Как работают IP-адреса?

2024 Автор: Geoffrey Carr | [email protected]. Последнее изменение: 2023-12-17 10:57

Каждому устройству, подключенному к сетевому компьютеру, планшету, камере и тому подобному, нужен уникальный идентификатор, чтобы другие устройства знали, как его достичь. В мире сетей TCP / IP этот идентификатор является IP-адресом.

Если вы работали с компьютерами какое-то время, вы, вероятно, были подвержены IP-адресам - эти числовые последовательности, которые выглядят примерно как 192.168.0.15. В большинстве случаев нам не нужно 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 положить туда. Но, если вы когда-либо хотели погрузиться немного глубже в то, что означают эти цифры, эта статья для вас.

Зачем вам это нужно? Ну, понимание того, как работают IP-адреса, жизненно важно, если вы когда-нибудь захотите устранить неполадки, почему ваша сеть работает неправильно или почему конкретное устройство не связывает то, как вы ожидаете. И если вам когда-либо понадобится создать нечто более продвинутое, как хостинг игрового сервера или медиа-сервера, к которому могут подключаться друзья из Интернета, вам нужно знать что-то о IP-адресации. Плюс, это как-то увлекательно.

Примечание. В этой статье мы расскажем об основах IP-адресации, о том, что люди, которые используют IP-адреса, но никогда не думали о них, могли бы захотеть узнать. Мы не собираемся освещать некоторые из более продвинутых или профессиональных уровней, таких как классы IP, бесклассовая маршрутизация и пользовательская подсеть … но мы укажем на некоторые источники для дальнейшего чтения по мере продвижения.

Что такое IP-адрес?

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

IP-адрес всегда представляет собой набор из четырех таких чисел. Каждый номер может находиться в диапазоне от 0 до 255. Таким образом, полный диапазон IP-адресов составляет от 0.0.0 до 255.255.255.255.

Причина, по которой каждый номер может достигать 255, состоит в том, что каждое из чисел действительно представляет собой восьмизначное двоичное число (иногда называемое октетом). В октете число ноль будет 00000000, а число 255 будет 11111111, максимальное число, которое может достигнуть октет. Этот IP-адрес, упомянутый выше (192.168.1.34) в двоичном формате, будет выглядеть так: 11000000.10101000.00000001.00100010.

Компьютеры работают с двоичным форматом, но мы, люди, гораздо проще работать с десятичным форматом. Тем не менее, зная, что адреса фактически являются двоичными числами, мы сможем понять, почему некоторые вещи, связанные с IP-адресами, работают так, как они делают.

Не волнуйся, хотя! Мы не собираемся бросать много бинарных или математических на вас в этой статье, так что просто медведь с нами немного дольше.

Две части IP-адреса

IP-адрес устройства состоит из двух отдельных частей:

Идентификатор сети: Идентификатор сети является частью IP-адреса, начинающегося слева, который идентифицирует конкретную сеть, на которой находится устройство. В обычной домашней сети, где устройство имеет IP-адрес 192.168.1.34, 192.168.1 часть адреса будет идентификатором сети. Пользовательский заполнить недостающую конечную часть нулем, поэтому мы можем сказать, что сетевой идентификатор устройства - 192.168.1.0.
Идентификатор узла: Идентификатор хоста - это часть IP-адреса, не занятого сетевым идентификатором. Он идентифицирует конкретное устройство (в мире TCP / IP, мы вызываем устройства «хосты») в этой сети. Продолжая наш пример IP-адреса 192.168.1.34, идентификатор хоста будет 34 - уникальный идентификатор хоста в сети 192.168.1.0.

В вашей домашней сети вы можете увидеть несколько устройств с IP-адресом, например 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 этом случае) в той же сети (с идентификатором сети 192.168.1.0).

Чтобы представить все это немного лучше, давайте обратимся к аналогии. Это очень похоже на то, как уличные адреса работают в городе. Возьмите адрес, как 2013 Paradise Street. Название улицы похоже на идентификатор сети, а номер дома похож на идентификатор хоста. Внутри города никакие две улицы не будут называться одинаковыми, так же как ни один идентификатор сети в одной сети не будет назван одинаковым. На определенной улице каждый номер дома уникален, так же как все iD хоста в определенном сетевом идентификаторе уникальны.

Маска подсети

Итак, как ваше устройство определяет, какая часть IP-адреса является идентификатором сети и какая часть идентификатора хоста? Для этого они используют второе число, которое вы всегда увидите в связи с IP-адресом. Это число называется маской подсети.

В большинстве простых сетей (например, в домах или малом бизнесе) вы увидите маски подсети, такие как 255.255.255.0, где все четыре числа равны либо 255, либо 0. Позиция изменений от 255 до 0 указывает на разделение между сети и идентификатора хоста. 255s «маскируют» идентификатор сети из уравнения.

Примечание. Основные маски подсети, которые мы описываем здесь, известны как маски подсети по умолчанию. В более крупных сетях ситуация становится более сложной. Люди часто используют пользовательские маски подсети (где позиция разрыва между нулями и единицами сдвигается в октете) для создания нескольких подсетей в одной сети. Это немного выходит за рамки этой статьи, но если вас это интересует, у Cisco есть довольно хорошее руководство по подсети.

Адрес шлюза по умолчанию

В дополнение к самому IP-адресу и маске подсети вы также увидите адрес шлюза по умолчанию, указанный вместе с информацией IP-адресации. В зависимости от используемой платформы этот адрес можно назвать чем-то другим. Его иногда называют «маршрутизатором», «адресом маршрутизатора», «маршрутом по умолчанию» или просто «шлюзом». Это все одно и то же. Это IP-адрес по умолчанию, по которому устройство отправляет сетевые данные, когда эти данные предназначены для перехода в другую сеть (с другим идентификатором сети), чем тот, на котором установлено устройство.

Простейший пример этого можно найти в обычной домашней сети.

Если у вас есть домашняя сеть с несколькими устройствами, у вас, вероятно, есть маршрутизатор, подключенный к Интернету через модем. Этот маршрутизатор может быть отдельным устройством или может быть частью комбо-модуля модема / маршрутизатора, поставляемого вашим интернет-провайдером. Маршрутизатор находится между компьютерами и устройствами в вашей сети и более ориентированными на общественное мнение устройствами в Интернете, передавая (или маршрутизируя) трафик взад и вперед.

Скажем, вы запускаете свой браузер и отправляетесь на сайт 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 ПК на ваш маршрутизатор (шлюз), а ваш маршрутизатор перенаправляет запрос на наш сервер. Сервер отправляет правильную информацию обратно вашему маршрутизатору, который затем перенаправляет информацию обратно на запрашиваемое устройство, и вы видите, что наш сайт всплывает в вашем браузере.

Как правило, маршрутизаторы настроены по умолчанию, чтобы их частный IP-адрес (их адрес в локальной сети) был первым идентификатором хоста. Так, например, в домашней сети, использующей 192.168.1.0 для сетевого ID, маршрутизатор обычно будет 192.168.1.1. Конечно, как и большинство вещей, вы можете настроить это как нечто другое, если хотите.

Серверы DNS

Существует одна заключительная часть информации, которую вы увидите вместе с IP-адресом устройства, маской подсети и адресом шлюза по умолчанию: адресами одного или двух серверов DNS по умолчанию (DNS). Мы, люди, намного лучше работаем с именами, чем с числовыми адресами. Ввод страницы www.howtogeek.com в адресную строку вашего браузера намного проще, чем запоминание и ввод IP-адреса нашего сайта.

DNS работает как телефонная книга, просматривая удобные для человека вещи, такие как имена веб-сайтов, и преобразует 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 нужно отправлять свои запросы.

В типичной малой или домашней сети IP-адреса DNS-сервера часто совпадают с адресами шлюза по умолчанию. Устройства отправляют свои DNS-запросы на ваш маршрутизатор, а затем перенаправляют запросы на любые DNS-серверы, которые настроен маршрутизатор. По умолчанию это обычно любые DNS-серверы, предоставляемые вашим провайдером, но вы можете изменить их для использования разных DNS-серверов, если хотите. Иногда у вас может быть лучший успех с использованием DNS-серверов, предоставляемых третьими лицами, такими как Google или OpenDNS.

В чем разница между IPv4 и IPv6?

Возможно, вы также заметили при просмотре настроек другого типа IP-адрес, называемый адресом IPv6. 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 бинарных бита, о которых мы говорили (в четырех октетах), чтобы обеспечить в общей сложности 4,29 миллиарда возможных уникальных адресов. Хотя это звучит много, все общедоступные адреса давно были назначены предприятиям. Многие из них не используются, но они назначены и недоступны для общего использования.

В середине 90-х годов, обеспокоенный потенциальной нехваткой IP-адресов, разработанная IPv6 специальная рабочая группа Internet Engineering Task Force (IETF). IPv6 использует 128-битный адрес вместо 32-разрядного адреса IPv4, поэтому общее количество уникальных адресов измеряется в undecillions - число, достаточно большое, что вряд ли когда-либо закончится.

В отличие от точечной десятичной нотации, используемой в IPv4, адреса IPv6 выражаются в виде восьми групп номеров, разделенных двоеточиями. Каждая группа имеет четыре шестнадцатеричных цифры, которые представляют 16 двоичных цифр (так, это называется хекстетом). Типичный IPv6-адрес может выглядеть примерно так:


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

Дело в том, что нехватка адресов IPv4, вызвавшая все беспокойство, в значительной степени смягчалась увеличением использования частных IP-адресов за маршрутизаторами. Все больше и больше людей создавали свои собственные частные сети, используя те частные IP-адреса, которые не публиковались публично.

Итак, хотя IPv6 по-прежнему является основным игроком, и этот переход все равно произойдет, он никогда не происходил так полно, как прогнозировалось - по крайней мере, пока. Если вам интересно узнать больше, ознакомьтесь с этой историей и временем IPv6.

Как устройство получает IP-адрес?

Теперь, когда вы знаете основы работы IP-адресов, давайте поговорим о том, как устройства получают свои IP-адреса в первую очередь. Существует действительно два типа IP-назначений: динамический и статический.

Динамический IP-адрес назначается автоматически, когда устройство подключается к сети. Подавляющее большинство сетей сегодня (включая вашу домашнюю сеть) используют что-то, называемое Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), чтобы это произошло. DHCP встроен в ваш маршрутизатор. 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 используются определенные частные IP-адреса. Используется, зависит от того, кто сделал ваш маршрутизатор, или как вы сами это настроили. Те частные диапазоны IP включают в себя:

10.0.0.0 – 10.255.255.255: Если вы являетесь клиентом Comcast / Xfinity, маршрутизатор, предоставляемый вашим провайдером, назначает адреса в этом диапазоне. Некоторые другие интернет-провайдеры также используют эти адреса на своих маршрутизаторах, а также Apple на своих маршрутизаторах AirPort.
192.168.0.0 – 192.168.255.255: Большинство коммерческих маршрутизаторов настроены для назначения IP-адресов в этом диапазоне. Например, большинство маршрутизаторов Linksys используют сеть 192.168.1.0, тогда как D-Link и Netgear используют диапазон 198.168.0.0
172.16.0.0 – 172.16.255.255: Этот диапазон редко используется любыми коммерческими поставщиками по умолчанию.
169.254.0.0 – 169.254.255.255: Это специальный диапазон, используемый протоколом Automatic Private IP Addressing. Если ваш компьютер (или другое устройство) настроен для автоматического получения его IP-адреса, но не может найти DHCP-сервер, он присваивает себе адрес в этом диапазоне. Если вы видите один из этих адресов, он сообщает вам, что ваше устройство не могло дойти до сервера DHCP, когда пришло время получить IP-адрес, и у вас могут возникнуть проблемы с сетью или проблемы с маршрутизатором.

Дело в динамических адресах заключается в том, что они могут иногда меняться. DHCP-серверы арендуют IP-адреса устройствам, и когда эти лизинг заканчиваются, устройства должны возобновить аренду. Иногда устройства получают другой IP-адрес из пула адресов, которые может назначить сервер.

В большинстве случаев это не имеет большого значения, и все будет «просто работать». Иногда, однако, вы можете указать 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 свой IP-адрес.

В этих случаях вы можете назначить статический IP-адрес для этих устройств. Есть несколько способов сделать это. Вы можете вручную настроить устройство со статическим IP-адресом самостоятельно, хотя иногда это может быть шумным. Другим, более элегантным решением является настройка маршрутизатора для назначения статических IP-адресов определенным устройствам во время динамического назначения сервером DHCP. Таким образом, IP-адрес никогда не меняется, но вы не прерываете процесс DHCP, который обеспечивает бесперебойную работу.