IP адрес
IP-адрес (Internet Protocol Address, айпи адрес) – это уникальный числовой идентификатор конкретного устройства в составе компьютерной сети, построенной на основе протокола TCP/IP. В этом и есть его основная функция. Для работы в Интернете требуется его глобальная уникальность. Для частной сети достаточно, чтобы были исключены совпадения в локальном пространстве.
Формат IP-адреса и как он выглядит
Правильный IP-адрес в сети Интернет может быть представлен в одном из двух цифровых форматов, который зависит от типа используемого протокола. В зависимости от того, к какому из этих типов принадлежит IP-адрес, будет понятно, сколько бит в нем.
Структура IP-адреса
Разберем, что обозначают цифры. В общем случае IP-адрес состоит из двух частей (ID-номеров): сети и конкретного узла в ее пределах. Чтобы отличать их в полной записи, используют классы или маски.
Для доступа к Интернет необходимо, чтобы IP принадлежал к другому блоку или в пределах локальной сети существовал сервер, на котором происходит подмена внутреннего адреса на внешний. С этой целью используются прокси или NAT. Для доступа к Интернету адрес выдается провайдером или региональным интернет-регистратором.
По умолчанию маршрутизатор может входить в несколько разных сетей. Каждый его порт имеет персональный IP-адрес. Соответственно, такой же принцип работы применим к конкретным компьютерам, которые могут поддерживать различное число сетевых связей.
Типы IP-адресов
В зависимости от способа использования
Внешний. Он же «белый», публичный или глобальный. Используется во время доступа в Интернет. Такой IP-адрес является уникальным и именно под ним устройство видят в сети. Так как количество таких идентификаторов ограничено, задействуют технологию NAT. Она позволяет транслировать сетевые IP-адреса из частных в публичные. Для этого применяются маршрутизаторы определенного типа.
По внешним IP-адресам многие интернет-сервисы отслеживают новых и вернувшихся пользователей. Это позволяет собирать статистику и делать аналитику, важную для продвижения сайта.
Внутренний. Он же «серый», локальный или частный IP-адрес источника. Не используется во время доступа в Интернет. Работает только в пределах локальной сети (домашней или предоставленной провайдером), и доступ к нему можно получить только другим ее участникам. Для этой цели по умолчанию зарезервированы следующие диапазоны частных IP-адресов:
Необходимо понимать, что не всегда внешний IP-адрес является постоянным. Наоборот, IP часто формируется заново от одного подключения к другому.
В зависимости от вариантов определения
Статические. Это IP-адреса, являющиеся неизмененными (постоянными). Они назначаются устройству автоматически в момент его присоединения к компьютерной сети или прописываются пользователем вручную. Статические адреса доступны для использования неограниченное время. Они могут выполнять функцию идентификатора только для одного сетевого узла. Также иногда используется понятие псевдостатических адресов, которые работают в пределах одной частной сети.
Динамические. Это те IP-адреса, которые выдаются устройству на время. Они автоматически присваиваются в момент подключения к сети и имеют ограниченный срок действия (от начала сессии до ее завершения). Динамические IP-адреса – своеобразный способ маскировки. Отследить человека, выходящего в Интернет с помощью такого адреса, сложно технически, в этом случае не обойтись без профессиональных инструментов.
Что дает статический IP-адрес
Статический IP-адрес полезен благодаря следующим возможностям:
Как узнать IP-адрес
Зачем знать свой реальный IP-адрес? Он понадобится вам для того, чтобы начать работать с некоторыми сервисами, требующими его указания вручную. Каким образом получить информацию об IP? Есть как минимум два способа:
Помните, что вместе с IP-адресом другим устройствам (и, соответственно, лицам) будет доступна и иная информация, а именно: названия и данные провайдера интернет-услуг, название и версия установленной операционной системы и браузера, географическая привязка. Сторонние сервисы видят, используете ли вы прокси-сервер или средства защиты данных.
IP-адрес — что это такое, как его посмотреть и изменить
Содержание:
В мире доминируют сети с IP-адресацией, самая крупная из которых – Интернет. Устройства, начиная от bluetooth-гаджетов и заканчивая компьютерами, имеют собственный IP-адрес, который служит определяющей меткой в сетевом пространстве.
Понимание того, как работает IP-адрес, является основой системного администрирования. Это базовые знания, которые нужны в реальном мире для простейшей конфигурации сетей как в домашней, так и корпоративной среде.
В этой статье расскажем простыми словами, что такое IP-адрес, какова его структура и предназначение, а также — как посмотреть IP-адрес несколькими способами. Затронем тему безопасности в IP-сетях, приведём примеры основных угроз и способы защиты от них.
Что такое IP-адрес
IP-адрес (IP от англ. Internet Protocol) — цифровой идентификатор, присваиваемый устройству, которое работает в условиях публичной или локальной сети на основе стека протоколов TCP/IP. Без него невозможно существование Интернета или какой-либо внутренней IP-сети.
Сравнить IP-адрес можно с номером телефона или адресом дома – и тот, и тот указывают на объект. Как человек звонит собеседнику по номеру, так и компьютер обращается к другому устройству по IP-адресу.
Структура IP-адреса
Разберём структуру IP-адреса на примере самого первого и распространённого интернет-протокола IPv4.
IP-адрес IPv4 имеет 32-битную (4 байта) структуру. Он разделён на 4 части, каждая из которых состоит из 8 бит (1 байт) и называется октетом. Каждый бит IP-адреса – цифра двоичной системы.
При преобразовании октета с двоичной системы в десятеричную получается одно число со значением от 0 до 255.
Маска подсети
Устройства различают части IP-адреса при помощи маски подсети – 32-битной строки, разделённой на 4 октета, как и IP-адрес. При установке соединения каждый октет IP-адреса сопоставляется с октетом маски подсети.
В примере маска IP-адреса указана в десятичном представлении и содержит числа «255» и «0». Первое отвечает за идентификацию сети, а второе за обозначение конечного узла.
Классы IP-адресов
IP-адрес в классовой архитектуре сетевой адресации состоит из двух частей:
Важно! В связи с ограниченностью ресурса адресов IPv4, в настоящее время классовая адресация почти перестала использоваться. Ей на смену пришла технология бесклассовой междоменной маршрутизации (Classless Inter-Domain Routing, CIDR). Бесклассовая адресация более экономно использует диапазон адресов IPv4, так как в ней нет строгой привязки масок подсети к адресам подсети.
TCP/IP
Любая сеть с IP-адресацией построена на основе TCP/IP – модели, включающей в себя стек протоколов, применяемых при передаче данных по сети. Основными протоколами являются TCP и IP, но имеется и масса других вариантов.
Уровни TCP/IP
Сетевое расположение IP-адресов
Уникальные IP-адреса, которые назначаются специальными организациями (например, Интернет-провайдером), называются внешними, белыми или публичными. Публичные IP-адреса применяются для получения доступа к Интернету и осуществления взаимодействия с другими узлами через публичную сеть. Устройство с внешним IP-адресом видно другим пользователям в Интернете.
Кроме того, существуют частные IP-адреса, именуемые также серыми или внутренними. Серые IP-адреса назначаются устройствам в локальной сети и не видны в Интернете. К примеру, можно представить дом, в котором к WI-FI роутеру подключено несколько устройств. Все они объединены в одну сеть и имеют серые IP-адреса.
| Публичные IP-адреса | Частные IP-адреса |
| Глобальный (внешний) охват. | Местный (внутренний) охват. |
| Используются для соединений через Интернет за пределами частной сети. | Используется для связи с другими устройствами в частной сети. |
| Уникальный числовой код, не используемый другими устройствами. | Неуникальный числовой код, который может использоваться другими устройствами в других частных сетях. |
| Можно узнать по поисковому запросу типа: «Мой IP-адрес» («What is my IP»). | Можно найти во внутренних настройках устройства. |
| Назначаются интернет-провайдером. | Присваиваются маршрутизатором конкретному устройству. |
| Платные. | Бесплатные. |
| Может использоваться любое число, не входящее в диапазон частных IP-адресов. | 10.0.0.0 — 10.255.255.255 172.16.0.0 — 172.31.255.255 192.168.0.0 — 192.168.255.255 |
| Пример: 8.8.8.8. | Пример: 10.11.12.13 |
Присвоение IP-адресов
Динамическое назначение
При подключении к сети через протокол динамической настройки узла (DHCP / Dynamic Host Configuration Protocol) все параметры стека TCP/IP автоматически устанавливаются на устройстве. Узлу назначается динамический IP-адрес, который меняется на другой при переподключении устройства. Диапазон IP-адресов указывается на сервере DHCP.
Статическое назначение
Статический IP-адрес присваивается вручную и не изменяется при переподключении к сети. Этот тип присваивания используется на устройствах, доступ к которым должен производится по одному адресу (например, на серверах).
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.
DNS и IP-адрес
Путешествуя по Интернету, пользователь устанавливает соединение через браузер с другими серверами в основном не по IP-адресу, а с помощью доменного имени. Система доменных имён (DNS) служит для перенаправления на постоянный IP-адрес конечного веб-ресурса. Говоря простыми словами, она преобразовывает буквенные значения доменного имени в цифры IP-адреса.
Например, чтобы попасть на сайт поисковика Google, не нужно вводить сложный в запоминании числовой адрес «74.125.131.100». Достаточно набрать в адресной строке доменное имя «.google.com».
За осуществление подобной переадресации отвечает DNS-сервер, который работает согласно информации из DNS-записей. Продолжая «телефонную» аналогию можно сказать, что если IP-адрес — это номер телефона, то сервер DNS — это телефонная книга, содержащая все подобные номера.
Домены от Eternalhost — быстрый и выгодный способ получить имя для веб-ресурса! Статус LIR, широкий выбор популярных зон, возможность продления по цене покупки, бесплатный DNS-хостинг.
Как узнать IP-адрес
Определить IP-адрес используемого устройства можно при помощи поискового запроса в браузере вида «мой ip-адрес» («What is my IP»). Многие сервисы, такие как Whoer, 2ip и WhiteWhois, проверяют идентификатор IP-адреса и предоставляют более подробную информацию о пользователе (например, название провайдера или примерное местоположение устройства).
В локальной сети адрес устройства указывается в настройках операционной системы, поэтому прибегать к внешними инструментам не требуется. Определить локальный IP-адрес можно следующими способами.
Анонимность и безопасность
«Вычислю по IP»
Это скорее миф, чем реальная угроза. Среди пользователей существует заблуждение, что злоумышленник может отследить человека, узнав его внешний IP-адрес. На деле не всё так просто — информация о клиентах находится в безопасности у провайдера. Доступ к личным данным такого рода могут получить только органы государственной безопасности.
Единственное, что можно узнать по IP-адресу, так это местоположение оборудования провайдера. А такая информация указывает лишь на примерную геолокацию пользователя с точностью до страны и города.
Атака сетевого устройства
Злоумышленник может обнаружить IP-адрес устройства и просканировать его на наличие потенциальных дыр в безопасности. В качестве последних могут выступать брандмауэры со слабой защитой. Также существуют программы, которые прослушивают внешние порты (например, SSH, VNC, HTTP, RDP) устройства пользователя на предмет уязвимостей.
Атаки сетевых устройств проводятся как через Интернет, так и по локальной сети. Иногда спасает использование DHCP — IP-адрес меняется при переподключении, поэтому злоумышленнику приходится заново искать IP и начинать атаку.
Фиксация деятельности со стороны провайдера
Интернет-провайдер выступает в роли посредника и может анализировать сетевой трафик. Данные, передающиеся через незашифрованные протоколы (например, HTTP, FTP), разбираются без проблем. При использовании защищённых вариантов (HTTPS, SFTP, SSH) передаётся информация только об адресе или домене конечного сервера.
Способы защиты IP-адреса
От перечисленных угроз может обезопасить использование сети TOR, прокси или VPN. Представленные типы защиты выполняют скрытие IP-адреса, что анонимизирует деятельность пользователя в сети.
Сеть TOR работает по принципу «луковичной маршрутизации», когда пользовательский трафик перенаправляется через несколько серверов-посредников и выходит в Интернет. Публичный IP-адрес пользователя постоянно меняется, что анонимизирует деятельность и не позволяет отследить трафик. Начать использование сети TOR можно, скачав официальный браузер Tor Browser, который, помимо маршрутизации, блокирует отслеживающие трекеры интернет-ресурсов.
Прокси и VPN работают схоже. Трафик перенаправляется через сервер (или несколько серверов) и выходит в Интернет с подменой IP-адреса. Технология VPN, в отличие от прокси, шифрует данные по пути от пользователя до сервера-посредника, поэтому считается лучшим вариантом в плане безопасности.
Как изменить IP-адрес
Локальная сеть
Изменение IP-адреса выполняется через настройки операционной системы. Далее будут приведены два способа изменения сетевого идентификатора на примере операционных систем Windows и Linux.
Windows
Далее нужно перейти в свойства необходимого сетевого интерфейса и в появившемся окне открыть свойства компонента «Протокол Интернета версии 4 (TCP/IPv4)». В разделе «Общие» остаётся назначить статический IP-адрес, заполнив все необходимые поля.
Linux
Необходимо выбрать сетевой интерфейс и запомнить его наименование. Теперь стоит ввести следующую команду, чтобы назначить другой IP-адрес:
В приведенном примере:
Глобальная сеть
Многие провайдеры используют динамическое назначение IP-адреса, поэтому достаточно перезагрузить маршрутизатор (роутер) для смены сетевого идентификатора.
Если назначен белый IP, то варианты решения проблемы уже другие:
Первые два способа были описаны выше – эти варианты являются наиболее простыми. Обращение к провайдеру является крайним вариантом – потребуется совершить звонок по номеру телефона горячей линии или сделать запрос на получение IP-адреса в ближайшем филиале.
Заключение
В основе Интернета и любой IP/TCP сети лежит IP-адресация. Каждый системный администратор должен знать её основы для построения сетей как в домашней, так и в корпоративной среде.
Не стоит забывать и о безопасности, ведь плохо сконфигурированная сеть имеет уязвимости, позволяющие злоумышленнику нарушить работу подключения или получить доступ к личной информации.
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 чего нужны IP адреса?
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.
Структура IP адреса
IP-адрес представляет собой серию из 32 двоичных бит (единиц и нулей). Человеку прочесть двоичный IP-адрес очень сложно. Поэтому 32 бита группируются по четыре 8-битных байта, в так называемые октеты. Читать, записывать и запоминать IP-адреса в таком формате людям сложно. Чтобы облегчить понимание, каждый октет IP-адреса представлен в виде своего десятичного значения. Октеты разделяются десятичной точкой или запятой. Это называется точечно-десятичной нотацией.
При настройке IP-адрес узла вводится в виде десятичного числа с точками, например, 192.168.1.5. Вообразите, что вам пришлось бы вводить 32-битный двоичный эквивалент адреса — 11000000101010000000000100000101. Если ошибиться хотя бы в одном бите, получится другой адрес, и узел, возможно, не сможет работать в сети.
Структура 32-битного IP-адреса определяется межсетевым протоколом 4-ой версии (IPv4). На данный момент это один из самых распространенных в Интернете типов IP-адресов. По 32-битной схеме адресации можно создать более 4 миллиардов IP-адресов.
Получая IP-адрес, узел просматривает все 32 бита по мере поступления на сетевой адаптер. Напротив, людям приходится преобразовывать эти 32 бита в десятичные эквиваленты, то есть в четыре октета. Каждый октет состоит из 8 бит, каждый бит имеет значение. У четырех групп из 8 бит есть один и тот же набор значений. Значение крайнего правого бита в октете – 1, значения остальных, слева направо – 2, 4, 8, 16, 32, 64 и 128.
Чтобы определить значение октета, нужно сложить значения позиций, где присутствует двоичная единица.
Таким образом, значение каждого из четырех октетов находится в диапазоне от 0 до 255.
Разделение IP адреса на сетевую и узловую части
Логический 32-битный IP-адрес представляет собой иерархическую систему и состоит из двух частей. Первая идентифицирует сеть, вторая — узел в сети. Обе части являются обязательными.
Например, если IP-адрес узла – 192.168.18.57, то первые три октета (192.168.18) представляют собой сетевую часть адреса, а последний октет (.57) является идентификатором узла. Такая система называется иерархической адресацией, поскольку сетевая часть идентифицирует сеть, в которой находятся все уникальные адреса узлов. Маршрутизаторам нужно знать только путь к каждой сети, а не расположение отдельных узлов.
Иерархическая структура IP-адресов
Другой пример иерархической сети – это телефонная сеть. В телефонном номере код страны, региона и станции составляют адрес сети, а оставшиеся цифры — локальный номер телефона.
При IP-адресации в одной физической сети могут существовать несколько логических сетей, если сетевая часть адреса их узла отличается. Пример. Три узла в одной физической локальной сети имеют одинаковую сетевую часть в своем IP-адресе (192.168.50), а три других узла — другую сетевую часть (192.168.70). Три узла с одной сетевой частью в своих IP-адресах имеют возможность обмениваться данными друг с другом, но не могут обмениваться информацией с другими узлами без использования маршрутизации. В данном случае имеем одну физическую сеть и две логические IP-сети.
Сетевая и узловая части IP адреса
Классы IP адресов и маски подсети по умолчанию
IP-адрес и маска подсети совместно определяют то, какая часть IP-адреса является сетевой, а какая — соответствует адресу узла.
IP-адреса делятся на 5 классов. К классам A, B и C относятся коммерческие адреса, присваиваемые узлам. Класс D зарезервирован для многоадресных рассылок, а класс E – для экспериментов.
В адресах класса C сетевая часть состоит из трех октетов, а адрес узла – из одного. Выбранная по умолчанию маска подсети состоит из 24 бит (255.255.255.0). Адреса класса C обычно присваиваются небольшим сетям.
В адресах класса B сетевая часть и адрес узла состоят из двух октетов. Выбранная по умолчанию маска подсети состоит из 16 бит (255.255.0.0). Обычно эти адреса используются в сетях среднего размера.
В адресах класса A сетевая часть состоит всего из одного октета, остальные отведены узлам. Выбранная по умолчанию маска подсети состоит из 8 бит (255.0.0.0). Обычно такие адреса присваиваются крупным организациям.
Класс адреса можно определить по значению первого октета. Например, если значение первого октета IP-адреса находится в диапазоне от 192 до 223, то это адрес класса C. Например, адрес 200.14.193.67 относится к классу С.
Классовая и бесклассовая адресация
Классовая IP адресация — это метод IP-адресации, который не позволяет рационально использовать ограниченный ресурс уникальных IP-адресов, т.к. не возможно использование различных масок подсетей. В классовом методе адресации используется фиксированная маска подсети, поэтому класс сети (см. выше) всегда можно идентифицировать по первым битам.
Бесклассовая IP адресация (Classless Inter-Domain Routing — CIDR) — это метод IP-адресации, который позволяет рационально управлять пространством IP адресов. В бесклассовом методе адресации используются маски подсети переменной длины (variable length subnet mask — VLSM).
Возможные значения маскок подсети при бесклассовом методе адресации (широко применяется в современных сетях):
| Всего адресов | битов | Префикс | Класс | Десятичная маска |
| 1 | 0 | /32 | 255.255.255.255 | |
| 2 | 1 | /31 | 255.255.255.254 | |
| 4 | 2 | /30 | 255.255.255.252 | |
| 8 | 3 | /29 | 255.255.255.248 | |
| 16 | 4 | /28 | 255.255.255.240 | |
| 32 | 5 | /27 | 255.255.255.224 | |
| 64 | 6 | /26 | 255.255.255.192 | |
| 128 | 7 | /25 | 255.255.255.128 | |
| 256 | 8 | /24 | 1C | 255.255.255.0 |
| 512 | 9 | /23 | 2C | 255.255.254.0 |
| 1024 | 10 | /22 | 4C | 255.255.252.0 |
| 2048 | 11 | /21 | 8C | 255.255.248.0 |
| 4096 | 12 | /20 | 16C | 255.255.240.0 |
| 8192 | 13 | /19 | 32C | 255.255.224.0 |
| 16384 | 14 | /18 | 64C | 255.255.192.0 |
| 32768 | 15 | /17 | 128C | 255.255.128.0 |
| 65536 | 16 | /16 | 1B | 255.255.0.0 |
| 131072 | 17 | /15 | 2B | 255.254.0.0 |
| 262144 | 18 | /14 | 4B | 255.252.0.0 |
| 524288 | 19 | /13 | 8B | 255.248.0.0 |
| 1048576 | 20 | /12 | 16B | 255.240.0.0 |
| 2097152 | 21 | /11 | 32B | 255.224.0.0 |
| 4194304 | 22 | /10 | 64B | 255.192.0.0 |
| 8388608 | 23 | /9 | 128B | 255.128.0.0 |
| 16777216 | 24 | /8 | 1A | 255.0.0.0 |
| 33554432 | 25 | /7 | 2A | 254.0.0.0 |
| 67108864 | 26 | /6 | 4A | 252.0.0.0 |
| 134217728 | 27 | /5 | 8A | 248.0.0.0 |
| 268435456 | 28 | /4 | 16A | 240.0.0.0 |
| 536870912 | 29 | /3 | 32A | 224.0.0.0 |
| 1073741824 | 30 | /2 | 64A | 192.0.0.0 |
| 2147483648 | 31 | /1 | 128A | 128.0.0.0 |
| 4294967296 | 32 | /0 | 256A | 0.0.0.0 |
Назначение маски подсети
Каждый IP-адрес состоит из двух частей. Как узлы определяют, где сетевая часть, а где адрес узла? Для этого используется маска подсети.
При настройке IP узлу присваивается не только IP-адрес, но и маска подсети. Как и IP-адрес, маска состоит из 32 бит. Она определяет, какая часть IP-адреса относится к сети, а какая – к узлу.
Маска сравнивается с IP-адресом побитно, слева направо. В маске подсети единицы соответствуют сетевой части, а нули — адресу узла.
Отправляя пакет, узел сравнивает маску подсети со своим IP-адресом и адресом назначения. Если биты сетевой части совпадают, значит, узлы источника и назначения находятся в одной и той же сети, и пакет доставляется локально. Если нет, отправляющий узел передает пакет на интерфейс локального маршрутизатора для отправки в другую сеть.
В домашних офисах и небольших компаниях чаще всего встречаются следующие маски подсети: 255.0.0.0 (8 бит), 255.255.0.0 (16 бит) и 255.255.255.0 (24 бита). В маске подсети 255.255.255.0 (десятичный вариант), или 11111111.11111111.1111111.00000000 (двоичный вариант) 24 бита идентифицируют сеть, а 8 — узлы в сети.
Чтобы вычислить количество возможных сетевых узлов, нужно взять число два (2) в степени количества отведенных для них бит (2 ^ 8 = 256). Из полученного результата необходимо вычесть 2 (256-2). Дело в том, что состоящая из одних единиц (1) отведенная узлам часть IP-адреса предназначена для адреса широковещательной рассылки и не может принадлежать одному узлу. Часть, состоящая только из нулей, является идентификатором сети и тоже не может быть присвоена конкретному узлу. Возвести число 2 в степень без труда можно с помощью калькулятора, который есть в любой операционной системе Windows.
Иначе допустимое количество узлов можно определить, сложив значения доступных бит (128+64+32+16+8+4+2+1 = 255). Из полученного значения необходимо вычесть 1 (255-1 = 254), поскольку значение всех бит отведенной для узлов части не может равняться 1. 2 вычитать не нужно, поскольку сумма нулей равна нулю и в сложении не участвует.
В 16-битной маске для адресов узлов отводится 16 бит (два октета), и в одном из них все значения могут быть равны 1 (255). Это может быть и адрес широковещательной рассылки, но если другой октет не состоит из одних единиц, адрес можно использовать для узла. Не забывайте, что узел проверяет значения всех бит, а не значения одного октета.
Взаимодействие IP-адреса и маски подсети
Публичные и частные IP-адреса
Всем узлам, подключенным непосредственно к Интернету, необходим уникальный публичный IP-адрес. Поскольку количество 32-битных адресов конечно, существует риск, что их не хватит. В качестве одного из решений было предложено зарезервировать некоторое количество частных адресов для использования только внутри организации. В этом случае внутренние узлы смогут обмениваться данными друг с другом без использования уникальных публичных IP-адресов.
В соответствии со стандартом RFC 1918 было зарезервировано несколько диапазонов адресов класса A, B и C. Как видно из таблицы, в диапазон частных адресов входит одна сеть класса A, 16 сетей класса B и 256 сетей класса C. Таким образом, сетевые администраторы получили определенную степень свободы в плане предоставления внутренних адресов.
В очень большой сети можно использовать частную сеть класса A, где можно создать более 16 миллионов частных адресов.
В сетях среднего размера можно использовать частную сеть класса B с более чем 65 000 адресов.
В домашних и небольших коммерческих сетях обычно используется один частный адрес класса C, рассчитанный на 254 узла.
Одну сеть класса A, 16 сетей класса B или 256 сетей класса C могут использовать организации любого размера. Многие организации пользуются частной сетью класса A.
Узлы из внутренней сети организации могут использовать частные адреса до тех пор, пока им не понадобится прямой выход в Интернет. Соответственно, один и тот же набор адресов подходит для нескольких организаций. Частные адреса не маршрутизируются в Интернете и быстро блокируются маршрутизатором поставщика услуг Интернета.
При подключении сети предприятия, в которой используются частные адреса, к сети Internet необходимо обеспечить преобразование частных адресов в открытые. Такой процесс называется трансляцией сетевых адресов (Network Address Translation — NAT) и обычно выполняется маршрутизатором.
Частные адреса можно использовать как меру безопасности, поскольку они видны только в локальной сети, а посторонние получить прямой доступ к этим адресам не могут.
Кроме того, существуют частные адреса для диагностики устройств. Они называются адресами обратной связи. Для таких адресов зарезервирована сеть 127.0.0.0 класса А.
Адреса одноадресных, широковещательных и многоадресных рассылок
Помимо классов, IP-адреса делятся на категории, предназначенные для одноадресных, широковещательных или многоадресных рассылок. С помощью IP-адресов узлы могут обмениваться данными в режиме «один к одному» (одноадресная рассылка), «один ко многим» (многоадресная рассылка) или «один ко всем» (широковещательная рассылка).
Одноадресная рассылка
Адрес одноадресной рассылки чаще всего встречается в сети IP. Пакет с одноадресным назначением предназначен конкретному узлу. Пример: узел с IP-адресом 192.168.1.5 (источник) запрашивает веб-страницу с сервера с IP-адресом 192.168.1.200 (адресат).
Для отправки и приема одноадресного пакета в заголовке IP-пакета должен указываться IP-адрес назначения. Кроме того, в заголовке кадра Ethernet должен быть MAC-адрес назначения. IP-адрес и MAC-адрес — это данные для доставки пакета одному узлу.
Широковещательная рассылка
В пакете широковещательной рассылки содержится IP-адрес назначения, в узловой части которого присутствуют только единицы (1). Это означает, что пакет получат и обработают все узлы в локальной сети (домене широковещательной рассылки). Широковещательные рассылки предусмотрены во многих сетевых протоколах, например ARP и DHCP.
В сети класса C 192.168.1.0 с маской подсети по умолчанию 255.255.255.0 используется адрес широковещательной рассылки 192.168.1.255. Узловая часть – 255 или двоичное 11111111 (все единицы).
В сети класса B 172.16.0.0 с маской подсети по умолчанию 255.255.0.0 используется адрес широковещательной рассылки 172.16.255.255.
В сети класса A 10.0.0.0 с маской подсети по умолчанию 255.0.0.0 используется адрес широковещательной рассылки 10.255.255.255.
Для сетевого IP-адреса широковещательной рассылки нужен соответствующий MAC-адрес в кадре Ethernet. В сетях Ethernet используется MAC-адрес широковещательной рассылки из 48 единиц, который в шестнадцатеричном формате выглядит как FF-FF-FF-FF-FF-FF.
Многоадресная рассылка
Адреса многоадресных рассылок позволяют исходному устройству рассылать пакет группе устройств.
Устройства, относящиеся к многоадресной группе, получают ее IP-адрес. Диапазон таких адресов — от 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Поскольку адреса многоадресных рассылок соответствуют группам адресов (которые иногда называются группами узлов), они используются только как адресаты пакета. У источника всегда одноадресный адрес.
Адреса многоадресных рассылок используются, например, в дистанционных играх, в которых участвует несколько человек из разных мест. Другой пример — это дистанционное обучение в режиме видеоконференции, где несколько учащихся подключаются к одному и тому же курсу.
Как и одноадресным или широковещательным адресам, IP-адресам многоадресной рассылки нужен соответствующий MAC-адрес, позволяющий доставлять кадры в локальной сети. MAC-адрес многоадресной рассылки — это особое значение, которое в шестнадцатеричном формате начинается с 01-00-5E. Нижние 23 бита IP-адреса многоадресной группы преобразуются в остальные 6 шестнадцатеричных символов адреса Ethernet. Пример (см. рисунок) — шестнадцатеричное значение 01-00-5E-0F-64-C5. Каждому шестнадцатеричному символу соответствует 4 двоичных бита.
Сравнение протоколов IP версии 4 (IPv4) и IP версии 6 (IPv6)
Когда в 1980 году был утвержден стандарт TCP/IP, он основывался на схеме двухуровневой адресации, которая в то время давала необходимую масштабируемость. К сожалению, создатели TCP/IP не могли предположить, что их протокол станет основой для глобальной сети обмена информацией, сети развлечений и коммерции. Более двадцати лет назад в протоколе IP версии 4 (IPv4) была предложена стратегия адресации, которая, будучи вполне подходящей для того времени, привела к неэффективному распределению адресов.
Как показано на рис. ниже, адреса классов А и В покрывают 75% всего адресного пространства IPv4, но относительное число организаций, которые могли бы использовать сети этих классов, не превышает 17000. Сетей класса С значительно больше, чем сетей классов А и В, но количество доступных IP-адресов ограничивается всего 12,5% от их общего числа, равного 4 млрд.
К сожалению, в сетях класса С не может быть более 254 узлов, что не соответствует потребностям достаточно крупных организаций, но которые вместе с тем не настолько велики, чтобы получить адреса классов А и В. Даже если бы существовало больше адресов сетей классов А, В и С, слишком большое их число привело бы к тому, что маршрутизаторы сети Internet были бы вынуждены обрабатывать огромное количество таблиц маршрутизации, хранящих маршруты ко всем сетям.
Распределение адресов IPv4
Еще в 1992 году проблемная группа проектирования Internet (IETF) обнаружила две специфические проблемы:
За последние два десятилетия был разработан ряд технологий, расширяющих IPv4 и направленных для модернизации существующей 32-битовой схемы адресации. Две наиболее значительные из них — это маски подсетей и маршрутизация CIDR (Classless InterDomain Routing — бесклассовая междоменная маршрутизация).
Приблизительно в то же время была разработана и одобрена еще более расширяемая и масштабируемая версия технологии IP — IP версии 6 (IPv6). Протокол IPv6 использует для адресации 128 битов вместо 32-х битов в IPv4 (см. рис. ниже). В стандарте IPv6 используется шестнадцатеричная запись числа для представления 128-битовых адресов, и он позволяет использовать 16 млрд. IP-адресов. Эта версия протокола IP должна обеспечить необходимое количество адресов как на текущий момент, так и в будущем.
Для представления 128-битового адреса в протоколе IPv6 используется запись из восьми шестнадцатибитовых чисел, представляемых в виде четырех шестнадцатеричных цифр, как это показано на рис. ниже. Группы из четырех шестнадцатеричных цифр разделены двоеточиями, нули в старших позициях могут быть опущены.
Сравнение IPv4 и IPv6
Разработка и планирование технологии заняли годы, прежде чем протокол IPv6 постепенно начал использоваться в отдельных сетях. В перспективе стандарт IPv6 должен заменить IPv4 в качестве доминирующего протокола в сети Internet.
В данной статье описана только IP адресация, но не затронуты вопросы присвоения IP-адреса узлам в сети. В будущем я планирую восполнить и этот пробел.
