Сучасні обчислювальні пристрої, як правило, підключені до Інтернету. Це величезне джерело даних доступне завдяки широкому спектру протоколів і стандартів зв’язку. IP-адреса лежить в основі їх усіх. IP-адреса — це цифрова адреса комп’ютерного пристрою, яка дозволяє йому спілкуватися через мережеві з’єднання. Важливо те, що він забезпечує зв’язок між мережами, що дозволило Інтернету сформувати величезну мережу взаємопов’язаних мереж.
Подібним чином лист повинен мати адресу на конверті, щоб його було доставлено в потрібне місце, мережевий пакет потребує IP-адреси призначення, щоб його було доставлено на правильний пристрій. Інтернет і його попередник ARPANET засновані на структурі адреси під назвою IPv4 або Інтернет-протокол версії 4. Хоча зараз це замінюється IPv6.
Оригінальна схема адресації – IPv4
IPv4 є стандартною схемою адресування більшості Інтернету з моменту його створення. Адреси IPv4 визначаються 32 двійковими бітами. Щоб зробити їх читабельними людиною, вони часто відображаються у форматі, який називається десятковим числом із крапками. Прикладом адреси IPv4 буде 192.168.0.2.
Зрозумілий для людини формат IPv4 вище, як кажуть, має чотири октети, оскільки кожна з секцій, розділених крапками, має 8 біт. Кожен октет може мати значення від 0 до 255. Це означає, що всього їх 232 або 4 294 967 296 можливих адрес IPv4. Це може здатися багато, і вважалося, що так було на початку існування Інтернету. Однак насправді Інтернет отримав колосальне поширення, і тепер пристроїв набагато більше, ніж IP-адрес.
Вичерпання адресного простору
На початку існування Інтернету комп’ютер не був чимось. Передбачалося, що мережі будуть тільки у великих організаціях, оскільки вони єдині, хто може дозволити собі комп'ютери. Щоб слідувати цій лінії думок, великі блоки IP-адрес були призначені організаціям, які їх запитували.
Комп’ютер змінив усе це й приніс комп’ютери в дім. Ця зміна означала, що замість кількох великих мереж тепер існує багато менших мереж. Це означало, що метод розподілу IP-адрес мав змінитися. Класова мережа була способом розбити великі мережі на менші частини. Це було більш ефективним використанням адресного простору, але все ще виникала проблема з малими та середніми організаціям, яким потрібно отримати проміжний розподіл мережі, який, як правило, був набагато більшим, ніж був вимагається.
Через десятиліття класову мережу замінили на CIDR або безкласову міждоменну маршрутизацію. Це дозволило набагато точніше контролювати розмір виділених мереж і використовується досі. Він працює шляхом визначення мережі за допомогою другої адреси, яка називається маскою підмережі. Маска підмережі має таку ж структуру. Але кожен двійковий біт, який представляє мережеву адресу, має значення 1, а кожен двійковий біт, який можна використовувати для позначення хостів у цій мережі, має значення 0.
Проте популярність Інтернету продовжувала загрожувати повністю вичерпати адресний простір. Тоді як було реалізовано ще кілька прийомів, таких як приватні адресні простори та NAT. Справжнім рішенням є перехід на IPv6.
Наступник – IPv6
Адреси IPv6 виглядають зовсім інакше, ніж адреси IPv4. Приклад адреси IPv6 може виглядати так: fe80:0db8:0000:0000:0000:8a2e: 0370:7334. Повна адреса тепер складається з 128 біт, а не з 32. Це пропонує 340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 або 340 трильйонів трильйонів трильйонів унікальних адрес IPv6, більш ніж достатньо, щоб захиститися від вичерпання адресного простору, як IPv4.
На відміну від IPv4, який має десяткові числа, розділені крапками, IPv6 використовує шістнадцяткове число та двокрапку. У деяких випадках адреса може бути стисненою, щоб виглядати коротшою. Для зручності читання та запису найбільший суцільний блок нулів можна опустити, залишивши двокрапки з обох боків. Це зменшує адресу до fe80:0db8::8a2e: 0370:7334.
IPv6 пройшов довгий шлях до стандартизації, спочатку проект стандарту був опублікований у 1998 році, а остаточно був стандартизований у 2017 році. За цей час споживання було мінімальним, незважаючи на стабільність проекту стандарту та зростаючу актуальність вичерпання адресного простору IPv4.
Станом на 2022 рік адресний простір IPv4 повністю вичерпано, і нові адреси не можуть бути виділені. На щастя, зараз зросла підтримка IPv6 на серверах, пристроях користувачів і проміжних блоках. Google надає щоденна статистика для обсягу трафіку, який він бачить, який використовує IPv6. На момент написання статті цей показник становить близько 40% і невпинно зростає з 2017 року.
Зарезервовані адреси
Одним із способів запобігання вичерпанню адресного простору було по-різному обробляти певні групи адрес. Деякі адреси було зарезервовано для майбутнього використання, а деякі – для використання як петлевої адреси. Однак найважливішими діапазонами були приватні діапазони адрес. Ці діапазони адрес: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 і 192.168.0.1/16 позначено як конфіденційні. Будь-яка мережа може використовувати ці діапазони адрес для внутрішнього використання.
Критичним фактором тут було те, що ці приватні адреси можна використовувати лише для зв’язку в локальній мережі, вони не можуть використовуватися між мережами. Це означає, що внутрішнім пристроям не потрібно використовувати рідкісні загальнодоступні адреси IPv4. Звичайно, це ускладнює спілкування поза мережею, але це не неможливо завдяки NAT.
NAT або трансляція мережевих адрес і пов’язаний PAT (Трансляція адреси порту) — це протокол, який дозволяє маршрутизатору мати єдину публічну IP-адресу, а потім грамотно перетворювати будь-який вихідний трафік на використання власної публічної IP-адреси. Маршрутизатор повинен відстежувати, яке повідомлення надійшло з якого пристрою, щоб він міг повернути відповідь на правильну адресу, але система працювала чудово.
З приватними адресними просторами внутрішні мережі NAT і PAT перейшли від використання однієї загальнодоступної IP-адреси для кожного пристрою до використання однієї публічної адреси.
IPv6 також містить аналогічні зарезервовані адресні простори для внутрішніх мереж. Будь-яка адреса IPv6, що починається з «fe80», є приватною адресою «локального посилання».
Висновок
IP-адреса використовується для ідентифікації комп’ютерного пристрою в комп’ютерній мережі та для його зв’язку через неї. Адреси IPv4 є стандартними, але їх замінюють довшими адресами IPv6, оскільки IPv4 вичерпано можливих адрес для призначення новим пристроям, підключеним до Інтернету.
Деякі унікальні діапазони адрес є приватними IP-адресами. Приватні адреси можна використовувати в будь-якій мережі, але не можна використовувати для прямого зв’язку між мережами. IP-адреси в мережі зазвичай призначаються маршрутизатором за допомогою DHCP або протоколу динамічного керування хостом.