Kaasaegsed arvutiseadmed on üldjuhul Internetiga ühendatud. See tohutu andmeallikas on juurdepääsetav tänu paljudele protokollidele ja sidestandarditele. IP-aadress on nende kõigi aluseks. IP-aadress on arvutiseadme digitaalne aadress, mis võimaldab sellel võrguühenduste kaudu suhelda. Kriitiline on see, et see pakub võrkude vahelist suhtlust, mis on võimaldanud Internetil moodustada suure hulga omavahel ühendatud võrke.
Samamoodi peab kirjal olema ümbrikul aadress, et see õigesse kohta toimetada, võrgupaketil on vaja sihtkoha IP-aadressi, et see jõuaks õigesse seadmesse. Internet ja selle eelkäija ARPANET põhinevad IPv4-nimelisel aadressistruktuuril ehk Interneti-protokolli versioonil 4. Kuigi seda asendab nüüd IPv6.
Algne adresseerimisskeem – IPv4
IPv4 on enamiku Interneti standardne aadressiskeem ja see on olnud selle loomisest peale. IPv4 aadressid on määratletud 32 binaarse bitiga. Inimestele loetavateks muutmiseks kuvatakse need sageli vormingus, mida nimetatakse punkt-nelikujuliseks või punkt-kümnendmärgistuseks. IPv4-aadressi näide oleks 192.168.0.2.
Ülaltoodud IPv4 inimloetaval vormingul on väidetavalt neli oktetti, kuna igas punktidega eraldatud jaotises on 8 bitti. Iga okteti väärtus võib olla vahemikus 0 kuni 255. See tähendab, et neid on kokku 232 või 4 294 967 296 võimalikku IPv4-aadressi. See võib tunduda palju ja seda arvati ka Interneti algusaegadel. Tegelikkuses on Internet aga tohutult levinud ja seadmeid on praegu palju rohkem kui IP-aadresse.
Aadressiruumi ammendumine
Interneti algusaegadel polnud arvutist midagi. Eeldati, et võrke leidub ainult suurtes organisatsioonides, kuna need olid ainsad, kes said endale arvuteid lubada. Selle mõtteviisi järgimiseks määrati organisatsioonidele, kes neid küsisid, suured IP-aadresside plokid.
Arvuti muutis seda kõike ja tõi arvutid koju. See muudatus tähendas, et nüüd on mõne suure võrgu asemel palju väiksemaid võrke. See tähendas, et IP-aadresside eraldamise meetod pidi muutuma. Klassikaline võrgundus oli viis suurte võrkude jagamiseks väiksemateks tükkideks. See oli aadressiruumi tõhusam kasutamine, kuid siiski oli probleem väikese ja keskmise suurusega organisatsioonidele, kes pidid saama vahepealset võrgueraldist, mis oli üldiselt tunduvalt suurem kui oli nõutud.
Kümme aastat hiljem asendati klassikaline võrgundus CIDR-i või klassidevahelise domeenidevahelise marsruutimisega. See võimaldas palju täpsemat kontrolli eraldatud võrkude suuruse üle ja seda kasutatakse tänaseni. See toimib, määratledes võrgu teise aadressiga, mida nimetatakse alamvõrgu maskiks. Alamvõrgu maskil on sama struktuur. Kuid iga binaarbitt, mis tähistab võrguaadressi, on seatud väärtusele 1 ja iga binaarne bitt, mida saab selle võrgu hostide tähistamiseks kasutada, on seatud väärtusele 0.
Sellegipoolest ähvardas Interneti populaarsus jätkuvalt aadressiruumi täielikult ammendada. Kuigi rakendati veel mõnda nippi, näiteks privaatsed aadressiruumid ja NAT. Tegelik lahendus on üleminek IPv6-le.
Järeltulija – IPv6
IPv6-aadressid näevad välja üsna erinevad IPv4-aadressidest. IPv6-aadressi näide võib välja näha selline fe80:0db8:0000:0000:0000:8a2e: 0370:7334. Täielik aadress koosneb nüüd 128 bitist, mitte 32 bitist. See pakub 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456 või 340 triljonit triljonit ainulaadset IPv6-aadressi, mis on enam kui piisav, et olla kaitstud aadressiruumi ammendumise (nt IPv4) eest.
Erinevalt IPv4-st, mille kümnendarvud on eraldatud punktidega, kasutab IPv6 kuueteistkümnendsüsteemi ja kooloneid. Mõnel juhul võite näha aadressi tihendatuna, et lühem välja näha. Lugemise ja kirjutamise mugavuse huvides võib suurima pideva nullide ploki ära jätta, jättes koolonid mõlemale poole. See vähendab aadressi kujule fe80:0db8::8a2e: 0370:7334.
IPv6 standardimiseni oli pikk tee, esmalt avaldati standardi kavand 1998. aastal ja lõpuks standardiseeriti 2017. aastal. Selle aja jooksul oli kasutuselevõtt minimaalne, hoolimata standardi kavandi stabiilsusest ja IPv4 aadressiruumi ammendumise suurenemisest.
2022. aasta seisuga on IPv4 aadressiruum täielikult ammendatud ja uusi aadresse ei saa eraldada. Õnneks on nüüdseks suurenenud IPv6 tugi serverites, kasutajaseadmetes ja keskkastides. Google pakub igapäevane statistika IPv6-d kasutava liikluse mahu jaoks. Artikli kirjutamise seisuga on see umbes 40% ja on alates 2017. aastast pidevalt tõusnud.
Reserveeritud aadressid
Üks nippe, mida aadressiruumi ammendumise ärahoidmiseks kasutati, oli teatud aadressirühmade erinev kohtlemine. Mõned aadressid olid reserveeritud edaspidiseks kasutamiseks ja mõned reserveeritud loopback-aadressina kasutamiseks. Kõige olulisemad vahemikud olid siiski eraaadressi vahemikud. Need aadressivahemikud: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 ja 192.168.0.1/16 määrati konfidentsiaalseks. Iga võrk saab neid aadressivahemikke sisemiselt kasutada.
Kriitiline tegur oli see, et neid privaatseid aadresse saab kasutada ainult kohaliku võrgu suhtluseks, neid ei saa kasutada võrkude vahel. See tähendab, et siseseadmed ei pea kasutama haruldasi ja kahanevaid avalikke IPv4-aadresse. Muidugi muudab see suhtluse väljaspool võrku keerulisemaks, kuid mitte võimatu tänu NAT-ile.
NAT ehk võrguaadressi tõlkimine ja sellega seotud PAT (Sadama aadressi tõlkimine) on protokoll, mis võimaldab ruuteril omada ühte avalikku IP-aadressi ja seejärel nutikalt teisendada kogu väljuva liikluse oma avalikku IP-aadressi kasutama. Ruuter peab jälgima, milline side millisest seadmest tuli, et saaks vastuse õigele aadressile tagastada, kuid süsteem töötas suurepäraselt.
Privaatsete aadressiruumide puhul läksid NAT- ja PAT-sisevõrgud iga seadme jaoks ühe avaliku IP-aadressi kasutamisele kokku ühe avaliku aadressi kasutamisele.
IPv6 sisaldab ka sisevõrkude jaoks sarnaseid reserveeritud aadressiruume. Iga IPv6-aadress, mis algab tähega "fe80", on privaatne "lingi kohalik" aadress.
Järeldus
IP-aadressi kasutatakse arvutiseadme tuvastamiseks ja võimaldamiseks arvutivõrgus suhelda. IPv4-aadressid on standardsed, kuid need asendatakse pikemate IPv6-aadressidega, kuna IPv4-l sai uutele Interneti-ühendusega seadmetele määrata võimalikud aadressid otsa.
Mõned unikaalsed aadressivahemikud on privaatsed IP-aadressid. Privaatseid aadresse saab kasutada mis tahes võrgus, kuid neid ei saa kasutada otse võrkudevaheliseks suhtlemiseks. Võrgus olevad IP-aadressid määrab tavaliselt ruuter, kasutades DHCP-d või dünaamilist hostijuhtimisprotokolli.