Jak działają adresy IP?

Każde urządzenie podłączone do komputera sieciowego, tabletu, kamery, cokolwiek - potrzebuje unikalnego identyfikatora, aby inne urządzenia wiedziało, jak do niego dotrzeć. W świecie sieci TCP / IP identyfikator ten jest adresem protokołu internetowego (IP).

Jeśli pracujesz z komputerami przez jakiś czas, prawdopodobnie jesteś narażony na adresy IP - te sekwencje liczbowe, które wyglądają jak 192.168.0.15. W większości przypadków nie mamy do czynienia z nimi bezpośrednio, ponieważ nasze urządzenia i sieci zajmują się tym za kulisami. Kiedy mamy do czynienia z nimi, często postępujemy zgodnie z instrukcjami, jakie numery umieścić w miejscu. Ale jeśli kiedykolwiek chciałeś zanurzyć się nieco głębiej w te liczby, ten artykuł jest dla Ciebie.

Dlaczego miałbyś się tym przejmować? Zrozumienie, w jaki sposób adresy IP działają, jest kluczowe, jeśli chcesz rozwiązać problem, dlaczego sieć nie działa prawidłowo lub dlaczego dane urządzenie nie łączy się tak, jak tego oczekujesz. Jeśli kiedykolwiek będziesz potrzebować czegoś bardziej zaawansowanego - takiego jak hosting serwera gry lub serwera multimediów, do którego mogą się podłączyć znajomi z Internetu - musisz wiedzieć coś o adresowaniu IP. Dodatkowo, to fascynujące.

Uwaga: omówimy podstawy adresowania IP w tym artykule, rodzaj rzeczy, które ludzie, którzy używają adresów IP, ale nigdy naprawdę nie myśleli o nich wiele, mogą chcieć wiedzieć. Nie będziemy zajmować się bardziej zaawansowanymi lub profesjonalnymi kwestiami, takimi jak klasy IP, routing bezklasowy i niestandardowe podsieci ... ale wskażemy kilka źródeł do dalszego czytania.

Co to jest adres IP?

Adres IP jednoznacznie identyfikuje urządzenie w sieci. Widziałeś już te adresy; wyglądają jak 192.168.1.34.

Adres IP jest zawsze zbiorem czterech takich liczb. Każda liczba może zawierać się w przedziale od 0 do 255. Tak więc pełny zakres adresowania IP wynosi od 0.0.0.0 do 255.255.255.255.

Powodem, dla którego każda liczba może osiągnąć tylko do 255, jest to, że każda z liczb jest rzeczywiście ośmiocyfrową liczbą binarną (czasami nazywaną oktetem). W oktecie liczba zero będzie wynosić 00000000, a liczba 255 będzie 11111111, maksymalna liczba, którą może osiągnąć oktet. Ten adres IP, o którym wspominaliśmy wcześniej (192.168.1.34) w formacie binarnym, wyglądałby następująco: 11000000.10101000.00000001.00100010.

Komputery działają w formacie binarnym, ale my, ludzie, łatwiej jest pracować z formatem dziesiętnym. Mimo to świadomość, że adresy są rzeczywiście liczbami binarnymi, pomoże nam zrozumieć, dlaczego niektóre rzeczy otaczające adresy IP działają tak, jak robią to.

Ale nie martw się! Nie zamierzamy w tym artykule rzucać zbyt wiele informacji binarnych lub matematycznych, więc po prostu wytrzymaj z nami trochę dłużej.

Dwie części adresu IP

Adres IP urządzenia składa się z dwóch oddzielnych części:

Adres identyfikacyjny sieci: Identyfikator sieci jest częścią adresu IP rozpoczynającego się od lewej strony, która identyfikuje konkretną sieć, w której znajduje się urządzenie. W typowej sieci domowej, w której urządzenie ma adres IP 192.168.1.34, część adresu 192.168.1 będzie identyfikatorem sieci. Jest niestandardowe, aby uzupełnić brakującą końcową część zerową, więc możemy powiedzieć, że identyfikator sieci urządzenia to 192.168.1.0.
Identyfikator hosta: Identyfikator hosta jest częścią adresu IP niezajętą przez identyfikator sieci. Identyfikuje określone urządzenie (w świecie TCP / IP, nazywamy urządzenia "hostami") w tej sieci. Kontynuując nasz przykład adresu IP 192.168.1.34, identyfikator hosta będzie wynosił 34 - unikalny identyfikator hosta w sieci 192.168.1.0.

W sieci domowej możesz zobaczyć kilka urządzeń o adresie IP, takich jak 192.168.1.1, 192.168.1.2, 192.168.1 30 i 192.168.1.34. Wszystkie te urządzenia są unikatowe (z identyfikatorami hosta 1, 2, 30 i 34 w tym przypadku) w tej samej sieci (z identyfikatorem sieci 192.168.1.0).

Aby to wszystko trochę lepiej zobrazować, przejdźmy do analogii. Jest bardzo podobny do tego, jak działają adresy ulic w mieście. Podaj adres, taki jak 2013 Paradise Street. Nazwa ulicy przypomina identyfikator sieci, a numer domu przypomina identyfikator hosta. W obrębie miasta żadne dwie ulice nie będą nazywane tymi samymi, tak jak żadne dwa identyfikatory sieciowe w tej samej sieci nie będą nazywane tymi samymi. Na konkretnej ulicy każdy numer domu jest niepowtarzalny, tak jak wszystkie hosty iD w obrębie określonego ID sieci są unikalne.

Maska podsieci

W jaki sposób urządzenie określa, która część adresu IP jest identyfikatorem sieci i która część identyfikatora hosta? W tym celu używają drugiej liczby, którą zawsze widzisz w połączeniu z adresem IP. Ta liczba nazywa się maską podsieci.

W większości prostych sieci (takich jak w domach lub małych firmach) zobaczysz maski podsieci, takie jak 255.255.255.0, gdzie wszystkie cztery liczby to 255 lub 0. Pozycja zmian od 255 do 0 wskazuje podział między identyfikator sieci i hosta. 255s "maskują" identyfikator sieci z równania.

Uwaga: Podstawowe maski podsieci, które tutaj opisujemy, są nazywane domyślnymi maskami podsieci. Rzeczy stają się bardziej skomplikowane niż w większych sieciach. Ludzie często używają niestandardowych masek podsieci (gdzie pozycja przerwy między zerami i tymi przesuwa się w obrębie oktetu), aby utworzyć wiele podsieci w tej samej sieci. To trochę wykracza poza zakres tego artykułu, ale jeśli jesteś zainteresowany, Cisco ma całkiem niezły przewodnik po podsieci.

Domyślny adres bramy

Oprócz samego adresu IP i powiązanej maski podsieci, zobaczysz także domyślny adres bramy wraz z informacjami o adresie IP. W zależności od platformy, której używasz, ten adres może być nazywany czymś innym. Czasami nazywa się to "routerem", "routerem", domyślną trasą "lub po prostu" bramą ". To wszystko to samo. Jest to domyślny adres IP, na który urządzenie wysyła dane sieciowe, gdy dane te mają być przesyłane do innej sieci (mającej inny identyfikator sieci) niż ten, w którym urządzenie jest włączone.

Najprostszym tego przykładem jest typowa sieć domowa.

Jeśli masz sieć domową z wieloma urządzeniami, prawdopodobnie masz router podłączony do Internetu przez modem. Router może być oddzielnym urządzeniem lub może być częścią zestawu modem / router dostarczonego przez dostawcę Internetu. Router znajduje się pomiędzy komputerami i urządzeniami w sieci oraz bardziej publicznymi urządzeniami w Internecie, przekazując (lub kierując) ruch w jedną i drugą stronę.

Załóżmy, że uruchomiłeś przeglądarkę i wejdź na www.howtogeek.com. Twój komputer wysyła żądanie na adres IP naszej strony. Ponieważ nasze serwery są w Internecie, a nie w sieci domowej, ruch ten jest wysyłany z komputera do routera (brama), a router przesyła żądanie na nasz serwer. Serwer przesyła odpowiednie informacje z powrotem do routera, który następnie przekazuje informacje z powrotem do urządzenia, które o to poprosiło, i zobaczysz naszą witrynę w przeglądarce.

Zazwyczaj routery są domyślnie skonfigurowane, aby ich prywatny adres IP (ich adres w sieci lokalnej) był pierwszym identyfikatorem hosta. Tak więc, na przykład, w sieci domowej, która używa 192.168.1.0 dla identyfikatora sieci, router zwykle będzie miał numer 192.168.1.1. Oczywiście, jak większość rzeczy, możesz skonfigurować to, aby było czymś innym, jeśli chcesz.

Serwery DNS

Istnieje jedna ostatnia informacja, którą zobaczysz wraz z adresem IP urządzenia, maską podsieci i domyślnym adresem bramy: adresy jednego lub dwóch domyślnych serwerów DNS. My, ludzie, działamy o wiele lepiej niż imiona i nazwiska. Wpisanie adresu www.howtogeek.com w pasek adresu przeglądarki jest znacznie łatwiejsze niż zapamiętanie i wpisanie adresu IP naszej strony.

DNS działa jak książka telefoniczna, szuka rzeczy czytelnych dla człowieka, takich jak nazwy stron internetowych i konwertuje je na adresy IP. DNS robi to, przechowując wszystkie te informacje w systemie połączonych serwerów DNS w Internecie. Twoje urządzenia muszą znać adresy serwerów DNS, do których wysyłane są ich zapytania.

W typowej sieci małej lub domowej adresy IP serwerów DNS są często takie same, jak domyślny adres bramy. Urządzenia przesyłają zapytania DNS do routera, który następnie przekazuje żądania do dowolnych serwerów DNS, z których router jest skonfigurowany. Domyślnie są to zwykle serwery DNS oferowane przez dostawcę usług internetowych, ale można je zmienić, aby korzystać z różnych serwerów DNS. Czasami możesz odnieść lepszy sukces, korzystając z serwerów DNS dostarczanych przez strony trzecie, takich jak Google czy OpenDNS.

Jaka jest różnica między IPv4 i IPv6?

Być może zauważyłeś podczas przeglądania ustawień inny typ adresu IP, zwany adresem IPv6. Typy adresów IP, o których mówiliśmy do tej pory, to adresy używane przez IP w wersji 4 (IPv4) - protokół opracowany pod koniec lat 70-tych. Używają 32 bitów binarnych, o których mówiliśmy (w czterech oktetach), aby zapewnić łącznie 4,29 miliarda możliwych unikalnych adresów. Choć brzmi to bardzo często, wszystkie publicznie dostępne adresy zostały dawno przypisane firmom. Wiele z nich nie jest używanych, ale są one przypisane i niedostępne do ogólnego użytku.

W połowie lat 90., martwiąc się o potencjalny niedobór adresów IP, Internet Engineering Task Force (IETF) zaprojektował IPv6. IPv6 używa adresu 128-bitowego zamiast 32-bitowego adresu IPv4, więc całkowita liczba unikalnych adresów jest mierzona w undecillions - liczba wystarczająco duża, że jest mało prawdopodobne, aby kiedykolwiek zabrakło.

W przeciwieństwie do notacji dziesiętnej z kropkami używanej w IPv4, adresy IPv6 są wyrażone jako osiem grup liczbowych podzielonych przez dwukropki. Każda grupa ma cztery cyfry heksadecymalne, które reprezentują 16 cyfr binarnych (czyli jest to sześciokąt). Typowy adres IPv6 może wyglądać mniej więcej tak:

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

Chodzi o to, że brak adresów IPv4, który spowodował, że cały problem został w końcu złagodzony w dużym stopniu przez zwiększone użycie prywatnych adresów IP za routerami. Coraz więcej osób tworzy własne sieci prywatne, używając prywatnych adresów IP, które nie są publicznie dostępne.

Tak więc, mimo że IPv6 nadal jest ważnym graczem, a ta transformacja nadal będzie się odbywać, nigdy nie zdarzyło się tak dokładnie, jak przewidywał - a przynajmniej jeszcze nie. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, zapoznaj się z historią i linią czasową IPv6.

Jak urządzenie otrzymuje swój adres IP?

Teraz, gdy już znasz podstawy działania adresów IP, porozmawiajmy o tym, jak urządzenia uzyskują swoje adresy IP. Istnieją naprawdę dwa typy przypisań IP: dynamiczne i statyczne.

Dynamiczny adres IP jest przypisywany automatycznie, gdy urządzenie łączy się z siecią. Zdecydowana większość dzisiejszych sieci (w tym sieć domowa) używa czegoś, co nazywa się protokołem DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). DHCP jest wbudowany w twój router. Gdy urządzenie łączy się z siecią, wysyła wiadomość rozgłoszeniową żądającą adresu IP. Protokół DHCP przechwytuje tę wiadomość, a następnie przydziela adres IP do tego urządzenia z puli dostępnych adresów IP.

Istnieją pewne prywatne zakresy adresów IP, których będą używać routery. To, które jest używane, zależy od tego, kto wykonał router, lub od tego, jak sam skonfigurowałeś router. Te prywatne zakresy adresów IP obejmują:

10.0.0.0 - 10.255.255.255: Jeśli jesteś klientem Comcast / Xfinity, router dostarczony przez Twojego ISP przypisuje adresy w tym zakresie. Niektórzy inni dostawcy usług internetowych również używają tych adresów na swoich routerach, podobnie jak Apple na swoich routerach AirPort.
192.168.0.0 - 192.168.255.255: Większość komercyjnych routerów jest skonfigurowana do przypisywania adresów IP w tym zakresie. Na przykład większość routerów Linksys korzysta z sieci 192.168.1.0, podczas gdy D-Link i Netgear korzystają z zakresu 198.168.0.0
172.16.0,0 - 172.16.255.255: Ten zakres jest rzadko używany przez domyślnych sprzedawców komercyjnych.
169.254.0.0 - 169.254.255.255: Jest to specjalny zakres używany przez protokół o nazwie Automatyczne prywatne adresowanie IP. Jeśli twój komputer (lub inne urządzenie) jest skonfigurowany do automatycznego pobierania adresu IP, ale nie może znaleźć serwera DHCP, przypisuje sobie adres w tym zakresie. Jeśli widzisz jeden z tych adresów, oznacza to, że urządzenie nie mogło połączyć się z serwerem DHCP, gdy nadszedł czas na uzyskanie adresu IP, a także może wystąpić problem z siecią lub problem z routerem.

Problem z dynamicznymi adresami polega na tym, że czasami mogą się zmieniać. Serwery DHCP wydzierżawiają adresy IP urządzeniom, a gdy te dzierżawy są już zajęte, urządzenia muszą odnowić dzierżawę. Czasami urządzenia otrzymują inny adres IP z puli adresów, które serwer może przypisać.

Przez większość czasu nie jest to wielka sprawa, a wszystko będzie "po prostu działać". Czasami jednak możesz chcieć nadać urządzeniu adres IP, który się nie zmienia. Na przykład być może masz urządzenie, do którego musisz mieć dostęp ręcznie, i łatwiej jest zapamiętać adres IP niż nazwę. A może masz pewne aplikacje, które mogą łączyć się tylko z urządzeniami sieciowymi za pomocą ich adresu IP.

W takich przypadkach można przypisać statyczny adres IP do tych urządzeń. Można to zrobić na kilka sposobów. Możesz ręcznie skonfigurować urządzenie ze statycznym adresem IP, chociaż czasami może to być szarpane. Drugim, bardziej eleganckim rozwiązaniem jest skonfigurowanie routera do przydzielania statycznych adresów IP niektórym urządzeniom podczas normalnego przydzielania dynamicznego przez serwer DHCP. W ten sposób adres IP nigdy się nie zmienia, ale nie przerywasz procesu DHCP, który sprawia, że wszystko działa sprawnie.