IP адрес: какво е, видове и как работи

Да предположим, че някой от нашите приятели иска да се срещне с нас, но не знае адреса ни. Той пита за адреса ни и ние му даваме нашия адрес: 02, Vidyapuri Road, Supaul, Bihar, India. След като му дадем адреса, той или тя може лесно да открие нашия адрес. Същото нещо се прави и в случай на интернет. На всяка мрежа се присвоява адрес.

IANA (Internet Assigned Numbers Authority) разпределя IP адреса. IANA отговаря за системата за IP адресиране

IP адресът е дълго двоично число, съставено от единици и нули. IPv4 адресът е дълъг 32 двоични цифри (или бита). IPv6 е с дължина 128 бита, което позволява използването на много повече IP адреси. Обикновено IP адресите се записват във вид, удобен за четене от човека, като 8 бита са групирани в един октет. IPv4 адресите обикновено се записват като група от четири числа. Всяко число може да има стойност от 0 до 255. IPv6 адресите се записват като група от осем шестнадесетични числа. Много IPv6 адреси съдържат много нули. Съществуват специални правила, според които в определени случаи тези нули не трябва да се изписват.

Определени IP адреси могат да бъдат присвоявани свободно в локалната мрежа. Тъй като не са уникални, те не се маршрутизират в интернет. Адресите, които могат да се присвояват свободно, се наричат частни IP адреси, а тези, които са уникални, се наричат публични. За да бъде маршрутизиран, частният адрес трябва да бъде трансформиран в публичен. Този процес на преобразуване между частни и публични адреси се нарича транслация на мрежови адреси или NAT. Маршрутизаторите и защитните стени често изпълняват и тази задача.

Съществуват три различни вида адреси:

• Unicast адреси: Адресът се присвоява на едно конкретно устройство. Това е най-често срещаният случай, повечето адреси са unicast адреси.
• Излъчвани адреси: адресират всички компютри в една и съща мрежа. В някои случаи това е полезно, например за автоматично получаване на нов адрес. Изпращачът изпраща данните веднъж, а устройствата, използвани за маршрутизиране на данните, правят копия при необходимост.
• Многоадреси: Този случай е подобен на случая с излъчването по-горе: Някои устройства се интересуват от получаването на определени данни и мрежата копира данните, когато е необходимо. Голямата разлика с горния случай на излъчване е, че всички устройства, свързани към мрежата за излъчване, виждат данните, изпратени чрез излъчване. При мултикаст устройствата трябва да се абонират, за да виждат дадено съдържание. Устройствата в същата мрежа, които не са абонирани, няма да виждат съдържанието.

Има различни начини за получаване на нов IP адрес, за да не бъдете повече блокирани за вандализъм. Един от тях се нарича Bootstrap Protocol (обикновено се съкращава на BOOTP). Устройството, което се нуждае от нов адрес, не знае в коя мрежа се намира, затова използва IP адрес от всички нули (0.0.0.0), който изпраща като излъчване към текущата мрежа на специален порт. Освен това той изпраща MAC адреса на мрежовата карта плюс 4 байта случайно число. BOOTP сървърът ще изпрати отговор, също като излъчване, адресиран до друг порт. Отговорът ще съдържа MAC адреса на клиента, случайното число и IP адреса на клиента. Когато клиентът получи данните, той ще зададе посочения адрес. Ако BOOTP сървърът е конфигуриран по този начин, той ще изпрати също IP адреса и името на хоста на BOOTP сървъра, името и пътя до файла, който трябва да се зареди, за да се зареди клиентът (чрез TFTP), или името на директорията, която клиентът трябва да монтира чрез NFS.

DHCP разширява BOOTP и позволява изпращането на повече информация, като например адреса на сървър за време или информация, която е полезна за маршрутизиране.

Автоматично получените IP адреси могат да бъдат динамични или статични. Статичното адресиране означава, че една и съща машина винаги ще получава един и същ IP адрес. При динамичните адреси дадено устройство получава следващия адрес, който не се използва. Динамичните адреси, които се използват, трябва да се преразглеждат от време на време. Ако не бъдат подновени, те могат да бъдат използвани за други устройства.

В IPv4 всеки адрес се състои от четири 8-цифрени двоични числа, наречени октети. Един IPv4 адрес е общо 32 бита. Най-голямото число, което може да се състави с 8 обикновени цифри, е 99 999 999, но най-голямото число, което може да се състави с 8 двоични цифри, е 255 (1111111111 в двоична система), така че всеки октет може да бъде всяко число от 0 до 255.

IPv4 адресът може да изглежда по следния начин:

198.51.100.137

Всеки октет се преобразува в десетична форма и се разделя с точка.

Освен това има специални значения, свързани с две различни крайни числа. Най-общо казано, последното число от 0 означава мрежата (нарича се основен адрес), а последното число от 255 означава всички хостове в тази мрежа (нарича се излъчващ адрес). Компютрите, които са в една и съща локална мрежа, споделят 3 от 4-те числа. Един компютър може да бъде в повече от една мрежа. Той може да има и няколко имена.

Публични/частни адреси

Проблемът с IPv4 е, че той позволява само 4,3 милиарда адреса, а ние вече почти сме ги използвали всички. За да се забави това, беше създадена функцията за превод на мрежови адреси (NAT). При транслирането на мрежови адреси мрежата споделя един публичен IP адрес и дава на всеки компютър в мрежата частен IP адрес. Всички, които живеят в една и съща къща, използват един и същ адрес, но пощата може да бъде предназначена за няколко различни души, живеещи в къщата.

Специални IP адреси

Има някои IP адреси, които са запазени за специални цели. Например адресът 127.0.0.1 се нарича Loopback Address (обратна връзка) и при него всички пакети, изпратени до този адрес, ще се върнат обратно към компютъра, който ги е изпратил, като например изпращане на поща до вас самите. Въпреки че това може да не изглежда полезно, той се използва за тестване на сървъри.

Тя може да се определи като определя класа на мрежата

Може да се определи като идентифицира хост в мрежата.

Това е постоянен интернет адрес. Той не може да бъде променян, като за целта трябва да се конфигурира ръчно. Използва се в по-малки мрежи, където всички сървъри използват статични IP адреси. Това е прост начин за комуникация.

(Динамичен означава постоянно променящ се)

Това е временен интернет адрес. Присвоява се от DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) сървър от определен диапазон IP адреси.

Подмрежа на IPv4

За да работи по-бързо една мрежа, тя се разделя на подмрежи. За тази цел IP адресът съдържа мрежов идентификатор, идентификатор на подмрежа и идентификатор на хост. Специално двоично число, наречено маска на подмрежата, се използва за определяне на размера на идентификаторите на мрежата, подмрежата и хоста.

Първоначалният IPv4 поддържаше само 254 мрежи, така че през 1981 г. спецификацията за адресиране в интернет беше променена на класна мрежова архитектура. Класическата мрежова архитектура позволи по-голям брой индивидуални мрежи. Първите три бита на IP адреса определят неговия клас. Три класа (A, B и C) бяха определени за нормална компютърна комуникация (Unicast). Размерът на мрежовия идентификатор се определяше от класа на IP адреса. Всеки клас използваше повече октети за мрежовия идентификатор, което правеше идентификатора на хоста по-малък и намаляваше броя на възможните хостове.

От 1993 г. безкласовите мрежи са заменени с безкласово маршрутизиране между домейни (CIDR). CIDR също така предоставя мрежов адрес и адрес на хост. CIDR няма класове, което означава, че размерите на мрежовите и хост адресите не трябва да бъдат в октети.

IPv4 адрес в CIDR запис изглежда така

192.168.0.14/24

Косвената наклонена черта и числото представляват количеството битове, които използва идентификаторът на мрежата, в този случай 24 или 3 октета.

Тъй като IPv4 има само 32 бита, броят на наличните адреси ще се изчерпи. За да предотврати това, организацията, наречена Институт на инженерите по електротехника и електроника (IEEE), създаде IP версия 6 (IPv6), която в крайна сметка ще замени IPv4.

IP версия 6 използва 16 октета или общо 128 бита. Октетите в IPv6 се записват в шестнадесетична бройна система и се разделят с двоеточия (:). IPv6 адресът може да изглежда по следния начин:

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

IPv6 адресът може да бъде дълъг и това може да доведе до грешки при въвеждането му в компютъра или при записването му. Има два начина, по които IPv6 адресът може да бъде съкратен, без да се пропуска нищо:

• Водещите нули могат да бъдат пропуснати: 2001:0db8:00b8:0008:0000:0000:0000:0001 becomes 2001:db8:b8:8:0:0:0:1
• Всеки брой последователни, изцяло нулеви "парчета" може да бъде компресиран до просто ::. Това може да се направи само веднъж в един и същи адрес: 2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001 може да се запише като 2001:db8::1

DNS означава система за имена на домейни

Нарича се още сървър за услуги. Базира се на мрежовата архитектура клиент-сървър. Той съдържа база данни с публични IP адреси. DNS прилича на телефонен указател.

Версиите преди IPv4 са експериментални и никога не са били широко използвани. Версия 5 се използваше изключително за протокола Internet Stream Protocol, който също не беше широко използван.