Как работают IP-адреса?

Каждому устройству, подключенному к сети, компьютеру, планшету, камере и т. Д., Необходим уникальный идентификатор, чтобы другие устройства знали, как его получить. В мире сетей TCP / IP этим идентификатором является IP-адрес..

Если вы работали с компьютерами какое-то время, вы, вероятно, столкнулись с IP-адресами - теми числовыми последовательностями, которые выглядят примерно как 192.168.0.15. Большую часть времени нам не приходится иметь дело с ними напрямую, поскольку наши устройства и сети позаботятся об этом за кулисами. Когда нам приходится иметь дело с ними, мы часто просто следуем инструкциям о том, какие цифры ставить и где. Но, если вы когда-нибудь хотели углубиться в то, что означают эти цифры, эта статья для вас.

Почему ты должен заботиться? Что ж, понимание того, как работают IP-адреса, жизненно важно, если вы когда-нибудь захотите выяснить, почему ваша сеть работает неправильно или почему конкретное устройство не подключается так, как вы этого ожидаете. И, если вам когда-нибудь понадобится настроить что-то более продвинутое, например, размещение игрового сервера или медиа-сервера, к которому могут подключаться друзья из Интернета, вам нужно будет кое-что узнать об IP-адресации. Плюс, это довольно увлекательно.

Примечание. В этой статье мы расскажем об основах IP-адресации, о том, что люди, которые используют IP-адреса, но никогда не задумывались о них, возможно, захотят узнать. Мы не собираемся рассказывать о некоторых более продвинутых или профессиональных вещах уровня, таких как классы IP, бесклассовая маршрутизация и пользовательские подсети… но мы укажем некоторые источники для дальнейшего чтения по мере продвижения вперед..

Что такое IP-адрес?

IP-адрес однозначно идентифицирует устройство в сети. Вы видели эти адреса раньше; они выглядят как 192.168.1.34.

IP-адрес - это всегда набор из четырех чисел. Каждое число может находиться в диапазоне от 0 до 255. Таким образом, полный диапазон IP-адресов варьируется от 0.0.0.0 до 255.255.255.255..

Причина, по которой каждое число может достигать только 255, состоит в том, что каждое из них на самом деле представляет собой восьмизначное двоичное число (иногда называемое октетом). В октете нулевое число будет 00000000, а 255 будет 11111111, максимальное число, которое может достигнуть октет. Тот IP-адрес, который мы упоминали ранее (192.168.1.34) в двоичном виде, будет выглядеть следующим образом: 11000000.10101000.00000001.00100010.

Компьютеры работают с двоичным форматом, но нам, людям, гораздо проще работать с десятичным форматом. Однако знание того, что адреса на самом деле являются двоичными числами, поможет нам понять, почему некоторые вещи, связанные с IP-адресами, работают так, как они работают..

Не беспокойся! В этой статье мы не будем бросать на вас много двоичных или математических выражений, так что просто потерпите немного дольше.

Две части IP-адреса

IP-адрес устройства фактически состоит из двух отдельных частей:

• Идентификатор сети: Идентификатор сети является частью IP-адреса, начинающегося слева, который идентифицирует конкретную сеть, в которой находится устройство. В типичной домашней сети, где устройство имеет IP-адрес 192.168.1.34, часть адреса 192.168.1 будет идентификатором сети. Это обычное, чтобы заполнить недостающую заключительную часть нулем, поэтому мы можем сказать, что сетевой идентификатор устройства 192.168.1.0.
• Идентификатор хоста: Идентификатор хоста является частью IP-адреса, не занятого идентификатором сети. Он идентифицирует конкретное устройство (в мире TCP / IP мы называем устройства «хостами») в этой сети. Продолжая наш пример IP-адреса 192.168.1.34, идентификатор хоста будет 34-уникальным идентификатором хоста в сети 192.168.1.0..

В вашей домашней сети вы можете увидеть несколько устройств с IP-адресами, такими как 192.168.1.1, 192.168.1.2, 192.168.1 30 и 192.168.1.34. Все это уникальные устройства (с идентификаторами хостов 1, 2, 30 и 34 в данном случае) в одной сети (с идентификатором сети 192.168.1.0).

Чтобы представить все это немного лучше, давайте обратимся к аналогии. Это очень похоже на то, как работают уличные адреса в городе. Возьмите адрес, такой как 2013 Paradise Street. Название улицы аналогично идентификатору сети, а номер дома - идентификатору хоста. В пределах города никакие две улицы не будут названы одинаково, точно так же, как никакие два идентификатора сети в одной и той же сети не будут названы одинаково. На определенной улице каждый номер дома уникален, точно так же как все идентификаторы хоста в пределах определенного идентификатора сети уникальны.

Маска подсети

Итак, как ваше устройство определяет, какая часть IP-адреса является идентификатором сети, а какая - идентификатором хоста? Для этого они используют второй номер, который вы всегда увидите в связи с IP-адресом. Этот номер называется маской подсети.

В большинстве простых сетей (например, в домах или на небольших предприятиях) вы увидите маски подсетей, такие как 255.255.255.0, где все четыре числа - либо 255, либо 0. Положение изменений с 255 до 0 указывает на разделение между идентификатор сети и хоста. 255-ые «маскируют» идентификатор сети из уравнения.

Примечание. Базовые маски подсетей, которые мы здесь описываем, известны как маски подсетей по умолчанию. Вещи становятся более сложными, чем это в больших сетях. Люди часто используют пользовательские маски подсетей (где позиция разрыва между нулями и единицами смещается в пределах октета) для создания нескольких подсетей в одной сети. Это немного выходит за рамки этой статьи, но если вам интересно, у Cisco есть довольно хорошее руководство по подсетям.

Адрес шлюза по умолчанию

В дополнение к самому IP-адресу и соответствующей маске подсети вы также увидите в списке адрес шлюза по умолчанию и информацию об IP-адресации. В зависимости от используемой платформы этот адрес может называться как-то иначе. Иногда его называют «маршрутизатор», «адрес маршрутизатора», «маршрут по умолчанию» или просто «шлюз». Это одно и то же. Это IP-адрес по умолчанию, на который устройство отправляет сетевые данные, когда эти данные предназначены для передачи в другую сеть (с другим идентификатором сети), чем та, на которой включено устройство..

Простейший пример этого можно найти в типичной домашней сети..

Если у вас есть домашняя сеть с несколькими устройствами, скорее всего, у вас есть маршрутизатор, который подключен к Интернету через модем. Этот маршрутизатор может быть отдельным устройством или частью комбинированного устройства модем / маршрутизатор, предоставленного вашим интернет-провайдером. Маршрутизатор находится между компьютерами и устройствами в вашей сети и более общедоступными устройствами в Интернете, передавая (или маршрутизируя) трафик туда и обратно.

Допустим, вы запустили браузер и отправились на www.howtogeek.com. Ваш компьютер отправляет запрос на IP-адрес нашего сайта. Поскольку наши серверы находятся в Интернете, а не в вашей домашней сети, этот трафик отправляется с вашего компьютера на ваш маршрутизатор (шлюз), и ваш маршрутизатор направляет запрос на наш сервер. Сервер отправляет нужную информацию обратно на ваш маршрутизатор, который затем направляет информацию обратно на устройство, которое ее запросило, и вы видите наш сайт, всплывающий в вашем браузере.

Как правило, маршрутизаторы по умолчанию настроены на использование своего частного IP-адреса (своего адреса в локальной сети) в качестве первого идентификатора хоста. Так, например, в домашней сети, которая использует 192.168.1.0 для идентификатора сети, маршрутизатор обычно будет 192.168.1.1. Конечно, как и большинство вещей, вы можете настроить что-то другое, если хотите.

DNS-серверы

Есть еще одна последняя информация, которую вы увидите назначенной вместе с IP-адресом устройства, маской подсети и адресом шлюза по умолчанию: адреса одного или двух серверов DNS по умолчанию. Мы, люди, работаем намного лучше с именами, чем с числовыми адресами. Ввести www.howtogeek.com в адресную строку вашего браузера гораздо проще, чем запомнить и ввести IP-адрес нашего сайта..

DNS работает как телефонная книга, ищет удобочитаемые вещи, такие как имена веб-сайтов, и конвертирует их в IP-адреса. DNS делает это, сохраняя всю эту информацию в системе связанных DNS-серверов через Интернет. Вашим устройствам необходимо знать адреса DNS-серверов, на которые следует отправлять свои запросы..

В типичной небольшой или домашней сети IP-адреса DNS-сервера часто совпадают с адресами шлюза по умолчанию. Устройства отправляют свои DNS-запросы вашему маршрутизатору, который затем перенаправляет запросы на любые DNS-серверы, которые маршрутизатор настроен для использования. По умолчанию это обычно те DNS-серверы, которые предоставляет ваш Интернет-провайдер, но вы можете изменить их на использование других DNS-серверов, если хотите. Иногда вы можете добиться большего успеха, используя DNS-серверы, предоставляемые третьими сторонами, такими как Google или OpenDNS..

В чем разница между IPv4 и IPv6?

Вы также, возможно, заметили, просматривая настройки другого типа IP-адреса, называемого IPv6-адресом. Типы IP-адресов, о которых мы говорили до сих пор, - это адреса, используемые протоколом IP версии 4 (IPv4), разработанным в конце 70-х годов. Они используют 32 двоичных разряда, о которых мы говорили (в четырех октетах), чтобы обеспечить в общей сложности 4,29 миллиарда возможных уникальных адресов. Хотя это звучит как много, все общедоступные адреса давно были назначены для бизнеса. Многие из них не используются, но они назначены и недоступны для общего пользования.

В середине 90-х годов, обеспокоенная потенциальной нехваткой IP-адресов, Инженерная рабочая группа по Интернету (IETF) разработала IPv6. IPv6 использует 128-битный адрес вместо 32-битного адреса IPv4, поэтому общее количество уникальных адресов измеряется в миллиардах - достаточно большом количестве, которое вряд ли когда-либо закончится.

В отличие от точечной десятичной записи, используемой в IPv4, адреса IPv6 выражаются в виде восьми числовых групп, разделенных двоеточиями. Каждая группа имеет четыре шестнадцатеричные цифры, которые представляют 16 двоичных цифр (то есть это называется шестнадцатеричным). Типичный адрес IPv6 может выглядеть примерно так:

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

Дело в том, что нехватка адресов IPv4, которая вызвала все опасения, в конечном итоге была в значительной степени уменьшена за счет более широкого использования частных IP-адресов за маршрутизаторами. Все больше и больше людей создают свои собственные частные сети, используя те частные IP-адреса, которые не предоставляются публично.

Таким образом, даже несмотря на то, что IPv6 по-прежнему является основным игроком, и этот переход по-прежнему будет происходить, он никогда не происходил так полно, как прогнозировалось, по крайней мере пока. Если вы заинтересованы в получении дополнительной информации, ознакомьтесь с этой историей и временной шкалой IPv6..

Как устройство получает свой IP-адрес?

Теперь, когда вы знаете основы работы IP-адресов, давайте сначала поговорим о том, как устройства получают свои IP-адреса. На самом деле существует два типа назначений IP: динамический и статический..

Динамический IP-адрес назначается автоматически при подключении устройства к сети. Подавляющее большинство сетей сегодня (включая вашу домашнюю сеть) используют так называемый протокол динамической конфигурации хоста (DHCP), чтобы это произошло. DHCP встроен в ваш роутер. Когда устройство подключается к сети, оно отправляет широковещательное сообщение с запросом IP-адреса. DHCP перехватывает это сообщение, а затем назначает IP-адрес этому устройству из пула доступных IP-адресов..

Для этой цели существуют определенные диапазоны частных IP-адресов. То, что используется, зависит от того, кто сделал ваш роутер, или от того, как вы его настроили. Эти частные диапазоны IP-адресов включают в себя:

• 10.0.0.0 - 10.255.255.255: Если вы являетесь клиентом Comcast / Xfinity, маршрутизатор, предоставленный вашим провайдером, назначает адреса в этом диапазоне. Некоторые другие интернет-провайдеры также используют эти адреса на своих маршрутизаторах, как и Apple на своих маршрутизаторах AirPort..
• 192.168.0.0 - 192.168.255.255: Большинство коммерческих маршрутизаторов настроены на назначение IP-адресов в этом диапазоне. Например, большинство маршрутизаторов Linksys используют сеть 192.168.1.0, а D-Link и Netgear - диапазон 198.168.0.0.
• 172.16.0.0 - 172.16.255.255: Этот диапазон редко используется коммерческими поставщиками по умолчанию.
• 169.254.0.0 - 169.254.255.255: Это специальный диапазон, используемый протоколом с названием Автоматическая частная IP-адресация. Если ваш компьютер (или другое устройство) настроен на автоматическое получение своего IP-адреса, но не может найти DHCP-сервер, он назначает себе адрес в этом диапазоне. Если вы видите один из этих адресов, он сообщает, что ваше устройство не может связаться с DHCP-сервером, когда пришло время получить IP-адрес, и у вас могут быть проблемы с сетью или проблемы с вашим маршрутизатором.

Дело в том, что динамические адреса иногда меняются. DHCP-серверы сдают в аренду IP-адреса устройствам, и когда срок аренды истекает, устройства должны возобновлять аренду. Иногда устройства получают другой IP-адрес из пула адресов, которые сервер может назначить.

В большинстве случаев это не имеет большого значения, и все будет «просто работать». Однако иногда вам может потребоваться присвоить устройству IP-адрес, который не изменяется. Например, возможно, у вас есть устройство, к которому вам нужно получить доступ вручную, и вам легче запомнить IP-адрес, чем имя. Или, может быть, у вас есть определенные приложения, которые могут подключаться только к сетевым устройствам, используя их IP-адрес.

В этих случаях вы можете назначить статический IP-адрес этим устройствам. Есть несколько способов сделать это. Вы можете вручную настроить устройство со статическим IP-адресом, хотя иногда это может быть затруднительным. Другое, более элегантное решение - настроить маршрутизатор для назначения статических IP-адресов определенным устройствам во время того, что обычно будет динамическим назначением DHCP-сервером. Таким образом, IP-адрес никогда не меняется, но вы не прерываете процесс DHCP, который обеспечивает бесперебойную работу..