Что такое IP-адрес?

Каждое устройство в сети имеет уникальный идентификатор. Точно так же, как вы указываете адрес на конверте письма для отправки по почте, компьютеры используют уникальный идентификатор для передачи данных конкретным компьютерам в сети. Большинство современных сетей, включая все компьютеры в Интернете, используют протокол TCP/IP как стандарт взаимодействия в сети. В протоколе TCP/IP уникальный идентификатор компьютера называется его IP-адресом.

Существует два стандарта IP-адресов: IP версии 4 (IPv4) и IP версии 6 (IPv6). У всех компьютеров с IP-адресами есть адрес IPv4, и многие уже начинают использовать новую систему адресации IPv6. Вот что означают эти два типа адресов:

• IPv4 использует 32 двоичных бита для создания одного уникального адреса в сети. Адрес IPv4 записывается в виде четырёх чисел, разделённых точками. Каждое число представляет собой десятичное (по основанию 10) представление восьмизначного двоичного (по основанию 2) числа, также называемого октетом. Например: 216.27.61.137
• IPv6 использует 128 двоичных бит для создания одного уникального адреса в сети. Адрес IPv6 записывается в виде восьми групп шестнадцатеричных (по основанию 16) чисел, разделённых двоеточиями, например 2001:cdba:0000:0000:0000:0000:3257:9652. Группы чисел, состоящие только из нулей, часто пропускаются для экономии места, оставляя двоеточие в качестве разделителя, обозначающего пропуск (как в 2001:cdba::3257:9652).

На заре адресации IPv4 Интернет ещё не был тем масштабным коммерческим явлением, каким он стал сегодня, и большинство сетей были частными и изолированными от других сетей по всему миру. Когда Интернет стал стремительно расти, наличие всего 32 бит для идентификации уникального интернет-адреса вызвало опасения, что адреса скоро закончатся. В IPv4 существует 2^32 возможных комбинаций, что даёт чуть менее 4,3 миллиарда уникальных адресов. IPv6 увеличил это число до успокаивающих 2^128 возможных адресов. Позже мы подробнее рассмотрим, как разобраться в адресах IPv4 и IPv6 вашего компьютера.

Как ваш компьютер получает свой IP-адрес? IP-адрес может быть динамическим или статическим. Статический адрес — это адрес, который вы настраиваете самостоятельно, изменяя сетевые настройки компьютера. Такой тип адреса встречается редко, и его использование без хорошего понимания TCP/IP может вызвать проблемы в сети. Динамические адреса встречаются гораздо чаще. Они назначаются протоколом динамической конфигурации узла (DHCP) — службой, работающей в сети. DHCP обычно работает на сетевом оборудовании, таком как маршрутизаторы или выделенные серверы DHCP.

Динамические IP-адреса выдаются по системе аренды, то есть IP-адрес действует только в течение ограниченного времени. По истечении срока аренды компьютер автоматически запрашивает новую аренду. Иногда это означает, что компьютер получит и новый IP-адрес, особенно если он был отключён от сети в промежутке между арендами. Обычно этот процесс незаметен для пользователя, если только компьютер не предупреждает о конфликте IP-адресов в сети (когда два компьютера имеют одинаковый IP-адрес). Конфликт адресов случается редко, и современные технологии обычно устраняют эту проблему автоматически.

Классы IP-адресов

Ранее вы узнали, что адреса IPv4 представляют собой четыре восьмизначных двоичных числа. Это означает, что каждое число может принимать значение от 00000000 до 11111111 в двоичной системе, или от 0 до 255 в десятичной (по основанию 10). Иными словами, от 0.0.0.0 до 255.255.255.255. Однако некоторые числа в этом диапазоне зарезервированы для конкретных целей в сетях TCP/IP. Эти резервирования признаны органом, отвечающим за адресацию TCP/IP — Администрацией адресного пространства Интернет (IANA). Вот четыре конкретных зарезервированных диапазона:

• 0.0.0.0 — представляет сеть по умолчанию, абстрактное понятие простого подключения к сети TCP/IP.
• 255.255.255.255 — этот адрес зарезервирован для широковещательных сообщений в сети, то есть сообщений, которые должны быть отправлены всем компьютерам сети.
• 127.0.0.1 — так называемый адрес обратной связи (loopback), способ, которым компьютер идентифицирует сам себя, независимо от того, назначен ли ему IP-адрес.
• 169.254.0.1 — 169.254.255.254 — это диапазон автоматической частной IP-адресации (APIPA), адреса из которого назначаются автоматически, когда компьютеру не удаётся получить адрес от сервера DHCP.

Остальные зарезервированные IP-адреса относятся к классам подсетей. Подсеть — это меньшая сеть компьютеров, подключённая к более крупной сети через маршрутизатор. У подсети может быть своя система адресации, чтобы компьютеры в одной подсети могли обмениваться данными быстро, не отправляя их через более крупную сеть. Маршрутизатор в сети TCP/IP, включая Интернет, настроен на распознавание одной или нескольких подсетей и соответствующую маршрутизацию сетевого трафика. Вот IP-адреса, зарезервированные для подсетей:

• 10.0.0.0 — 10.255.255.255 — входит в диапазон адресов класса A от 1.0.0.0 до 127.0.0.0, где первый бит равен 0.
• 172.16.0.0 — 172.31.255.255 — входит в диапазон адресов класса B от 128.0.0.0 до 191.255.0.0, где первые два бита равны 10.
• 192.168.0.0 — 192.168.255.255 — входит в диапазон класса C от 192.0.0.0 до 223.255.255.0, где первые три бита равны 110.
• Многоадресная рассылка (Multicast, ранее называвшаяся классом D) — первые четыре бита адреса равны 1110, адреса в диапазоне от 224.0.0.0 до 239.255.255.255.
• Зарезервировано для использования в будущем/экспериментального использования (ранее называлось классом E) — адреса от 240.0.0.0 до 254.255.255.254.

Первые три диапазона (классы A, B и C) наиболее часто используются при создании подсетей. Позже мы рассмотрим, как подсеть использует эти адреса. IANA определила конкретные варианты использования многоадресных адресов в документе Инженерного совета Интернета (IETF) RFC 5771. Однако она не назначила назначение или план использования адресов класса E с тех пор, как зарезервировала этот блок в своём документе 1989 года RFC 1112. До появления IPv6 в Интернете шли активные споры о том, должна ли IANA открыть класс E для общего использования.

Интернет-адреса и подсети

Ниже приведён пример адреса подсети, который может быть у вашего домашнего компьютера, если вы используете маршрутизатор (проводной или беспроводной) между подключением к вашему ISP и вашим компьютером:

• IP-адрес: 192.168.1.102
• Маска подсети: 255.255.255.0
• Двадцать четыре бита (три октета) зарезервированы для идентификации сети
• Восемь бит (один октет) зарезервированы для узлов
• Идентификатор подсети на основе маски подсети (первый адрес): 192.168.1.0
• Зарезервированный широковещательный адрес подсети (последний адрес): 192.168.1.255
• Пример адресов в одной сети: 192.168.1.1, 192.168.1.103
• Пример адресов не в одной сети: 192.168.2.1, 192.168.2.103

Помимо резервирования IP-адресов, IANA также отвечает за выделение блоков IP-адресов определённым организациям, как правило коммерческим или государственным. Ваш интернет-провайдер (ISP) может быть одной из таких организаций либо частью более крупного блока, находящегося под контролем одной из них. Для подключения к Интернету ваш ISP присвоит вам один из этих адресов. Полный список назначений и резервирований IANA для адресов IPv4 можно найти здесь.

Если вы подключаете к Интернету только один компьютер, этот компьютер может использовать адрес, полученный от вашего ISP. Однако во многих домах сегодня используются маршрутизаторы для совместного использования одного интернет-подключения несколькими компьютерами. Беспроводные маршрутизаторы стали особенно популярны в последние годы, избавляя от необходимости прокладывать сетевые кабели между комнатами.

Если вы используете маршрутизатор для совместного использования интернет-подключения, маршрутизатор получает IP-адрес непосредственно от ISP. Затем он создаёт и управляет подсетью для всех компьютеров, подключённых к этому маршрутизатору. Если адрес вашего компьютера попадает в один из зарезервированных диапазонов подсетей, перечисленных выше, значит, вы подключены через маршрутизатор, а не напрямую к Интернету.

IP-адреса в подсети состоят из двух частей: сети и узла. Часть сети идентифицирует саму подсеть. Узел, также называемый хостом, — это отдельное устройство, подключённое к сети и требующее уникального адреса. Каждый компьютер умеет разделять две части IP-адреса с помощью маски подсети. Маска подсети выглядит похоже на IP-адрес, но на самом деле это просто фильтр, используемый для определения того, какая часть IP-адреса обозначает сеть, а какая — узел.

Маска подсети состоит из последовательности единичных битов, за которыми следует последовательность нулевых битов. Единичные биты указывают на те биты, которые маскируют сетевую часть IP-адреса, оставляя видимыми только те, что идентифицируют уникальный узел в этой сети. В стандарте IPv4 наиболее часто используемые маски подсети имеют полные октеты из единиц и нулей, например:

• 255.0.0.0 = 11111111.00000000.00000000.00000000 = восемь бит для сетей, 24 бита для узлов
• 255.255.0.0 = 11111111.11111111.00000000.00000000 = 16 бит для сетей, 16 бит для узлов
• 255.255.255.0 = 11111111.11111111.11111111.00000000 = 24 бита для сетей, восемь бит для узлов

Люди, настраивающие крупные сети, определяют, какая маска подсети подходит лучше всего, исходя из желаемого количества подсетей или узлов. Чтобы получить больше подсетей, используйте больше бит для сети; чтобы получить больше узлов на подсеть, используйте больше бит для узлов. Это может означать использование нестандартных значений масок. Например, если вы хотите использовать 10 бит для сетей и 22 бита для узлов, значение маски подсети потребует использования 11000000 во втором октете, что даст значение маски подсети 255.192.0.0.

Ещё один важный момент, касающийся IP-адресов в подсети: первый и последний адреса зарезервированы. Первый адрес идентифицирует саму подсеть, а последний адрес обозначает широковещательный адрес для систем в этой подсети.