Як працюють IP-адреси?

Кожен пристрій, підключений до мережевого комп'ютера, планшета, камери, незалежно від нього, потребує унікального ідентифікатора, щоб інші пристрої знали, як його досягти. У світі мереж TCP / IP цей ідентифікатор є адресою Інтернет-протоколу (IP).

Якщо ви працювали з комп'ютерами протягом будь-якого періоду часу, ви, ймовірно, піддавалися IP-адресам - числовим послідовностям, які виглядають приблизно як 192.168.0.15. У більшості випадків нам не доводиться мати справу з ними безпосередньо, оскільки наші пристрої та мережі опікуються цим матеріалом. Коли нам доводиться мати справу з ними, ми часто просто дотримуємося вказівок про те, які цифри ставлять де. Але, якщо ви коли-небудь хотіли поринути трохи глибше, що означають ці цифри, ця стаття для вас.

Чому ви піклуєтеся? Розуміння того, як працює IP-адреса, є життєво важливим, якщо ви хочете вирішити, чому ваша мережа не працює належним чином, або чому певний пристрій не підключається так, як ви очікуєте. І, якщо вам коли-небудь знадобиться створити щось більш просунуте, наприклад, хостинг ігрового сервера або медіа-сервера, до якого можуть підключатися друзі з Інтернету, потрібно знати щось про IP-адресацію. Плюс, це різновид fascinating.

Примітка: Ми будемо охоплювати основи IP-адресації в цій статті, таке, що люди, які використовують IP-адреси, але ніколи не думали про них, могли б знати. Ми не збираємося охоплювати деякі більш просунуті або професійні продукти, такі як IP-класи, безкласові маршрутизації та користувальницькі підмережі… але ми будемо вказувати на деякі джерела для подальшого читання.

Що таке IP-адреса?

IP-адреса однозначно ідентифікує пристрій у мережі. Ви бачили ці адреси раніше; вони виглядають приблизно як 192.168.1.34.

IP-адреса завжди є набором з чотирьох чисел. Кожен номер може варіюватися від 0 до 255. Таким чином, повний діапазон IP-адрес переходить від 0.0.0.0 до 255.255.255.255.

Причина, за якою кожен номер може досягати лише 255, полягає в тому, що кожен з чисел дійсно є восьмизначним двійковим числом (іноді його називають октетом). У октеті число нуль буде 00000000, тоді як число 255 буде 11111111, максимальне число, яке може досягти октет. Ця IP-адреса, про яку ми згадували раніше (192.168.1.34) у двійковій формі, виглядатиме так: 11000000.10101000.00000001.00100010.

Комп'ютери працюють з двійковим форматом, але нам набагато легше працювати з десятковим форматом. Тим не менш, знання того, що адреси насправді є двійковими номерами, допоможуть нам зрозуміти, чому деякі речі навколо IP-адрес працюють так, як це роблять.

Не хвилюйтеся, хоча! Ми не збираємося кидати багато двійкових або математичних на вас в цій статті, так що просто нести з нами трохи довше.

Дві частини IP-адреси

IP-адреса пристрою фактично складається з двох окремих частин:

• Ідентифікатор мережі: Ідентифікатор мережі - це частина IP-адреси, що починається зліва, що ідентифікує певну мережу, на якій знаходиться пристрій. У типовій домашній мережі, де пристрій має IP-адресу 192.168.1.34, частина адреси 192.168.1 буде ідентифікатором мережі. Це звичайно заповнювати відсутню кінцеву частину нулем, тож можна сказати, що ідентифікатор мережі пристрою 192.168.1.0.
• Ідентифікатор хоста: Ідентифікатор хоста - це частина IP-адреси, яка не використовується ідентифікатором мережі. Вона ідентифікує певний пристрій (у світі TCP / IP, який ми називаємо пристроями "хости") у цій мережі. Продовжуючи наш приклад IP-адреси 192.168.1.34, ідентифікатор хоста буде 34-ємним ідентифікатором хоста в мережі 192.168.1.0.

Потім у вашій домашній мережі можуть відображатися кілька пристроїв з IP-адресою, наприклад 192.168.1.1, 192.168.1.2, 192.168.1 30 і 192.168.1.34. Все це унікальні пристрої (з ідентифікаторами хостів 1, 2, 30 і 34 у цьому випадку) в одній мережі (з ідентифікатором мережі 192.168.1.0).

Щоб все це трохи покращити, звернемося до аналогії. Це дуже схоже на те, як вулиці працюють у місті. Візьміть адресу, як 2013 Paradise Street. Назва вулиці подібна до ідентифікатора мережі, а номер будинку - як ідентифікатор хоста. У межах міста не буде називатися жодної дві вулиці, так само, як дві імена мереж в одній мережі не будуть називатися однаковими. На певній вулиці кожен номер будинку є унікальним, так само, як усі ідентифікатори хоста в межах певного ідентифікатора мережі є унікальними.

Маска підмережі

Отже, як ваш пристрій визначає, яка частина IP-адреси - це ідентифікатор мережі та яка частина ідентифікатора хоста? Для цього вони використовують друге число, яке ви завжди побачите у зв'язку з IP-адресою. Це число називається маскою підмережі.

У більшості простих мереж (наприклад, у будинках або малих підприємствах) ви побачите маски підмережі, як 255.255.255.0, де всі чотири номери є 255 або 0. Положення змін від 255 до 0 вказує на поділ між ідентифікатор мережі та хоста. 255s "маскують" ідентифікатор мережі з рівняння.

Примітка: Основні маски підмережі, які ми тут описуємо, відомі як маски підмережі за замовчуванням. Речі стають складнішими, ніж на великих мережах. Люди часто використовують користувацькі маски підмережі (де положення розриву між нулями і одиницями зміщується в межах октету) для створення декількох підмереж в одній мережі. Це трохи виходить за рамки цієї статті, але якщо ви зацікавлені, Cisco має досить хороший довідник з підмереж.

Адреса шлюзу за замовчуванням

На додаток до самої IP-адреси та асоційованої маски підмережі, ви також побачите адресу шлюзу за замовчуванням разом з інформацією про IP-адресацію. Залежно від платформи, яку ви використовуєте, цю адресу можна назвати чимось іншим. Його іноді називають «маршрутизатором», «адресою маршрутизатора», «маршрутом за замовчуванням», або просто «шлюзом». Це все те ж саме. Це типова IP-адреса, до якої пристрій посилає дані мережі, коли ці дані призначені для переходу до іншої мережі (одна з іншим ідентифікатором мережі), ніж у пристрої.

Найпростіший приклад цього можна знайти у типовій домашній мережі.

Якщо у вас є домашня мережа з кількома пристроями, швидше за все, є маршрутизатор, підключений до Інтернету через модем. Цей маршрутизатор може бути окремим пристроєм, або може бути частиною комбо-модуля / маршрутизатора, що постачається вашим інтернет-провайдером. Маршрутизатор розташований між комп'ютерами та пристроями у вашій мережі та більш відкритими пристроями в Інтернеті, передаючи (або маршрутизуючи) трафік вперед і назад.

Скажімо, ви запустіть браузер і відправляєтеся в www.howtogeek.com. Ваш комп'ютер надсилає запит на IP-адресу нашого сайту. Оскільки наші сервери знаходяться в Інтернеті, а не у вашій домашній мережі, трафік надсилається з вашого комп'ютера на маршрутизатор (шлюз), і ваш маршрутизатор пересилає запит на наш сервер. Сервер відправляє потрібну інформацію назад до маршрутизатора, який потім передає інформацію назад до пристрою, який його запитував, і ви бачите, що наш сайт з'являється у вашому веб-переглядачі..

Як правило, маршрутизатори за замовчуванням налаштовані на те, що їхня приватна IP-адреса (їхня адреса в локальній мережі) є першим ідентифікатором хоста. Так, наприклад, у домашній мережі, яка використовує 192.168.1.0 для ідентифікації мережі, маршрутизатор, як правило, буде 192.168.1.1. Звичайно, як і більшість речей, ви можете налаштувати це на щось інше, якщо хочете.

DNS-сервери

Існує одна остання інформація, яку ви побачите разом з IP-адресою пристрою, маскою підмережі та адресою шлюзу за промовчанням: адреси одного або двох серверів DNS (Default Domain System System). Ми, люди, працюємо набагато краще з іменами, ніж числовими адресами. Введення www.howtogeek.com у адресний рядок веб-переглядача набагато простіше, ніж запам'ятовування та введення IP-адреси нашого сайту.

DNS начебто нагадує телефонну книгу, шукає зручні для людини речі, такі як імена веб-сайтів, і перетворює їх на IP-адреси. DNS робить це, зберігаючи всю цю інформацію в системі пов'язаних DNS-серверів через Інтернет. Ваші пристрої повинні знати адреси DNS-серверів, на які надсилати свої запити.

У типовій малій або домашній мережі, IP-адреси DNS-сервера часто збігаються з адресою шлюзу за замовчуванням. Пристрої надсилають свої DNS-запити до вашого маршрутизатора, який потім пересилає запити на будь-які DNS-сервери, які маршрутизатор налаштовано для використання. За замовчуванням вони зазвичай мають будь-які DNS-сервери, які надає ваш провайдер, але ви можете змінити їх, щоб використовувати різні DNS-сервери, якщо хочете. Іноді, можливо, краще досягти успіху за допомогою серверів DNS, наданих третіми особами, наприклад, Google або OpenDNS.

У чому різниця між IPv4 і IPv6?

Ви також могли помітити, під час перегляду через налаштування інший тип IP-адреси, який називається адресою IPv6. Типи IP-адрес, про які ми говорили до цих пір, є адресами, що використовуються IP версією 4 (IPv4) - протокол, розроблений наприкінці 70-х років. Вони використовують 32 двійкові біти, про які ми говорили (в чотирьох октетах), щоб забезпечити в цілому 4,29 мільярда можливих унікальних адрес. Хоча це звучить як багато, всі публічно доступні адреси були давно призначені для бізнесу. Багато з них не використовуються, але вони призначені і недоступні для загального користування.

У середині 90-х років, стурбовані потенційним дефіцитом IP-адрес, інтернет-інженерна робоча група (IETF) розробила IPv6. IPv6 використовує 128-бітну адресу замість 32-розрядного адреси IPv4, тому загальна кількість унікальних адрес вимірюється в undecillions-число досить велике, що це навряд чи коли-небудь закінчиться.

На відміну від пунктирного десяткового позначення, що використовується в IPv4, адреси IPv6 виражаються у восьми групах чисел, розділених двокрапками. Кожна група має чотири шістнадцяткові цифри, що представляють 16 двійкових розрядів (так, це називається хексетом). Типова адреса IPv6 може виглядати приблизно так:

2601: 7c1: 100: ef69: b5ed: ed57: dbc0: 2c1e

Справа в тому, що дефіцит IPv4-адрес, які викликали всю турботу, закінчилися значною мірою завдяки збільшенню використання приватних IP-адрес за маршрутизаторами. Все більше людей створювали свої власні приватні мережі, використовуючи ті приватні IP-адреси, які не публікуються.

Таким чином, незважаючи на те, що IPv6 все ще є головним гравцем і що перехід буде ще відбуватися, це ніколи не відбувалося так повно, як передбачалося - принаймні ще. Якщо ви хочете дізнатися більше, ознайомтеся з цією історією та тимчасовою шкалою IPv6.

Як пристрій отримує свою IP-адресу?

Тепер, коли ви знаєте основи роботи IP-адрес, давайте поговоримо про те, як пристрої отримують свої IP-адреси в першу чергу. Існують два типи призначень IP: динамічний і статичний.

Динамічна IP-адреса призначається автоматично, коли пристрій підключається до мережі. Переважна більшість мереж сьогодні (включаючи вашу домашню мережу) використовують те, що називається протоколом Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), щоб зробити це. DHCP вбудований у ваш маршрутизатор. Коли пристрій з'єднується з мережею, він надсилає широкомовне повідомлення з запитом на IP-адресу. DHCP перехоплює це повідомлення, а потім призначає IP-адресу цьому пристрою з пулу доступних IP-адрес.

Існують певні приватні діапазони IP-адрес, які маршрутизатори використовуватимуть для цієї мети. Що використовується, залежить від того, хто зробив ваш маршрутизатор, або як ви самі налаштували. Ці приватні діапазони IP включають:

• 10.0.0.0 - 10.255.255.255: Якщо ви є клієнтом Comcast / Xfinity, маршрутизатор, наданий вашим провайдером, призначає адреси в цьому діапазоні. Деякі інші провайдери також використовують ці адреси на своїх маршрутизаторах, так само як і Apple на своїх маршрутизаторах AirPort.
• 192.168.0.0 - 192.168.255.255: Більшість комерційних маршрутизаторів налаштовано для призначення IP-адрес у цьому діапазоні. Наприклад, більшість маршрутизаторів Linksys використовують мережу 192.168.1.0, а D-Link і Netgear використовують діапазон 198.168.0.0
• 172.16.0.0 - 172.16.255.255: Цей діапазон зазвичай використовується рідко будь-якими комерційними постачальниками.
• 169.254.0.0 - 169.254.255.255: Це спеціальний діапазон, який використовується протоколом Автоматична приватна адресація IP. Якщо ваш комп'ютер (або інший пристрій) налаштовано на автоматичне отримання IP-адреси, але не може знайти сервер DHCP, він призначає собі адресу в цьому діапазоні. Якщо ви бачите одну з цих адрес, вона повідомляє, що ваш пристрій не може дістатися до сервера DHCP, коли прийшов час отримати IP-адресу, і у вас може виникнути проблема з мережею або проблеми з маршрутизатором.

Що стосується динамічних адрес, це те, що вони іноді можуть змінюватися. DHCP-сервери орендують IP-адреси пристроям, і коли ці договори оренди, пристрої повинні поновити оренду. Іноді пристрої отримують іншу IP-адресу з пулу адрес, які може призначити сервер.

У більшості випадків це не велика справа, і все буде «просто працювати». Іноді, однак, ви можете надати пристрою IP-адресу, яка не змінюється. Наприклад, можливо, у вас є пристрій, який потрібно отримати вручну, і вам буде легше запам'ятати IP-адресу, ніж ім'я. Або, можливо, у вас є певні програми, які можуть підключатися лише до мережних пристроїв, використовуючи їх IP-адресу.

У цих випадках для цих пристроїв можна призначити статичну IP-адресу. Є кілька способів зробити це. Можна вручну самостійно налаштувати пристрій зі статичною IP-адресою, хоча іноді це може бути джані. Іншим, більш елегантним рішенням є налаштування маршрутизатора для присвоєння статичних IP-адрес певним пристроям під час звичайно динамічного призначення сервером DHCP. Таким чином, IP-адреса ніколи не змінюється, але ви не перериваєте процес DHCP, який утримує все, що працює гладко.