Как работают IP-адреса

0
387
просмотров
Как работают IP-адреса

Каждое устройство, подключенное к сети — компьютер, планшет, камера и т. д. — нуждается в уникальном идентификаторе, чтобы другие устройства знали, как к нему обратиться. В мире TCP/IP сетей этим идентификатором является IP-адрес.

Вы, вероятно, сталкивались с IP-адресами — числовыми последовательностями, которые выглядят примерно как 192.168.0.1. Большую часть времени пользователям не приходится иметь дело с ними напрямую, поскольку устройства и сети работают с ними 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 немного углубиться в смысл этих цифр, эта статья для Вас.

Понимание того, как работают IP-адреса, 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, хостинг игрового сервера или медиа-сервера, к которому могут подключиться 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. Мы не собираемся рассказывать о более продвинутых или профессиональных вещах, таких как классы IP, бесклассовая маршрутизация и пользовательские подсети, но мы укажем некоторые источники для дальнейшего чтения.

Что такое IP-адрес

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

IP-адрес — это 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, а не иначе.

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. Пропущенную заключительную часть принято заполнять нулем, поэтому можно 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 — уникальный идентификатор 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, например, ул. Гагарина 108. Название улицы похоже на идентификатор сети, а номер дома — на идентификатор 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.

Читайте также  Что такое Backdoor для шифрования

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 от 255 до 0 указывает на разделение между идентификатор сети и хоста. 255 «маскируют» идентификатор сети.

Примечание: Базовые маски подсетей, которые мы здесь описываем, известны как маски подсетей по умолчанию. 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.

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 платформы, которую Вы используете, 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 общедоступными устройствами в Интернете, передавая (или маршрутизируя) трафик туда и обратно.

Допустим, Вы запустили свой браузер и отправились на guidepc.ru. 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), 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, открывшийся 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, адрес маршрутизатора обычно будет 192.168.1.1. Конечно, как и большинство вещей, Вы можете настроить его по-другому, если хотите.

DNS-серверы

Есть еще одна 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 guidepc.ru 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 DNS-серверы, на которые маршрутизатор настроен для использования. По умолчанию это обычно те DNS-серверы, которые предоставляет Ваш интернет-провайдер, но Вы можете изменить их на другие DNS-серверы, если хотите. Иногда Вы можете добиться большего успеха, используя DNS-серверы, предоставляемые третьими сторонами, такими как Google или OpenDNS.

Читайте также  Для чего разгоняют оперативную память

В чем разница между IPv4 и IPv6

Вы также, возможно, заметили, просматривая настройки другой типа IP-адреса, называемого IPv6-адресом. Типы IP-адресов, о которых мы говорили до сих пор, — это адреса, используемые в IP версии 4 (IPv4) — протоколе, разработанном 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 зарезервированы для бизнеса. Многие из них не используются, но они зарезервированы и недоступны для общего пользования.

В середине 90-х, 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 — это число достаточно велико, и все адреса вряд ли когда-нибудь закончатся.

В отличие от десятичной записи, используемой в IPv4, адреса IPv6 выражаются в виде восьми числовых групп, разделенных двоеточиями. Каждая группа имеет четыре шестнадцатеричные цифры. Типичный адрес IPv6 может выглядеть примерно так:

Дело в том, что нехватка адресов IPv4, которая вызвала 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 переход на IPv6 по-прежнему будет происходить, он никогда не происходил так быстро, 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. Для этого в подавляющем большинстве современных сетей (включая Вашу домашнюю сеть) используется протокол динамической конфигурации хоста (DHCP). 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 как Вы настроили его самостоятельно.

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 может назначить сервер.

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 динамического назначением DHCP-сервером. Таким образом, IP-адрес никогда не меняется, но Вы не прерываете процесс DHCP, который обеспечивает бесперебойную работу.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите свой комментарий!
Пожалуйста, введите ваше имя здесь

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.