR, các ISP có thể tự phân bổ, chia nhỏ không gian mạng của họ cho khách hàng theo nhu cầu thực tế mà không để lãng phí không gian địa chỉ.

Sự xuất hiện của RIRs

Cùng với sự phát triển của Internet, thì xu thế toàn cầu hóa, hội nhập hóa giữa các quốc gia ngày càng gia tăng mạnh mẽ. Internet ban đầu được xây dựng cho một mạng nội bộ của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, thì giờ đây đã là tài sản chung của nhân loại. Việc quản lý, phân bổ không gian internet trở thành là một vấn đề toàn cầu, đòi hỏi cấp thiết là một cơ cấu tổ chức bình đẳng, an toàn và hiệu quả.

RFC 2050, được xuất bản vào tháng 11 năm 1996, đánh dấu sự ra đời của RIRs và là đại diện cho sự hợp tác của cộng đồng Internet toàn cầu. IANA vẫn giữ trách nhiệm với toàn bộ không gian địa chỉ, nhưng bên dưới IANA sẽ có các RIRs với sự đồng thuận của cộng đồng internet khu vực địa lý tương ứng. Ví dụ đối với khu vực Châu Á Thái Bình Dương, RIRs là APNIC sẽ đại diện cho cộng đồng internet của tất cả các nước, tổ chức trong khu vực.

3 mục tiêu chính của RIRs là:

  • Bảo toàn (conservation): Đảm bảo sử dụng hiệu quả không gian (hữu hạn) địa chỉ Internet và tránh những bất ổn, tác động từ thị trường cũng như các hình thức tích trữ, thao túng không gian địa chỉ internet.
  • Tổng hợp (aggregation): Để hỗ trợ duy trì các bảng định tuyến Internet ở kích thước có thể quản lý được, bằng cách hỗ trợ các kỹ thuật CIDR để đảm bảo sự ổn định hoạt động liên tục của Internet.
  • Đăng ký (registration): Để cung cấp một cơ quan đăng ký công khai tài liệu phân bổ và gán không gian địa chỉ, cần thiết để đảm bảo tính duy nhất và cung cấp thông tin cho việc xử lý sự cố Internet ở mọi cấp độ.

Với sự phát triển về mặt công nghệ như hiện nay, như mạng 5G & 6G và các thiết bị internet vệ tinh, thì vai trò, chính sách hoạt động của RIRs cũng đặt trước những thách thức mới. Thậm chí có thể sẽ có những RIRs mới ra đời để phù hợp với tình hình bối cảnh mới.

Tham khảo

[1] Bài viết History of the Internet trên trang apnic.net

[2] Các RFC trên trang ietf.org

[3] Và một số thông tin từ WikiPedia

Leave a Comment