Nykyaikaiset tietokonelaitteet ovat yleensä yhteydessä Internetiin. Tämä laaja tietolähde on käytettävissä laajan valikoiman protokollia ja viestintästandardeja ansiosta. IP-osoite tukee niitä kaikkia. IP-osoite on tietokonelaitteen digitaalinen osoite, jonka avulla se voi kommunikoida verkkoyhteyksien kautta. Kriittisesti se tarjoaa verkkojen välistä viestintää, mikä on mahdollistanut Internetin muodostamisen suuren verkoston toisiinsa kytkettyjä verkkoja.
Samalla tavalla kirjekuoressa on oltava osoite, jotta se toimitetaan oikeaan paikkaan, verkkopaketilla on oltava kohde IP-osoite, jotta se toimitetaan oikeaan laitteeseen. Internet ja sen edeltäjä ARPANET perustuvat IPv4-nimiseen osoiterakenteeseen tai Internet Protocol -versioon 4. Vaikka tämä on nyt korvattu IPv6:lla.
Alkuperäinen osoitejärjestelmä – IPv4
IPv4 on useimpien Internetin vakioosoitemalli, ja se on ollut sen alusta lähtien. IPv4-osoitteet määritellään 32 binääribitillä. Jotta ne olisivat ihmisten luettavia, ne näytetään usein muodossa, jota kutsutaan pisteneliöiksi tai piste-desimaalimerkinnöiksi. Esimerkki IPv4-osoitteesta olisi 192.168.0.2.
Edellä olevan IPv4:n ihmisen luettavassa muodossa sanotaan olevan neljä oktettia, koska jokaisessa pisteillä erotetussa osassa on 8 bittiä. Jokaisen oktetin arvo voi olla välillä 0 - 255. Tämä tarkoittaa, että niitä on yhteensä 232 tai 4 294 967 296 mahdollista IPv4-osoitetta. Tämä saattaa kuulostaa paljon, ja sitä oletettiin olevan Internetin alkuaikoina. Todellisuudessa Internet on kuitenkin levinnyt valtavasti, ja laitteita on nyt paljon enemmän kuin IP-osoitteita.
Osoitetilan loppuminen
Internetin alkuaikoina tietokone ei ollut asia. Oletuksena oli, että verkkoja löytyisi vain suurista organisaatioista, koska ne olivat ainoita, joilla oli varaa tietokoneisiin. Tämän ajatuksen noudattamiseksi niitä pyytäville organisaatioille määritettiin suuria IP-osoitteita.
PC muutti kaiken ja toi tietokoneet kotiin. Tämä muutos merkitsi sitä, että nyt oli paljon pienempiä verkkoja muutaman suuren verkon sijaan. Tämä tarkoitti, että IP-osoitteiden allokointimenetelmää oli muutettava. Luokka verkostoituminen oli tapa hajottaa suuret verkot pienemmiksi paloiksi. Tämä oli tehokkaampi osoiteavaruuden käyttö, mutta ongelma oli silti pienten ja keskisuurten yritysten kanssa organisaatioille, jotka tarvitsivat väliverkon allokaatiota, joka oli yleensä huomattavasti enemmän kuin oli vaaditaan.
Kymmenen vuotta myöhemmin klassinen verkko korvattiin CIDR: llä tai Classless Inter-Domain Routingilla. Tämä mahdollisti paljon tarkemman hallinnan allokoitujen verkkojen koon ja on käytössä tähän päivään asti. Se toimii määrittelemällä verkon toisella osoitteella, jota kutsutaan aliverkon peitteeksi. Aliverkon maskilla on sama rakenne. Mutta jokainen verkko-osoitetta edustava binääribitti on asetettu arvoon 1 ja jokainen binääribitti, jota voidaan käyttää osoittamaan isäntiä kyseisessä verkossa, on asetettu arvoon 0.
Silti Internetin suosio uhkasi edelleen tyhjentää osoiteavaruuden kokonaan. Samalla otettiin käyttöön muutamia muita temppuja, kuten yksityiset osoiteavaruudet ja NAT. Todellinen ratkaisu on siirtyminen IPv6:een.
Seuraaja - IPv6
IPv6-osoitteet näyttävät aivan erilaisilta kuin IPv4-osoitteet. Esimerkki IPv6-osoitteesta voi näyttää tältä fe80:0db8:0000:0000:0000:8a2e: 0370:7334. Täysi osoite koostuu nyt 128 bitistä 32:n sijaan. Tämä tarjoaa 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456 tai 340 biljoonaa biljoonaa ainutlaatuista IPv6-osoitetta, mikä on enemmän kuin tarpeeksi suojassa IPv4:n kaltaisten osoiteavaruuksien ehtymiseltä.
Toisin kuin IPv4, jossa on pisteillä erotetut desimaaliluvut, IPv6 käyttää heksadesimaalilukuja ja kaksoispisteitä. Joissakin tapauksissa saatat nähdä osoitteen pakattuna näyttämään lyhyemmältä. Lukemisen ja kirjoittamisen helpottamiseksi suurin jatkuva nollien lohko voidaan jättää pois, jolloin kaksoispisteet jää molemmille puolille. Tämä pienentää osoitteen muotoon fe80:0db8::8a2e: 0370:7334.
IPv6:lla oli pitkä tie standardointiin, sillä standardiluonnos julkaistiin ensin vuonna 1998 ja lopulta standardisoitiin vuonna 2017. Tuona ajanjaksona käyttöaste oli vähäistä huolimatta standardiluonnoksen vakaudesta ja IPv4-osoitetilan kulumisen kiireellisyydestä huolimatta.
Vuodesta 2022 lähtien IPv4-osoiteavaruus on käytetty kokonaan, eikä uusia osoitteita voida jakaa. Onneksi IPv6-tuki on nyt lisääntynyt palvelimissa, käyttäjälaitteissa ja keskilaatikoissa. Google tarjoaa päivittäiset tilastot IPv6:ta käyttävän liikenteen määrästä. Kirjoitushetkellä tämä on noin 40 %, ja se on noussut tasaisesti vuodesta 2017 lähtien.
Varatut osoitteet
Yksi temppuista, joita käytettiin osoitetilan uupumisen estämiseksi, oli käsitellä tiettyjä osoiteryhmiä eri tavalla. Jotkut osoitteet varattiin myöhempää käyttöä varten, ja jotkut oli varattu käytettäväksi silmukkaosoitteena. Tärkeimmät alueet olivat kuitenkin yksityiset osoitealueet. Nämä osoitealueet: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 ja 192.168.0.1/16 määritettiin luottamuksellisiksi. Mikä tahansa verkko voi käyttää näitä osoitealueita sisäisesti.
Kriittinen tekijä tässä oli, että näitä yksityisiä osoitteita voidaan käyttää vain paikalliseen verkkoon, niitä ei voida käyttää verkkojen välillä. Tämä tarkoittaa, että sisäisten laitteiden ei tarvitse käyttää harvinaista ja hupenevaa julkisten IPv4-osoitteiden tarjontaa. Tietysti se tekee viestinnästä verkon ulkopuolella monimutkaisempaa, mutta ei mahdotonta NAT: n ansiosta.
NAT eli verkko-osoitteiden käännös ja siihen liittyvä PAT (Portin osoitteen käännös) on protokolla, jonka avulla reitittimellä on yksi julkinen IP-osoite ja se voi sitten muuntaa taitavasti lähtevän liikenteen käyttämään omaa julkista IP-osoitettaan. Reitittimen on seurattava mistäkin laitteesta mikä viestintä tuli, jotta se voi palauttaa vastauksen oikeaan osoitteeseen, mutta järjestelmä toimi erinomaisesti.
Yksityisillä osoiteavaruuksilla NAT- ja PAT-sisäverkot siirtyivät yhdestä julkisesta IP-osoitteesta jokaiselle laitteelle yhteen julkiseen osoitteeseen.
IPv6 sisältää myös samanlaisia varattuja osoiteavaruuksia sisäisille verkoille. Mikä tahansa "fe80"-alkuinen IPv6-osoite on yksityinen "linkkipaikallinen"-osoite.
Johtopäätös
IP-osoitetta käytetään tietokonelaitteen tunnistamiseen tietokoneverkossa ja sen mahdollistamiseksi kommunikoida sen kautta. IPv4-osoitteet ovat vakiomuotoisia, mutta ne korvataan pidemmillä IPv6-osoitteilla, koska IPv4:stä loppuivat osoitteet, jotka voitaisiin määrittää uusille Internetiin yhdistetyille laitteille.
Jotkut yksilölliset osoitealueet ovat yksityisiä IP-osoitteita. Yksityisiä osoitteita voidaan käyttää missä tahansa verkossa, mutta niitä ei voida käyttää verkkojen väliseen viestimiseen suoraan. Verkon IP-osoitteet määrittää yleensä reititin käyttämällä DHCP: tä tai Dynamic Host Control Protocol -protokollaa.