Το IPv4 είναι το τυπικό σχήμα διευθύνσεων στο Διαδίκτυο από τότε που αναπτύχθηκε η πρώτη έκδοση στο ARPANET το 1983. Ο διάδοχος του IPv4, το IPv6 τυποποιήθηκε το 2017, αλλά εξακολουθεί να αντιμετωπίζει αργή χρήση, παρά το γεγονός ότι οι πρόχειρες εκδόσεις ήταν δημόσιες από το 1998. Η μετάβαση στο IPv6 θεωρείται επείγουσα καθώς ο διαθέσιμος χώρος διευθύνσεων IPv4 έχει εξαντληθεί.
Σχεδιασμός IPv4
Το IPv4 χρησιμοποιεί έναν χώρο διευθύνσεων 32-bit που επιτρέπει συνολικά 2^32 διευθύνσεις IP, δηλαδή 4.294.967.296 πιθανές μοναδικές διευθύνσεις.
Οι διευθύνσεις IPv4 εμφανίζονται συνήθως με τη σημειογραφία με κουκκίδες, που αποτελείται από τέσσερις δυαδικές οκτάδες, σε δεκαδική μορφή, η καθεμία χωρισμένη με τελεία. Για παράδειγμα, το 172.67.69.195 είναι 10101100.01000011.01000101.11000011 σε δυαδικό. Λόγω αυτού του σχεδιασμού, κάθε οκτάδα μπορεί να είναι μόνο μεταξύ 0 και 255.
Εξάντληση διεύθυνσης IPv4
Στην αρχή η δομή των δικτύων στο IPv4 χωρίστηκε σε κλάσεις, κυρίως σε A, B και C. Ένα δίκτυο κλάσης Α χρησιμοποίησε την πρώτη οκτάδα για να καθορίσει το δίκτυο, με όλα τα άλλα bit να μπορούν να εκχωρηθούν σε κεντρικούς υπολογιστές, αυτό επιτρέπει 128 πιθανά δίκτυα, το καθένα με περισσότερους από 16 εκατομμύρια κεντρικούς υπολογιστές. Ένα δίκτυο κατηγορίας Β χρησιμοποίησε τις δύο πρώτες οκτάδες ως διεύθυνση δικτύου και τις δύο τελευταίες ως διευθύνσεις κεντρικού υπολογιστή, επιτρέποντας περισσότερα από 16 χιλιάδες δίκτυα με περισσότερους από 65 χιλιάδες κεντρικούς υπολογιστές. Τέλος, τα δίκτυα κατηγορίας C χρησιμοποίησαν τις τρεις πρώτες οκτάδες για τη διεύθυνση δικτύου και την τελευταία οκτάδα για τις διευθύνσεις κεντρικού υπολογιστή, επιτρέποντας περισσότερα από 2 εκατομμύρια δίκτυα έως και 256 κεντρικών υπολογιστών.
Αρχικά, εάν μια εταιρεία απαιτούσε διευθύνσεις IP, θα μπορούσε να ζητήσει ένα δίκτυο κατηγορίας C από έναν περιφερειακό πάροχο, αν δεν χρειάζονταν όλο αυτόν τον χώρο, τον έπαιρναν, αν χρειάζονταν περισσότερο, τους δόθηκε κατηγορία Β δίκτυο. Σε μερικές εταιρείες ανατέθηκαν ακόμη και δίκτυα κατηγορίας Α, όπως η Apple, η Ford, η Ταχυδρομική Υπηρεσία των ΗΠΑ, η AT&T και η Comcast. Στο Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ έχουν εκχωρηθεί 13 δίκτυα κατηγορίας Α.
Με την πάροδο του χρόνου διαπιστώθηκε ότι μια τέτοια προσέγγιση θα οδηγούσε γρήγορα στο ότι το σχήμα διευθύνσεων εξαντλούσε τις διευθύνσεις που θα εκχωρηθούν. Δημιουργήθηκε μια νέα διαδικασία με την ονομασία CIDR, ή Classless Inter-Domain Routing, η οποία επέτρεπε την εκχώρηση μπλοκ διευθύνσεων IP αυθαίρετων μεγεθών. Αυτό απέτρεψε την τελική εξάντληση της πισίνας διευθύνσεων.
Ένα άλλο εργαλείο για τη μείωση της χρήσης της διεύθυνσης IP ήταν ο καθορισμός περιοχών ιδιωτικών διευθύνσεων IP που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν εσωτερικά αλλά δεν θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στο Διαδίκτυο. Αυτή η προσέγγιση επέτρεψε σε όλα τα εσωτερικά δίκτυα να χρησιμοποιούν τα ίδια σχήματα διευθύνσεων με μια μικρή μόνο θυσία στον χρησιμοποιήσιμο χώρο διευθύνσεων. Η πιο κοινή εμβέλεια ιδιωτικού δικτύου είναι πιθανώς αυτή που έχετε στο οικιακό σας δίκτυο. Ξεκινά από, 192.168.0.0 και πηγαίνει στο 192.168.255.255.
Αυτή η τεχνική σήμαινε ότι η πύλη Διαδικτύου, όπως ο δρομολογητής του σπιτιού σας, είναι τώρα η μόνη συσκευή στο δίκτυό σας με δημόσια διεύθυνση IP. Ο δρομολογητής σας μεταφράζει όλη την εισερχόμενη κίνηση και επεξεργάζεται σε ποιον κεντρικό υπολογιστή πρέπει να σταλεί στο δίκτυό σας μέσω δύο διαδικασιών που ονομάζονται NAT και PAT. Το NAT είναι Μετάφραση Διευθύνσεων Δικτύου και το PAT είναι Μετάφραση Διεύθυνσης Θύρας, σε συνδυασμό χρησιμοποιούνται από το δρομολογητή για να επιτρέπει στις συσκευές σας να ανοίγουν υπηρεσίες στο Διαδίκτυο χωρίς να έχουν απευθείας δημόσια IP διεύθυνση.
Παρά όλες τις πιθανές προσπάθειες για να αποφευχθεί η εξάντληση των διευθύνσεων IPv4, όλοι οι περιφερειακοί καταχωρητές έχουν πλέον εξαντλήσει παροχή μη εκχωρημένων διευθύνσεων IPv4, με την τελευταία μη εκχωρημένη διεύθυνση να εκχωρείται στις 25 Νοεμβρίου 2019. Έχουν εκχωρηθεί και οι 4.294.967.296 διευθύνσεις IP. Οι περιφερειακοί καταχωρητές μπορούν να ανακατανείμουν μόνο τις διευθύνσεις IP που τους επιστρέφονται. Η μετάβαση στο IPv6 είναι πλέον κρίσιμη για να διασφαλιστεί ότι κάθε συσκευή που χρειάζεται μια διεύθυνση μπορεί να αποκτήσει μια διεύθυνση. Το IPv6 χρησιμοποιεί ένα πολύ μεγαλύτερο σχήμα διευθύνσεων, το οποίο παρέχει μια ουσιαστικά ανεξάντλητη παροχή διευθύνσεων IP.