Как устроен IP-адрес – главный идентификатор в мире сетей TCP/IP
Если вы работали с компьютерами какое-то время, то, вероятно, сталкивались с IP-адресами – эти числовые последовательности, которые выглядят примерно как 192.168.0.15. В большинстве случаев нам не нужно иметь дело с ними напрямую, поскольку наши устройства и сети заботятся об их обработке «за кулисами». Когда же нам приходится иметь с ними дело, мы часто просто следуем инструкциям о том, какие и где вписать цифры. Но, если вы когда-либо хотели погрузиться немного глубже в то, что означают эти цифры, эта статья для вас.
Зачем вам это нужно? Понимание того, как работают IP-адреса, жизненно важно, если вы когда-нибудь захотите устранить неполадки в вашей домашней сети или понять, почему конкретное устройство не подключается так, как вы ожидаете. И если вам когда-либо понадобится создать нечто более продвинутое, такое как хостинг игрового сервера или медиа-сервер, к которому могут подключаться друзья из интернета, вам нужно будет что-то знать об IP-адресации. Плюс, это немного увлекательно.
В этой статье мы расскажем об основах IP-адресации, о том, что хотели бы знать люди, которые используют IP-адреса, но никогда не задумывались об их структуре. Мы не собираемся освещать некоторые из более продвинутых или профессиональных уровней, таких как классы IP, бесклассовая маршрутизация и пользовательская подсеть. но вы легко найдёте источники для дальнейшего чтения.
Виды IP-адресов
Все адреса протоколов можно поделить на две группы:
Внутренние («серые» – относятся к локальным сетям).
Внешние («белые» – относятся к глобальным сетям).
В первом случае IP-адрес доступен лишь участникам сети. Это может быть, допустим, группа рабочих компьютеров. Они могут спокойно взаимодействовать между собой, используя внутренние айпи, но не могут взаимодействовать с компьютерами вне данной сети.
Во втором случае IP присваивается при подключении к глобальной сети Интернет. Он является публичным и доступен всем. Он аналогичен предыдущему виду, только его зона влияния значительно больше – это Всемирная паутина.
Все адреса интернет-протоколов делятся еще на два типа:
Первые – это неизменные (постоянные) адреса. Они не меняются, даже когда компьютер перезагружается или выходит из Сети. Присваиваются такие айпи либо самими пользователями в настройках устройств, либо автоматически при подключении. Они используются для более безопасной передачи данных, в решении задач, связанных с информационными технологиями, для получения доступа к некоторым сервисам и т. д.
Вторые – это изменяемые (непостоянные) адреса. Они даются на время (от начала и до завершения сессии). При каждом новом подключении устройству автоматически будет присваиваться новый. Старый при этом может достаться другому участнику сети. Отследить компьютер с динамическим IP-адресом гораздо сложнее.
Бесклассовая адресация
Со второй половины 90-х годов XX века классовая маршрутизация повсеместно вытеснена бесклассовой маршрутизацией, при которой количество адресов в сети определяется только и исключительно маской подсети.
- eсли весь IP-адрес состоит только из двоичных нулей, то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет; этот режим используется только в некоторых сообщениях ICMP;
- eсли в поле номера сети стоят только нули, то по умолчанию считается, что узел назначения принадлежит той же самой сети, что и узел, который отправил пакет;
- eсли все двоичные разряды IP-адреса равны 1, то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник этого пакета. Такая рассылка называется ограниченным широковещательным сообщением (limited broadcast);
- eсли в поле номера узла назначения стоят только единицы, то пакет, имеющий такой адрес, рассылается всем узлам сети с заданным номером сети. Например, в сети 192.190.21.0 с маской 255.255.255.0 пакет с адресом 192.190.21.255 доставляется всем узлам сети этой сети. Такая рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast).
Номера портов
Для идентификации узлов сети протокол IP использует IP-адреса, а транспортный уровень (уровень 4) использует конечные точки для идентификации приложения. Чтобы указать конечную точку приложения, протоколы TCP и UDP вместе с IP-адресом используют номер порта.
Сервер должен предоставить известную конечную точку, с которой мог бы соединиться клиент, хотя номер порта может создаваться для клиента динамически. Номера портов TCP и UDP имеют длину 16 битов, их можно подразделить на три категории:
Системные (известные) номера портов
Пользовательские (зарегистрированные) номера портов
Динамические, или частные, порты
Системные номера портов находятся в диапазоне от 0 до 1023. Эти номера должны использоваться только системными, привилегированными процессами. Широко известные протоколы пользуются номерами портов, установленными по умолчанию из этого диапазона.
Пользовательские номера портов находятся в диапазоне от 1024 до 49151. Ваше серверное приложение обычно будет занимать один из этих портов, и вы, если захотите сделать его известным сообществу пользователей Интернета, сможете зарегистрировать номер порта в IANA.
Динамические номера портов принимают значения из диапазона от 49 152 до 65 535. Если не требуется знать номер порта до запуска приложения, подойдет порт в этом диапазоне. Клиентские приложения, которые соединяются с серверами, могут использовать такой порт.
Запустив утилиту netstat с опцией -а, мы увидим перечень всех используемых в данный момент портов и указание о состоянии соединения — находится ли соединение в состоянии прослушивания или соединение уже было установлено:
В файле services из каталога system32driversetc перечислены многие предопределенные пользовательские и системные номера портов. Если порт содержится в перечне этого файла, то утилита netstat вместо номера порта отобразит имя протокола.
2.4. Протоколы передачи данных
Для того чтобы передача информации от одного компьютера к другому не занимала сеть надолго, файлы по сети передаются небольшими порциями — пакетами.
Передаваемые пакеты постепенно добираются до своего адресата, попадая с одного сервера на другой, причём на каждом сервере производится операция маршрутизации, т. е. определение адреса следующего сервера, наиболее близкого к получателю, на который можно переслать этот пакет (рис. 4.4). Маршрутизацию пакетов позволяет осуществлять протокол IP.
Рис. 4.4. Пакетная передача данных
Так как пакеты передаются независимо друг от друга, каждый пакет может дойти до адресата по своему пути. На конечном пункте все пакеты собираются в один файл. Если какого-либо пакета не хватает, компьютер-адресат посылает запрос на компьютер-отправитель с сообщением, какой пакет отсутствует. Нужный пакет заново посылается адресату. Установление надёжной передачи сетевых пакетов между двумя компьютерами обеспечивает протокол TCP.
Более полное представление о том, как передаётся информация в Интернете, вы можете получить, познакомившись с анимационными роликами «Протокол IP» (192655), «Сетевой уровень. IP-маршрутизация» (192947), «Демонстрация протокола ТСР» (192744), размещёнными в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов.
Таким образом, все сети, которые подключаются к Интернету, используют для соединения протоколы:
• TCP (Transmission Control Protocol) — транспортный протокол;
• IP (Internet Protocol) — протокол маршрутизации.
Как правило, эти протоколы используются вместе и практически неотделимы друг от друга. Поэтому для них используется термин «протокол TCP/IP».
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Версии IP
В сентябре 1981 года появился первый стандарт интернет-протокола (IP) IPv4, который положил начало современной сети Интернет. Ipv4 IP-адрес имеет вид: 192.168.50.1 .
Подробнее этот формат разобран выше.
Интернет с 1980-х годов начал стремительно расти, поэтому появилась угроза истощения пула возможных адресов – их просто не хватило бы на все сети и узлы. Поэтому в 1995 году появился формат IPv6, при котором длина IP-адреса возросла с 32 до 128 бит, а десятичная система сменилась шестнадцатеричной.
IP-адрес IPv6 состоит из 16 октетов (8 блоков по 2 октета), раздёленных двоеточиями. В полном виде запись IPv6 выглядит следующим образом: 2001:0bd7:0ccf:0006:0000:0000:012f:002d .
Адрес IPv6 можно сжать, исключив нули из записи. Сокращенная форма IPv6: 2001:bd7:ccf:12f:2d .
Развитие IPv6
Новый формат IP-адреса развивается сравнительно медленно. Первое внутреннее внедрение произошло у Google ещё в 2008, тогда протокол прошёл успешное тестирование. 6 июня 2012 года совершился повсеместный запуск IPv6.
Кстати. Число возможно доступных IPv6 адресов равняется 340 ундециллионам (ундециллион – число с 36 нулями). Для сравнения, в формате IPv4 этот показатель не превышает отметки 3,4 миллиона IP-адресов.
Многие провайдеры стали предоставлять пользователям услуги с использованием новой технологии, поэтому доля трафика IPv6 к 2020 году составила 30% по всему миру. В России доля трафика IPv6 составляет 4.5%, но постепенно увеличивается. Основным фактором, замедляющим процесс внедрения IPv6, является необходимость замены оборудования провайдеров на более новое, что несёт дополнительные затраты.
Заключение
Мы закончили рассматривать IP адреса, протокола IPv4 у нас есть 3 типа адресов:
- Индивидуальный — адрес компьютера
- Групповой — адрес нескольких компьютеров
- Широковещательный — адрес для всех компьютеров сети, а не во всем интернете.
IP адреса должны быть уникальны во всем мире, поэтому нельзя использовать любой IP адрес? необходимо получать разрешение на использование. Этим занимается Корпорация Интернет ICANN для распределение имен и номеров, поэтому нужно обращаться к ней. Если вы строите сеть, которую не подключаете к Интернет, можно использовать любой IP адрес из диапазона частных IP адресов. Важно понимать что адреса IPv4 уже почти закончились, и необходимо переходить на протокол версия IPv6, либо использовать технологию NAT для подключению Интернету.
