Nowoczesne urządzenia komputerowe są na ogół podłączone do Internetu. To ogromne źródło danych jest dostępne dzięki szerokiej gamie protokołów i standardów komunikacyjnych. Adres IP stanowi podstawę ich wszystkich. Adres IP to cyfrowy adres urządzenia komputerowego, który umożliwia mu komunikację przez połączenia sieciowe. Co najważniejsze, zapewnia komunikację między sieciami, co pozwoliło Internetowi utworzyć rozległą siatkę połączonych sieci.
W ten sam sposób list musi mieć adres na kopercie, aby został dostarczony we właściwe miejsce, a pakiet sieciowy potrzebuje docelowego adresu IP, aby został dostarczony do właściwego urządzenia. Internet i jego prekursor ARPANET opierają się na strukturze adresu zwanej IPv4 lub protokołem internetowym w wersji 4. Chociaż jest to obecnie zastępowane przez IPv6.
Oryginalny schemat adresowania – IPv4
IPv4 jest standardowym schematem adresowania większości Internetu i istnieje od samego początku. Adresy IPv4 są zdefiniowane za pomocą 32 bitów binarnych. Aby były czytelne dla ludzi, często są wyświetlane w formacie zwanym kropką-kwadrat lub notacją kropkowo-dziesiętną. Przykładowy adres IPv4 to 192.168.0.2.
Mówi się, że czytelny dla człowieka format IPv4 ma cztery oktety, ponieważ każda z sekcji oddzielonych kropkami ma 8 bitów. Każdy oktet może mieć wartość od 0 do 255. Oznacza to, że w sumie jest 232 lub 4 294 967 296 możliwych adresów IPv4. To może wydawać się dużo i przypuszczano, że tak było w pierwszych dniach Internetu. Jednak w rzeczywistości Internet odnotował kolosalny wzrost i obecnie jest o wiele więcej urządzeń niż adresów IP.
Wyczerpanie przestrzeni adresowej
W początkach Internetu komputer nie był czymś. Założono, że sieci można znaleźć tylko w dużych organizacjach, ponieważ tylko one mogły sobie pozwolić na komputery. Zgodnie z tym tokiem rozumowania duże bloki adresów IP zostały przypisane organizacjom, które o nie poprosiły.
Komputer zmienił to wszystko i wprowadził komputery do domu. Ta zmiana oznaczała, że zamiast kilku dużych sieci istnieje teraz wiele mniejszych sieci. Oznaczało to konieczność zmiany metody przydzielania adresów IP. Sieci klasowe były sposobem na podzielenie dużych sieci na mniejsze części. Było to bardziej efektywne wykorzystanie przestrzeni adresowej, ale nadal miało problem z małymi i średnimi rozmiarami organizacje, które musiały uzyskać pośrednią alokację sieci, która generalnie była znacznie większa niż była wymagany.
Dziesięć lat później sieć klasową zastąpiono CIDR lub bezklasowym routingiem międzydomenowym. Pozwoliło to na znacznie dokładniejszą kontrolę wielkości przydzielonych sieci i jest stosowane do dziś. Działa poprzez zdefiniowanie sieci z drugim adresem zwanym maską podsieci. Maska podsieci ma taką samą strukturę. Ale każdy bit binarny reprezentujący adres sieci jest ustawiony na 1, a każdy bit binarny, który może być użyty do oznaczenia hostów w tej sieci, jest ustawiony na 0.
Mimo to popularność Internetu nadal groziła całkowitym wyczerpaniem przestrzeni adresowej. Zaimplementowano kilka innych sztuczek, takich jak prywatne przestrzenie adresowe i NAT. Prawdziwym rozwiązaniem jest przejście na IPv6.
Następca – IPv6
Adresy IPv6 wyglądają zupełnie inaczej niż adresy IPv4. Przykładowy adres IPv6 może wyglądać tak fe80:0db8:0000:0000:0000:8a2e: 0370:7334. Pełny adres składa się teraz ze 128 bitów, a nie 32. Oferuje to 340 282 366 920 938 463 463 746 607 431 768 211 456 lub 340 bilionów bilionów unikalnych adresów IPv6, co jest więcej niż wystarczające, aby być bezpiecznym przed wyczerpaniem przestrzeni adresowej, takim jak IPv4.
W przeciwieństwie do IPv4, który ma liczby dziesiętne oddzielone kropkami, IPv6 używa szesnastkowych i dwukropków. W niektórych przypadkach adres może być skompresowany, aby wyglądał krócej. Dla wygody czytania i pisania największy ciągły blok zer można pominąć, pozostawiając dwukropki po obu stronach. Zmniejsza to adres do fe80:0db8::8a2e: 0370:7334.
IPv6 przeszło długą drogę do standaryzacji, najpierw mając projekt standardu opublikowany w 1998 r., a ostatecznie ujednolicony w 2017 r. W tym czasie zainteresowanie było minimalne, pomimo stabilności projektu standardu i rosnącej konieczności wyczerpania przestrzeni adresowej IPv4.
Od 2022 roku przestrzeń adresowa IPv4 została całkowicie wyczerpana i nie można przydzielić nowych adresów. Na szczęście nastąpił wzrost wsparcia IPv6 na serwerach, urządzeniach użytkowników i middleboxach. Google zapewnia statystyki dzienne za ilość ruchu, który widzi, że używa IPv6. W chwili pisania tego tekstu wynosi około 40% i stale rośnie od 2017 roku.
Zarezerwowane adresy
Jedną ze sztuczek stosowanych w celu powstrzymania wyczerpania przestrzeni adresowej było odmienne traktowanie pewnych grup adresów. Niektóre adresy były zarezerwowane do wykorzystania w przyszłości, a inne do użytku jako adres pętli zwrotnej. Najważniejszymi zakresami były jednak zakresy adresów prywatnych. Te zakresy adresów: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 i 192.168.0.1/16 zostały oznaczone jako poufne. Każda sieć może używać tych zakresów adresów wewnętrznie.
Krytycznym czynnikiem było to, że te prywatne adresy mogą być używane tylko do komunikacji w sieci lokalnej, nie mogą być używane w sieciach. Oznacza to, że urządzenia wewnętrzne nie muszą korzystać z rzadkiej i malejącej podaży publicznych adresów IPv4. Oczywiście sprawia to, że komunikacja poza siecią jest bardziej skomplikowana, ale nie jest to niemożliwe dzięki NAT.
NAT lub translacja adresów sieciowych i powiązany PAT (Tłumaczenie adresu portu) to protokół, który umożliwia routerowi posiadanie jednego publicznego adresu IP, a następnie sprytne przekształcenie dowolnego ruchu wychodzącego na własny publiczny adres IP. Router musi śledzić, która komunikacja pochodzi z którego urządzenia, aby mógł zwrócić odpowiedź na właściwy adres, ale system działał doskonale.
Dzięki prywatnym przestrzeniom adresowym sieci wewnętrzne NAT i PAT przeszły od używania jednego publicznego adresu IP dla każdego urządzenia do korzystania z jednego adresu publicznego.
IPv6 zawiera również podobne zarezerwowane przestrzenie adresowe dla sieci wewnętrznych. Każdy adres IPv6 zaczynający się od „fe80” jest prywatnym adresem „link local”.
Wniosek
Adres IP służy do identyfikacji urządzenia komputerowego w sieci komputerowej i umożliwienia mu komunikacji. Adresy IPv4 są standardowe, ale są zastępowane dłuższymi adresami IPv6, ponieważ w protokole IPv4 zabrakło możliwych adresów do przypisania nowym urządzeniom podłączonym do Internetu.
Niektóre unikalne zakresy adresów to prywatne adresy IP. Adresy prywatne mogą być używane w dowolnej sieci, ale nie mogą być używane do bezpośredniej komunikacji między sieciami. Adresy IP w sieci są zazwyczaj przydzielane przez router przy użyciu protokołu DHCP lub Dynamic Host Control Protocol.