IP адресация, классы IP адресов и значение маски подсети
Адресация в компьютерных сетях бывает двух видов: физическая адресация (на основе MAC-адреса) и логическая (на основе IP-адреса). Логическая адресация реализована на 3-ем уровне эталонной модели OSI. Далее более подробно рассматривается IP-адресация и пять классов IP-адресов, а также подсети, маски подсетей и их роль в схемах IP-адресации. Кроме того, обсуждаются отличия между публичными и частными адресами, IPv4-и IPv6-адресацией, а также одноадресными и широковещательными сообщениями.
Для обмена данными в Интернете (между различными локальными сетями) узлу необходим IP-адрес. Это логический сетевой адрес конкретного узла. Для обмена данными с другими устройствами, подключенными к Интернету, необходим правильно настроенный, уникальный IP-адрес.
IP-адрес присваивается сетевому интерфейсу узла. Обычно это сетевая интерфейсная плата (NIC), установленная в устройстве. Примерами пользовательских устройств с сетевыми интерфейсами могут служить рабочие станции, серверы, сетевые принтеры и IP-телефоны. Иногда в серверах устанавливают несколько NIC, у каждой из которых есть свой IP-адрес. У интерфейсов маршрутизатора, обеспечивающего связь с сетью IP, также есть IP-адрес.
В каждом отправленном по сети пакете есть IP-адрес источника и назначения. Эта информация необходима сетевым устройствам для передачи информации по назначению и передачи источнику ответа.
Версии IPv4 и IPv6
IP-адрес может быть представлен в формате IPv4 или IPv6.
IPv4
IPv4 –интернет протокол, использующий 32-битные адреса. Четвертая версия протокола была выпущена в 1981 году и стала самой широко используемой.
Пример такого IP-адреса:
Главная проблема протокола – ограниченность возможных адресов. Несмотря на то что их более четырех миллиардов (4 294 967 296), этого не хватает для всех устройств, выходящих в сеть.
IPv6
В 1996 году была представлена шестая версия IP-протокола, которая должна была решить проблемы предыдущей четвертой версии. Длина адреса, используемая в IPv6, составляет уже 128 бит.
Пример такого IP-адреса:
21DA:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF:FE28:9C5A
Согласно статистике Google на октябрь 2018 года, IPv6 составляет около 25% в сетевом трафике. Переход на новую версию протокола тормозит необходимость реорганизации сетей и замены оборудования.
Виды IP-адресов
Все IP-адреса классифицируются по нескольким критериям.
По способу использования:
внешние. Используются в глобальных сетях. Именно данный тип айпи-адресов позволяет владельцам сайтов отслеживать статистику посещений, определять характеристики посетителей, выполнять аналитику;
внутренние. Используются внутри локальной (частной) сети. Такой адрес нельзя применять в глобальных системах. Отследить его могут только участники этой же сети.
Из-за ограниченности количества внешних IP-адресов зачастую применяют технологию NAT (Network Address Translation), которая преобразует внутренние идентификаторы во внешние.
По способу определения:
статические (постоянные). Каждому узлу присваивается свой идентификатор на неограниченное время. Один адрес используется только на одном устройстве. Отследить такого пользователя легко;
динамические (непостоянные). Идентификаторы присваиваются на ограниченное время – от начала до конца сессии. Один адрес может использоваться неограниченное число раз разными устройствами. При завершении сессии айпи становится свободным и может быть присвоен другому узлу. Отслеживание пользователей с динамическими IP-адресами затруднительно. Для этого необходим специальный инструмент.
Маски подсети
Маска подсети используется для определения того, какие биты являются частью адреса сети, а какие — частью адреса хоста (для этого применяется логическая операция «И»). Маска подсети включает в себя 32 бита. Если бит в маске подсети равен 1, то соответствующий бит IP-адреса является частью адреса сети. Если бит в маске подсети равен 0, то соответствующий бит IP-адреса является частью адреса хоста.
| IP-адрес (десятичный) | 192 | 168 | 1 | 2 |
|---|---|---|---|---|
| IP-адрес (двоичный) | 11000000 | 10101000 | 00000001 | 00000010 |
| Маска подсети (десятичная) | 255 | 255 | 255 | 0 |
| Маска подсети (двоичная) | 11111111 | 11111111 | 11111111 | 00000000 |
| Адрес сети (десятичный) | 192 | 168 | 1 | |
| Адрес сети (двоичный) | 11000000 | 10101000 | 00000001 | |
| Адрес хоста (десятичный) | 2 | |||
| Адрес хоста (двоичный) | 00000010 |
Маски подсети всегда состоят из серии последовательных единиц, начиная с самого левого бита маски, за которой следует серия последовательных нулей, составляющих в общей сложности 32 бита.
| 1-ый октет | 2-ой октет | 3-ий октет | 4-ый октет | Десятичная | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8-битная маска | 11111111 | 00000000 | 00000000 | 00000000 | 255.0.0.0 |
| 16-битная маска | 11111111 | 11111111 | 00000000 | 00000000 | 255.255.0.0 |
| 24-битная маска | 11111111 | 11111111 | 11111111 | 00000000 | 255.255.255.0 |
| 30-битная маска | 11111111 | 11111111 | 11111111 | 11111100 | 255.255.255.252 |
Как скрыть IP-адрес?
Существуют несколько способов сокрытия своего внешнего IP-адреса. Это нужно для анонимизации серфинга и других операций в Интернете. Некоторые способы простые, другие откровенно сложные для реализации среднестатистическим пользователем. Мы покажем основные четыре.
VPN-сервисы
Самый простой способ скрыть цифровые следы пребывания в Сети – использование VPN-сервисов, которые пропускают ваш адрес через один или несколько серверов, выдавая в общий доступ «левый» айпишник. Это практически полная анонимность в Сети. Таких сервисов множество, есть платные и бесплатные, простые и с расширенными пакетами услуг, медленно работающие и быстрые. Нужно выбирать под себя.
Суть функционирования VPN в предоставлении виртуального IP-адреса, при этом, исходный, внешний адрес будет скрыт от отслеживания. Сервера таких сервисов находятся по всему миру, наиболее продвинутые из них позволяют получить IP-адрес практически любой страны, находясь у себя дома. Особенностью использования VPN является относительно высокая скорость работы Интернета. Защита распространяется и на торрент-трекеры, хотя частенько эта услуга является дополнительной (защита P2P-подключений).
VPN-сервисы довольно легко использовать. Некоторые браузеры содержат встроенные анонимайзеры – Tor, Opera, Yandex и т. д. Также с их помощью можно использовать стриминговые сервисы, недоступные в вашей стране, а также получать доступ к заблокированным/запрещённым сайтам. Если установить профильную программу, то, независимо от использования браузера, ваше подключение к Сети по любым направлениям будет анонимным – нажали пару кнопок, и готово. Удобно и просто.
Смена IP-адреса через прокси
Тоже один из способов, правда, работает Интернет в этом случае очень медленно, а также не дружит с торрентами. Прокси-сервера, в отличие от VPN, не шифруют трафик, увы. Такие подключения можно использовать для доступа к зарубежным стриминговым сервисам в обход географических ограничений, но низкая скорость соединения вряд ли позволит в полной мере насладиться всеми их преимуществами.
Tor – анонимный браузер
Tor – самый популярный выбор для тех, кто хочет бесплатно и предельно анонимно исследовать Сеть. Поддерживается силами волонтёров, скорость загрузки довольно низкая, зато можно получить доступ в Даркнет и прочие запрещённые уголки Сети. Браузер хорош для периодических вылазок в удалённые уголки Интернета, но не подходит для повседневного использования ввиду слабой скорости загрузки. Он полностью бесплатный, можно свободно качать и пользоваться.
Публичные точки Wi-Fi-доступа
Понятно, что при подключении к чужой сети у вас будет и чужой айпишник. Кафе по соседству и прочие заведения нередко раздают вайфай. Там его используют одновременно некоторое количество людей, поэтому определить, какие действия и кому принадлежат очень затруднительно. Минус в том, что такие места любят хакеры и просто злоумышленники, поэтому не стоит с чужого Wi-Fi работать с приложениями банкинга и другими важными приложениями. Лучше всего в комбинации с ним использовать какой-нибудь VPN. На всякий пожарный.
Маска подсети переменной длины VLSM
(Variable Length Subnet Mask)
Однако вскоре стало ясно, что подсети, несмотря на все их достоинства, обладают и недостатками. Так, определив однажды маску подсети, приходится использовать подсети фиксированных размеров. Скажем, у нас есть сеть 144.144.0.0/16 с расширенным префиксом /23.
Расширенный сетевой префикс
Рис. 5
Такая схема позволяет создать 2 7 подсетей размером в 2 9 узлов каждая. Это подходит к случаю, когда есть много подсетей с большим количеством узлов. Но если среди этих сетей есть такие, количество узлов в которых находится в пределах ста, то в каждой их них будет пропадать около 400 адресов.
Решение состоит в том, что бы для одной сети указывать более одного расширенного сетевого префикса. О такой сети говорят, что это сеть с маской подсети переменной длины (VLSM).
Действительно, если для сети 144.144.0.0/16 использовать расширенный сетевой префикс /25, то это больше бы подходило сетям размерами около ста узлов. Если допустить использование обеих масок, то это бы значительно увеличило гибкость применения подсетей.
Общая схема разбиения сети на подсети с масками переменной длины такова: сеть делится на подсети максимально необходимого размера. Затем некоторые подсети делятся на более мелкие, и рекурсивно далее, до тех пор, пока это необходимо.
Кроме того, технология VLSM, путем скрытия части подсетей, позволяет уменьшить объем данных, передаваемых маршрутизаторами. Так, если сеть 12/8 конфигурируется с расширенным сетевым префиксом /16, после чего сети 12.1/16 и 12.2/16 разбиваются на подсети /20, то маршрутизатору в сети 12.1 незачем знать о подсетях 12.2 с префиксом /20, ему достаточно знать маршрут на сеть 12.1/16.
Классовая адресация IP
Мы не будем рассматривать классовую адресацию IP, поскольку она устарела и больше практически не применяется. У неё были недостатки – она умела делить диапазоны IP адресов только на слишком громоздкие куски сети и поэтому пространства IP адресов использовались неэффективно. Применительно к сегодняшней модели адресации, выражения вроде «сеть класса A», «сеть класса B» и «сеть класса C» не несут особого смысла.
В настоящее время применяется бесклассовая адресация IP.
Как мы помним, каждый IP адрес состоит из 32 бит. В бесклассовой IP адресации идентификатор сети необязательно кратен октету (то есть 8 битам, 16 битам или 24 битам) как в случае с классовой схемой. Например, первые 13 бит могут представлять идентификатор сети, а оставшиеся 19 бит – идентификатор хостов.
Предположим, нам дан IP адрес 123.45.56.89 для которого известно, что первые 13 бит являются идентификатором сети. Наша задача – найти адрес сети.
Находим количество бит, оставшееся для идентификатора хостов:
Для поиска адреса сети (и для многих других операций связанных с вычислением IP адресов и диапазонов) удобнее использовать бинарную запись IP адреса, когда он разделён на 8-битные блоки.
С помощью ipcalc
или онлайн IP калькулятором преобразуем 123.45.56.89 в бинарную форму. Получаем, что IP 123.45.56.89 в бинарной форме это 01111011.00101101.00111000.01011001.
Поскольку мы уже выяснили, что 19 бит остаются для идентификации хостов, то мы просто заменяем последние 19 цифр нулями и получаем: 01111011.00101000.00000000.00000000 (тринадцать бит идентификатор сети + девятнадцать 0 бит для идентификатора хостов).
Теперь конвертируем обратно в соответствующие десятичные значения (можно сделать здесь). В результате мы получаем адрес сети 123.40.0.0. То есть эту подсеть можно записать как 123.40.0.0/13. Причём, если идентификатор хостов заменить всеми единицами, то мы получим последний IP адрес данного диапазона. В данном случае это будет 01111011.00101111.11111111.11111111. Конвертируем эту запись в привычный вид и получаем 123.47.255.255. То есть для IP адреса 123.45.56.89 с маской сети 13, блок можно записать как 123.40.0.0/13 или в виде диапазона как 123.40.0.0-123.47.255.255
Чтобы понимать, что такое маска сети в нотации СЕТЬ/МАСКА, нужно представить себе IP адрес в виде двоичного числа длиной 32 символа. Так вот, МАСКА — это количество первых чисел, которые не могут меняться для обозначения хостов. Например, при длине маски 15, выделенные полужирным биты не могут меняться для обозначения хостов 01111011.00101101.00111000.01011001.
Следовательно, чем длиннее маска, тем меньший размер блока IP. При максимальной маске /32, в подсети всего один IP адрес. При длине маски /24 в подсети будет 256 адресов. При маске /22 будет 1024 адресов.
Количество адресов в подсети можно посчитать по формуле 2 (32-длина маски) .
Как узнать чужой IP-адрес
С точки зрения закона о защите информации есть два способа — белый и серый. Первый актуален только при наличии e-mail-переписки (достаточно и одного письма от пользователя, чей айпи вы хотите узнать).
«Серый» способ получения чужого айпи предполагает отправку пользователю ссылки-ловушки, сгенерированной специальным сервисом. В случае перехода по ссылке из метаданных можно вытащить IP-адрес. Этот способ является серым, а не черным только потому, что законодатели до сих пор не определились, считать ли айпи персональными данными. Но мы придерживаемся мнения, что если пользователь не считает нужным сообщать свой IP, он хочет оставить эту информацию в тайне. Поэтому и не указываем названия сервисов-«ловушек».
