IPv4 був стандартною схемою адресації в Інтернеті з моменту розгортання першої версії в мережі ARPANET в 1983 році. Наступник IPv4, IPv6, був стандартизований у 2017 році, але все ще стикається з повільним впровадженням, незважаючи на те, що чернеткові версії стали загальнодоступними з 1998 року. Перехід на IPv6 вважається невідкладним, оскільки доступний адресний простір IPv4 вичерпано.
Дизайн IPv4
IPv4 використовує 32-бітний адресний простір, що дозволяє в цілому 2^32 IP-адреси, тобто 4 294 967 296 можливих унікальних адрес.
Адреси IPv4 зазвичай відображаються у вигляді чотирьох пунктів, які складаються з чотирьох двійкових октетів у десятковому форматі, кожен із яких розділяється крапкою. Наприклад, 172.67.69.195 – це 10101100.01000011.01000101.11000011 у двійковому форматі. Завдяки такому дизайну кожен октет може бути лише від 0 до 255.
Вичерпання адреси IPv4
На початку структура мереж в IPv4 була поділена на класи, насамперед A, B і C. Мережа класу А використовувала перший октет для визначення мережі, а всі інші біти призначалися хостам, що дозволяє створити 128 можливих мереж, кожна з яких містить понад 16 мільйонів хостів. Мережа класу B використовувала перші два октети як мережеву адресу, а останні два — як адреси хостів, дозволяючи створити понад 16 тисяч мереж із понад 65 тисячами хостів. Нарешті, мережі класу C використовували перші три октети для мережевої адреси та останній октет для адрес хостів, що дозволило створити понад 2 мільйони мереж до 256 хостів.
Спочатку, якщо компанії потрібні IP-адреси, вони могли запитати мережу класу C у регіонального постачальника, якщо їм не було потрібно всього цього місця, вони все одно отримували його, якщо їм було потрібно більше, їм присвоювали клас B мережі. Декільком компаніям навіть було присвоєно мережі класу А, включаючи Apple, Ford, Поштову службу США, AT&T і Comcast. Міністерству оборони США присвоєно 13 мереж класу А.
З часом було визначено, що такий підхід швидко призведе до того, що адресна схема вичерпає адреси, які потрібно призначити. Була створена нова процедура під назвою CIDR, або безкласова міждоменна маршрутизація, яка дозволяла виділяти блоки IP-адрес довільного розміру. Це запобігло остаточному вичерпанню адресного пулу.
Іншим інструментом для зменшення використання IP-адрес було визначення приватних діапазонів IP-адрес, які можна було використовувати всередині, але не можна було використовувати в Інтернеті. Цей підхід дозволив усім внутрішнім мережам використовувати однакові схеми адресації лише з невеликою жертвою корисного адресного простору. Найпоширенішим діапазоном приватної мережі, ймовірно, є та, яка є у вашій домашній мережі. Починається з 192.168.0.0 і йде до 192.168.255.255.
Ця техніка означала, що інтернет-шлюз, такий як ваш домашній маршрутизатор, тепер є єдиним пристроєм у вашій мережі з загальнодоступною IP-адресою. Ваш маршрутизатор перекладає весь вхідний трафік і визначає, на який хост він має бути надісланий у вашій мережі за допомогою двох процесів, які називаються NAT і PAT. NAT – це трансляція мережевої адреси, а PAT – переклад адреси порту, разом вони використовуються маршрутизатор, щоб дозволити вашим пристроям відкривати служби в Інтернеті, не маючи безпосередньо загальнодоступної IP-адреси адреса.
Незважаючи на всі можливі спроби запобігти вичерпанню адреси IPv4, усі регіональні реєстратори вичерпали свої надання нерозподілених адрес IPv4, при цьому остання нерозподілена адреса буде виділена 25 листопада 2019. Усі 4 294 967 296 IP-адрес призначено. Регіональні реєстратори можуть лише перерозподіляти IP-адреси, які їм повертаються. Перехід на IPv6 зараз є критичним для того, щоб кожен пристрій, якому потрібна адреса, міг отримати її. IPv6 використовує набагато довшу схему адресації, що забезпечує по суті невичерпний запас IP-адрес.