Современные вычислительные устройства, как правило, подключены к Интернету. Этот обширный источник данных доступен благодаря широкому спектру протоколов и стандартов связи. IP-адрес лежит в основе их всех. IP-адрес — это цифровой адрес вычислительного устройства, который позволяет ему обмениваться данными по сетевым соединениям. Важно то, что он обеспечивает связь между сетями, что позволило Интернету сформировать обширную сеть взаимосвязанных сетей.
Точно так же письмо должно иметь адрес на конверте, чтобы быть доставленным в нужное место, сетевому пакету нужен IP-адрес назначения, чтобы быть доставленным на нужное устройство. Интернет и его предшественник ARPANET основаны на структуре адресов, называемой IPv4 или интернет-протоколом версии 4. Хотя сейчас это заменяется IPv6.
Первоначальная схема адресации — IPv4
IPv4 является стандартной схемой адресации большей части Интернета с момента ее создания. Адреса IPv4 определяются с помощью 32 двоичных битов. Чтобы сделать их удобочитаемыми, они часто отображаются в формате, называемом точечно-квадратным или точечно-десятичным форматом. Пример IPv4-адреса: 192.168.0.2.
Удобочитаемый формат IPv4, описанный выше, имеет четыре октета, потому что каждый из разделов, разделенных точками, имеет 8 бит. Каждый октет может иметь значение от 0 до 255. Это означает, что всего 232 или 4 294 967 296 возможных адресов IPv4. Это может звучать как много, и предполагалось, что так оно и было на заре Интернета. Однако на самом деле Интернет получил колоссальное распространение, и сейчас устройств гораздо больше, чем IP-адресов.
Исчерпание адресного пространства
В первые дни Интернета ПК не был чем-то особенным. Предполагалось, что сети можно будет найти только в крупных организациях, поскольку только они могут позволить себе компьютеры. Чтобы следовать этой мысли, организациям, которые запрашивали их, были назначены большие блоки IP-адресов.
ПК изменил все это и принес компьютеры в дом. Это изменение означало, что теперь вместо нескольких крупных сетей было много более мелких сетей. Это означало, что метод распределения IP-адресов должен был измениться. Классовая сеть была способом разбить большие сети на более мелкие фрагменты. Это было более эффективным использованием адресного пространства, но все еще имело проблему с малыми и средними размерами. организациям, которым нужно было получить промежуточное сетевое распределение, которое, как правило, было значительно больше, чем было требуется.
Десять лет спустя классовая сеть была заменена CIDR или бесклассовой междоменной маршрутизацией. Это позволило гораздо более точно контролировать размер выделенных сетей и используется по сей день. Он работает, определяя сеть со вторым адресом, называемым маской подсети. Маска подсети имеет такую же структуру. Но каждый двоичный бит, представляющий сетевой адрес, устанавливается в 1, а каждый двоичный бит, который можно использовать для обозначения хостов в этой сети, устанавливается в 0.
Тем не менее, популярность Интернета продолжала угрожать полным исчерпанием адресного пространства. В то время как были реализованы еще несколько трюков, таких как частные адресные пространства и NAT. Реальное решение — переход на IPv6.
Преемник — IPv6
Адреса IPv6 выглядят совершенно иначе, чем адреса IPv4. Пример IPv6-адреса может выглядеть так: fe80:0db8:0000:0000:0000:8a2e: 0370:7334. Полный адрес теперь состоит из 128 бит, а не из 32. Это предлагает 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456 или 340 триллионов триллионов триллионов уникальных адресов IPv6, что более чем достаточно, чтобы быть в безопасности от исчерпания адресного пространства, такого как IPv4.
В отличие от IPv4, в котором десятичные числа разделены точками, в IPv6 используются шестнадцатеричные числа и двоеточия. В некоторых случаях вы можете увидеть, что адрес сжат, чтобы выглядеть короче. Для удобства чтения и записи самый большой непрерывный блок нулей можно опустить, оставив двоеточия с обеих сторон. Это уменьшает адрес до fe80:0db8::8a2e: 0370:7334.
IPv6 прошел долгий путь к стандартизации: сначала был опубликован проект стандарта в 1998 году, а затем он был стандартизирован в 2017 году. В то время было минимальное внедрение, несмотря на стабильность проекта стандарта и растущую актуальность исчерпания адресного пространства IPv4.
По состоянию на 2022 год адресное пространство IPv4 полностью исчерпано, и выделение новых адресов невозможно. К счастью, сейчас увеличилась поддержка IPv6 на серверах, пользовательских устройствах и промежуточных устройствах. Google предоставляет ежедневная статистика для объема трафика, который он видит, который использует IPv6. На момент написания этот показатель составляет около 40% и неуклонно растет с 2017 года.
Зарезервированные адреса
Один из приемов, используемых для предотвращения исчерпания адресного пространства, заключался в том, чтобы по-разному обрабатывать определенные группы адресов. Некоторые адреса были зарезервированы для использования в будущем, а некоторые — для использования в качестве адресов обратной связи. Однако наиболее важными диапазонами были диапазоны частных адресов. Эти диапазоны адресов: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.1/16 были обозначены как конфиденциальные. Любая сеть может использовать эти диапазоны адресов для внутренних целей.
Решающим фактором здесь было то, что эти частные адреса можно использовать только для связи в локальной сети, их нельзя использовать в других сетях. Это означает, что внутренним устройствам не нужно использовать редкий и истощающийся запас общедоступных IPv4-адресов. Конечно, это делает общение вне сети более сложным, но не невозможным благодаря NAT.
NAT или преобразование сетевых адресов и связанный с ним PAT (Преобразование адреса порта) — это протокол, который позволяет маршрутизатору иметь один общедоступный IP-адрес, а затем умело преобразовывать любой исходящий трафик в использование собственного общедоступного IP-адреса. Маршрутизатору необходимо отслеживать, какое сообщение пришло с какого устройства, чтобы он мог вернуть ответ на правильный адрес, но система работала превосходно.
С частными адресными пространствами внутренние сети NAT и PAT перешли от использования одного общедоступного IP-адреса для каждого устройства к использованию всего одного общедоступного адреса.
IPv6 также содержит аналогичные зарезервированные адресные пространства для внутренних сетей. Любой адрес IPv6, начинающийся с «fe80», является частным адресом «локальной ссылки».
Вывод
IP-адрес используется для идентификации компьютерного устройства в компьютерной сети и обеспечения связи с ним. Адреса IPv4 являются стандартными, но они заменяются более длинными адресами IPv6, поскольку IPv4 исчерпал возможные адреса для назначения новым устройствам, подключенным к Интернету.
Некоторые уникальные диапазоны адресов являются частными IP-адресами. Частные адреса могут использоваться в любой сети, но не могут использоваться для прямой связи между сетями. IP-адреса в сети обычно назначаются маршрутизатором с использованием DHCP или протокола динамического управления хостом.