Как работят IP адресите?

Всяко устройство, свързано с мрежов компютър, таблет, камера, независимо от това, се нуждае от уникален идентификатор, така че другите устройства да знаят как да го достигнат. В света на TCP / IP мрежите този идентификатор е адресът на интернет протокола (IP).

Ако сте работили с компютри за известно време, вероятно сте били изложени на IP адреси - тези цифрови последователности, които изглеждат като 192.168.0.15. През повечето време не се налага да се занимаваме с тях директно, тъй като нашите устройства и мрежи се грижат за тези неща зад кулисите. Когато трябва да се справим с тях, често просто следваме инструкциите за това, кои числа да поставим. Но ако някога сте искали да се потопите малко по-дълбоко в това, което означават тези числа, тази статия е за вас.

Защо трябва да те е грижа? Разбирането на работата на IP адресите е от жизненоважно значение, ако някога искате да отстраните причината, поради която мрежата ви не работи правилно, или защо конкретно устройство не се свързва с начина, по който очаквате. И ако някога се наложи да създадете нещо по-усъвършенствано, като хостинг на сървър за игри или медиен сървър, към който приятели от интернет могат да се свържат, трябва да знаете нещо за IP адресирането. Плюс това, това е доста очарователно.

Забележка: Ние ще покриваме основите на IP адресацията в тази статия, каквито неща биха искали да знаят хората, които използват IP адреси, но никога не са мислили много за тях. Няма да покриваме някои от по-напредналите или професионални неща, като например IP класове, безкласово маршрутизиране и персонализирани подмрежи ... но ще посочим някои източници за по-нататъшно четене, докато вървим напред.

Какво е IP адрес?

IP адрес еднозначно идентифицира устройство в мрежа. Виждали сте тези адреси и преди; изглеждат като 192.168.1.34.

IP адресът винаги е набор от четири числа като този. Всеки номер може да варира от 0 до 255. Така че пълният диапазон на IP адресиране е от 0.0.0.0 до 255.255.255.255.

Причината, поради която всеки номер може да достигне до 255, е, че всеки един от числата е действително осемцифрен двоичен номер (понякога се нарича октет). В октет числото нула ще бъде 00000000, докато номер 255 ще бъде 11111111, максималният брой, до който октет може да достигне. Този IP адрес, който споменахме преди (192.168.1.34) в двоичен би изглеждал така: 11000000.10101000.00000001.00100010.

Компютрите работят с двоичния формат, но ние, хората, е много по-лесно да работим с десетичния формат. Все пак, знанието, че адресите всъщност са двоични числа, ще ни помогне да разберем защо някои неща, свързани с IP адресите, работят така, както правят.

Не се притеснявайте обаче! В тази статия няма да ви хвърляме много бинари или математика, така че просто ни понасяйте малко по-дълго.

Двете части на един IP адрес

IP адресът на устройството действително се състои от две отделни части:

• Идент. № на мрежата: Мрежовият идентификатор е част от IP адреса, започващ отляво, който идентифицира конкретната мрежа, в която се намира устройството. В типична домашна мрежа, където устройството има IP адрес 192.168.1.34, частта от адреса 192.168.1 ще бъде идентификаторът на мрежата. Това е обичайно да попълните липсващата финална част с нула, така че можем да кажем, че мрежовият идентификатор на устройството е 192.168.1.0.
• Идент. № на хоста: ИД на хоста е частта от IP адреса, която не се поема от идентификатора на мрежата. Той идентифицира конкретно устройство (в света на TCP / IP, което наричаме устройства "хостове") в тази мрежа. Продължавайки нашия пример за IP адрес 192.168.1.34, идентификаторът на хоста ще бъде 34-уникалният идентификатор на хоста в мрежата 192.168.1.0.

След това в домашната ви мрежа може да видите няколко устройства с IP адрес като 192.168.1.1, 192.168.1.2, 192.168.1 30 и 192.168.1.34. Всички те са уникални устройства (с хост ID 1, 2, 30 и 34 в този случай) в една и съща мрежа (с ID на мрежата 192.168.1.0).

За да представим всичко това малко по-добре, нека се обърнем към аналогия. Това е доста подобно на това как уличните адреси работят в даден град. Вземете адрес като 2013 Paradise Street. Името на улицата е като ID на мрежата, а номерът на къщата е като ID на хоста. В рамките на един град две улици няма да бъдат наречени едни и същи, точно както няма да бъдат наречени едни и същи мрежови идентификатори в една и съща мрежа. На определена улица, всеки номер на къща е уникален, точно както всички iD-та на хоста в рамките на конкретен идентификатор на мрежата са уникални.

Маската на подмрежата

И така, как устройството ви определя коя част от IP адреса е мрежовият идентификатор и коя част от хост ID? За тази цел те използват второ число, което винаги ще виждате във връзка с IP адрес. Този номер се нарича подмрежова маска.

В повечето прости мрежи (като тези в домове или малки фирми) ще видите маски на подмрежи като 255.255.255.0, където всичките четири числа са или 255 или 0. Позицията на промените от 255 до 0 показват разделянето между ID на мрежата и хоста. 255-те „маскират” мрежовия идентификатор от уравнението.

Забележка: Основните маски за подмрежи, които описваме тук, са известни като маски на подмрежи по подразбиране. Нещата стават по-сложни от това в по-големите мрежи. Хората често използват персонализирани маски на подмрежа (където позицията на прекъсването между нули и единици се премества в октет), за да създадат множество подмрежи в една и съща мрежа. Това е малко извън обхвата на тази статия, но ако се интересувате, Cisco има доста добро ръководство за подмрежи.

Адрес на шлюза по подразбиране

В допълнение към самия IP адрес и асоциираната подмрежова маска, ще видите и адреса на шлюза по подразбиране, заедно с информацията за IP адреси. В зависимост от платформата, която използвате, този адрес може да се нарича нещо различно. Понякога се нарича „рутер“, „адрес на маршрутизатора“, „маршрут по подразбиране“ или просто „шлюз“. Това е едно и също нещо. Това е IP адресът по подразбиране, на който устройството изпраща мрежови данни, когато тези данни са предназначени да отидат в друга мрежа (една с различен идентификационен номер на мрежата), отколкото тази на устройството.

Най-простият пример за това е в типична домашна мрежа.

Ако имате домашна мрежа с няколко устройства, вероятно имате рутер, който е свързан с интернет чрез модем. Този рутер може да е отделно устройство или може да е част от комбинирано устройство за модем / рутер, доставено от вашия интернет доставчик. Маршрутизаторът се намира между компютрите и устройствата в мрежата ви и с по-публично ориентираните устройства в интернет, които прехвърлят (или маршрутизират) трафика назад и напред.

Кажете, че пуснете браузъра си и се насочете към www.howtogeek.com. Вашият компютър изпраща заявка към IP адреса на нашия сайт. Тъй като нашите сървъри са в интернет, а не в домашната ви мрежа, трафикът се изпраща от вашия компютър към маршрутизатора (шлюза) и вашият маршрутизатор изпраща заявката на нашия сървър. Сървърът изпраща точната информация обратно към маршрутизатора, който след това препраща информацията към устройството, което го е поискало, и виждате нашия сайт да се появи в браузъра ви..

Обикновено рутерите са конфигурирани по подразбиране, за да имат свой собствен IP адрес (техния адрес в локалната мрежа) като първи идентификатор на хост. Така например, в домашна мрежа, която използва 192.168.1.0 за мрежов идентификатор, рутерът обикновено ще бъде 192.168.1.1. Разбира се, както и повечето неща, можете да конфигурирате това да бъде нещо различно, ако искате.

DNS сървъри

Има една последна информация, която ще видите заедно с IP адреса на устройството, маската на подмрежата и адреса на шлюза по подразбиране: адресите на един или два DNS сървъра. Ние, хората, работим много по-добре с имена, отколкото с цифрови адреси. Въвеждането на www.howtogeek.com в адресната лента на браузъра е много по-лесно от запомнянето и въвеждането на IP адреса на нашия сайт.

DNS работи като телефонен указател, търси неща, които могат да бъдат прочетени от човека, като имена на уебсайтове и конвертиране на тези в IP адреси. DNS прави това, като съхранява цялата тази информация в система от свързани DNS сървъри в интернет. Вашите устройства трябва да знаят адресите на DNS сървърите, на които да изпращат своите заявки.

В типична малка или домашна мрежа, IP адресите на DNS сървъра често са същите като адреса на шлюза по подразбиране. Устройствата изпращат своите DNS заявки към маршрутизатора, който след това препраща заявките към DNS сървърите, които рутерът е конфигуриран да използва. По подразбиране това обикновено са DNS сървърите, които вашият доставчик предоставя, но можете да ги промените, за да използвате различни DNS сървъри, ако искате. Понякога може да имате по-добър успех, като използвате DNS сървъри, предоставени от трети страни, като Google или OpenDNS.

Каква е разликата между IPv4 и IPv6?

Също така може да сте забелязали, докато сърфирате в настройките на друг тип IP адрес, наречен IPv6 адрес. Видовете IP адреси, за които говорихме досега, са адресите, използвани от IP версия 4 (IPv4) - протокол, разработен в края на 70-те години. Те използват 32-те бинарни бита, за които говорихме (в четири октета), за да осигурят общо 4.29 милиарда възможни уникални адреса. Макар това да звучи много, всички публично достъпни адреси бяха отдавна отдадени на бизнеса. Много от тях са неизползвани, но са предназначени и недостъпни за обща употреба.

В средата на 90-те години, притеснен за потенциалния недостиг на IP адреси, интернет инженерната работна група (IETF) разработи IPv6. IPv6 използва 128-битов адрес вместо 32-битовия адрес на IPv4, така че общият брой на уникалните адреси се измерва в undecillions-брой достатъчно голям, че е малко вероятно някога да се изчерпи.

За разлика от пунктираната десетична нотация, използвана в IPv4, IPv6 адресите са изразени като осем броя групи, разделени с двоеточия. Всяка група има четири шестнадесетични цифри, които представляват 16 двоични цифри (така че се нарича хексет). Типичният IPv6 адрес може да изглежда по следния начин:

2601: 7c1: 100: ef69: b5ed: ed57: dbc0: 2c1e

Работата е там, че недостигът на IPv4 адреси, който е причината за целия проблем, в крайна сметка е смекчен до голяма степен от увеличеното използване на частни IP адреси зад рутерите. Все повече хора създават свои собствени частни мрежи, използвайки тези частни IP адреси, които не са изложени публично.

Така че, въпреки че IPv6 все още е основен играч и че преходът все още ще се случи, той никога не се е случвал толкова добре, колкото е предвидил - поне още не. Ако искате да научите повече, разгледайте тази история и времевата линия на IPv6.

Как устройството получава своя IP адрес?

Сега, след като знаете как работят IP адресите, нека да говорим за това, как устройствата получават своите IP адреси на първо място. Има два вида IP присвоявания: динамични и статични.

Динамичният IP адрес се задава автоматично, когато устройството се свърже с мрежа. По-голямата част от мрежите днес (включително вашата домашна мрежа) използват нещо, наречено протокол за динамично конфигуриране на хоста (DHCP), за да направят това. DHCP е вграден в маршрутизатора ви. Когато дадено устройство се свърже с мрежата, то изпраща излъчвано съобщение с искане за IP адрес. DHCP прихваща това съобщение и след това присвоява IP адрес на това устройство от пул от налични IP адреси.

Има определени частни IP адреси, които рутерите ще използват за тази цел. Което се използва зависи от това кой е направил вашия рутер или как сте си създали нещата. Тези частни IP обхвати включват:

• 10.0.0.0 - 10.255.255.255: Ако сте клиент на Comcast / Xfinity, маршрутизаторът, предоставен от вашия ISP, присвоява адреси в този диапазон. Някои други интернет доставчици също използват тези адреси на своите маршрутизатори, както и Apple на техните маршрутизатори AirPort.
• 192.168.0.0 - 192.168.255.255: Повечето търговски маршрутизатори са настроени да задават IP адреси в този диапазон. Например, повечето рутери Linksys използват мрежата 192.168.1.0, докато D-Link и Netgear използват диапазона 198.168.0.0.
• 172.16.0.0 - 172.16.255.255: Този диапазон се използва рядко от всички търговски доставчици по подразбиране.
• 169.254.0.0 - 169.254.255.255: Това е специален диапазон, използван от протокол с име Automatic Private IP Addressing. Ако компютърът ви (или друго устройство) е настроен да извлича автоматично своя IP адрес, но не може да намери DHCP сървър, той си задава адрес в този диапазон. Ако видите един от тези адреси, той ви казва, че устройството ви не може да достигне до DHCP сървъра, когато дойде време за получаване на IP адрес, и може да имате проблем с мрежата или проблеми с маршрутизатора..

Идеята за динамичните адреси е, че те понякога могат да се променят. DHCP сървърите наемат IP адреси на устройствата, а когато тези договори са договорени, устройствата трябва да подновят лизинга. Понякога устройствата ще получават различен IP адрес от пула адреси, които сървърът може да назначи.

По-голямата част от времето, това не е голяма работа и всичко ще "просто работи". Понякога обаче може да искате да дадете на IP адрес, който не се променя. Например, може би имате устройство, на което трябва да имате достъп ръчно, и ще ви е по-лесно да запомните IP адрес, отколкото име. Или може би имате някои приложения, които могат да се свързват само с мрежови устройства, използвайки техния IP адрес.

В тези случаи можете да зададете статичен IP адрес на тези устройства. Има няколко начина да направите това. Можете ръчно да конфигурирате устройството със статичен IP адрес сами, въпреки че понякога това може да бъде janky. Другото, по-елегантно решение е да конфигурирате маршрутизатора да присвоява статични IP адреси на определени устройства по време на това, което обикновено е динамично присвояване от DHCP сървъра. По този начин IP адресът никога не се променя, но не прекъсвате DHCP процеса, който поддържа всичко работещо гладко.