Ako fungujú adresy IP?

Každé zariadenie pripojené k sieťovému počítaču, tabletu, fotoaparátu alebo čokoľvek - potrebuje jedinečný identifikátor, aby ostatné zariadenia vedeli, ako ho dosiahnuť. Vo svete siete TCP / IP je tento identifikátor adresa IP (Internet Protocol).

Ak ste pracovali s počítačmi na akýkoľvek čas, pravdepodobne ste boli vystavení IP adresám - číselným sekvenciám, ktoré vyzerajú niečo ako 192.168.0.15. Väčšinu času sa s nimi nemusíte vysporiadať priamo, pretože naše zariadenia a siete sa o tieto veci starajú v zákulisí. Keď sa s nimi musíme vyrovnať, často následujeme iba pokyny o tom, aké čísla tam umiestniť. Ale ak ste niekedy chceli ponoriť trochu hlbšie do toho, čo tieto čísla znamenajú, tento článok je pre vás.

Prečo by vás malo záležať? Dobre pochopenie toho, ako fungujú adresy IP, je nevyhnutné, ak budete niekedy chcieť riešiť problémy, prečo vaša sieť nefunguje správne alebo prečo konkrétne zariadenie nie je pripájané tak, ako by ste očakávali. A ak budete niekedy potrebovať nastaviť niečo oveľa pokročilejšie - ako hosťovanie herného servera alebo mediálneho servera, ku ktorému sa môžu pripojiť priatelia z internetu - potrebujete vedieť niečo o adresovaní IP. Navyše je to fascinujúce.

Poznámka: Budeme pokrývať základy IP adresovania v tomto článku, aké veci ľudia, ktorí používajú IP adresy, ale nikdy o nich veľa nepomysleli, by mohli chcieť vedieť. Nebudeme pokrývať niektoré pokročilejšie alebo profesionálne úrovne, ako sú triedy IP, beztriedne smerovanie a vlastné podsieťovanie ... ale budeme poukazovať na niektoré zdroje na ďalšie čítanie, keď ideme spolu.

Čo je to IP adresa?

Adresa IP jednoznačne identifikuje zariadenie v sieti. Už ste videli tieto adresy; vyzerajú niečo ako 192.168.1.34.

Adresa IP je vždy súborom štyroch čísel. Každé číslo sa môže pohybovať od 0 do 255. Takže plný rozsah adresovania IP sa pohybuje od 0.0.0.0 do 255.255.255.255.

Dôvodom, prečo každé číslo môže dosiahnuť až 255, je, že každé z týchto čísel je skutočne osemmiestne binárne číslo (niekedy nazývané oktet). V oktete by číslo 0 bolo 00000000, zatiaľ čo číslo 255 by bolo 11111111, maximálny počet oktetov môže dosiahnuť. Táto IP adresa, ktorú sme spomenuli predtým (192.168.1.34) v binárnom, bude vyzerať takto: 11000000.10101000.00000001.00100010.

Počítače pracujú s binárnym formátom, ale my ľudia považujeme za jednoduchšie pracovať s desiatkovým formátom. Napriek tomu, vedomie, že adresy sú vlastne binárne čísla, nám pomôže pochopiť, prečo niektoré veci obklopujúce adresy IP fungujú tak, ako to robí.

Nebojte sa však! Nebudeme na vás hádzať veľa binárnych alebo matematických úloh v tomto článku, takže s nami len trošku dlhšie.

Dve časti adresy IP

Adresa IP zariadenia naozaj pozostáva z dvoch samostatných častí:

ID siete: ID siete je súčasťou IP adresy začínajúcej zľava, ktorá identifikuje konkrétnu sieť, na ktorej je zariadenie umiestnené. V typickej domácej sieti, kde má zariadenie adresu IP 192.168.1.34, časť adresy 192.168.1 bude ID siete. Je vlastné vyplniť chýbajúcu časť s nulou, takže by sme mohli povedať, že ID siete zariadenia je 192.168.1.0.
ID hostiteľa: ID hostiteľa je časť adresy IP, ktorá nie je prevzatá sieťovým ID. Identifikuje konkrétne zariadenie (v TCP / IP svete, ktoré nazývame hostiteľmi zariadení) v danej sieti. Pokračovaním nášho príkladu adresy IP 192.168.1.34 by ID hostiteľa bolo 34 - jedinečné ID hostiteľa v sieti 192.168.1.0.

Vo vašej domácej sieti sa môže zobraziť niekoľko zariadení s adresou IP, napríklad 192.168.1.1, 192.168.1.2, 192.168.1 30 a 192.168.1.34. Všetky tieto zariadenia sú jedinečné zariadenia (s ID hostiteľa 1, 2, 30 a 34 v tomto prípade) v rovnakej sieti (s ID siete 192.168.1.0).

Ak chcete všetko zobraziť trochu lepšie, obráťme sa na analógiu. Je to celkom podobné tomu, ako adresy fungujú v meste. Uveďte adresu, ako napríklad Paradise Street 2013. Názov ulice je podobný identifikátoru siete a číslo domu je podobné ID hostiteľa. V rámci mesta nebudú mať dve ulice rovnaké názvy, rovnako ako žiadne dva ID siete v tej istej sieti bude pomenované rovnaké. Na konkrétnej ulici je každé číslo domu jedinečné, rovnako ako všetky ID hostiteľov v rámci konkrétneho ID siete sú jedinečné.

Maska podsiete

Ako teda váš prístroj určuje, ktorá časť IP adresy je ID siete a ktorá časť identifikátora hostiteľa? Za týmto účelom používajú druhé číslo, ktoré vždy vidíte v spojení s adresou IP. Toto číslo sa nazýva maska podsiete.

Na väčšine jednoduchých sietí (ako sú domovy alebo malé firmy) uvidíte masky podsiete ako 255.255.255.0, kde všetky štyri čísla sú buď 255 alebo 0. Pozícia z 255 na 0 označuje rozdelenie medzi sieťové a ID hostiteľa. 255s "maskujú" ID siete z rovnice.

Poznámka: Základné masky podsiete, ktoré tu popisujeme, sú známe ako predvolené masky podsiete. Veci sa na väčších sieťach zhoršujú. Ľudia často používajú vlastné masky podsiete (kde poloha prerušenia medzi nulami a tými, ktoré sa posúvajú v oktete) vytvárajú viaceré podsiete v tej istej sieti. To je trochu mimo rozsah tohto článku, ale ak máte záujem, Cisco má celkom dobrú príručku pre podsieťovanie.

Predvolená adresa brány

Okrem samotnej adresy IP a pridruženej masky podsiete sa zobrazí aj predvolená adresa brány spolu s informáciami o adresovaní IP. V závislosti od použitej platformy môže byť táto adresa nazvaná niečo iné. Niekedy sa to nazýva "smerovač", "adresa smerovača," predvolená cesta "alebo len" brána ". To všetko je to isté. Je to predvolená adresa IP, na ktorú zariadenie odosiela sieťové údaje, keď majú tieto údaje smerovať do inej siete (s inou sieťovou identifikáciou), než je tá, na ktorej je zariadenie zapnuté.

Najjednoduchší príklad je v typickej domácej sieti.

Ak máte domácu sieť s viacerými zariadeniami, pravdepodobne máte smerovač, ktorý je pripojený na internet prostredníctvom modemu. Tento smerovač môže byť samostatným zariadením alebo môže byť súčasťou kombinovanej modemu / routeru dodávaného poskytovateľom internetu. Smerovač je umiestnený medzi počítačmi a zariadeniami vo vašej sieti a viac verejne orientovanými zariadeniami na internete, prechádzajúcimi (alebo smerujúcimi) pohybmi tam a späť.

Povedzte, že si vypálil váš prehliadač a prejdete na stránku www.howtogeek.com. Váš počítač zašle požiadavku na adresu IP našej lokality. Keďže naše servery sa nachádzajú na internete a nie vo vašej domácej sieti, táto návštevnosť sa odosiela z vášho počítača do vášho smerovača (brána) a váš smerovač odosiela požiadavku na náš server. Server odošle správne informácie späť do smerovača, ktorý potom smeruje informácie naspäť k zariadeniu, ktoré ich požaduje, a vidíte, že naše stránky sa objavia vo vašom prehliadači.

Obvykle sú smerovače štandardne konfigurované tak, aby mali ako prvé ID hostiteľa svoju súkromnú IP adresu (svoju adresu v lokálnej sieti). Takže napríklad v domácej sieti, ktorá používa 192.168.1.0 pre sieťové ID, bude router spravidla 192.168.1.1. Samozrejme, ako väčšina vecí, môžete nakonfigurovať, že chcete byť niečo iné, ak chcete.

Servery DNS

K dispozícii je jedna posledná časť informácií, ktoré sa zobrazia priradené vedľa adresy IP zariadenia, masky podsiete a predvolenej adresy brány: adresy jedného alebo dvoch predvolených serverov DNS (Domain Name System). My ľudia pracujú oveľa lepšie s menami ako s numerickými adresami. Zadanie adresy www.howtogeek.com do panela s adresou vášho prehliadača je oveľa jednoduchšie ako zapamätanie a písanie adresy IP našej lokality.

Služba DNS funguje ako telefónny zoznam, hľadá ľudské čitateľné veci ako mená webových stránok a konvertuje ich na adresy IP. DNS to robí tým, že uloží všetky tieto informácie do systému prepojených serverov DNS cez internet. Vaše zariadenia potrebujú poznať adresy serverov DNS, na ktoré majú odosielať svoje dotazy.

V typickej malej alebo domácej sieti sú adresy IP servera DNS často rovnaké ako predvolená adresa brány. Zariadenia odosielajú svoje dotazy DNS do vášho smerovača, ktorý potom odosiela požiadavky na akékoľvek servery DNS, ktoré je smerovač nakonfigurovaný na použitie. V predvolenom nastavení sú to zvyčajne všetky servery DNS, ktoré poskytuje váš poskytovateľ internetových služieb, ale môžete ich zmeniť, ak chcete používať rôzne servery DNS. Niekedy môžete mať lepší úspech pomocou serverov DNS poskytovaných tretími stranami, ako je napríklad Google alebo OpenDNS.

Aký je rozdiel medzi IPv4 a IPv6?

Počas prehliadania nastavení môžete tiež zaznamenať iný typ adresy IP, ktorý sa nazýva adresa IPv6. Typy adries IP, ktoré sme doteraz hovorili, sú adresy, ktoré používa IP verzia 4 (IPv4) - protokol vyvinutý koncom 70. rokov. Používajú 32 binárnych bitov, o ktorých sme hovorili (v štyroch oktetoch), aby poskytli celkovo 4,29 miliardy možných jedinečných adries. Zatiaľ čo to znie ako veľa, všetky verejne prístupné adresy boli dávno priradené podnikom. Mnohé z nich sú nepoužívané, ale sú priradené a nedostupné na všeobecné použitie.

V polovici deväťdesiatych rokov, obávajúcich sa potenciálneho nedostatku IP adries, internetová technická pracovná skupina (IETF) navrhla IPv6. IPv6 používa 128-bitovú adresu namiesto 32-bitovej adresy IPv4, takže celkový počet jedinečných adries sa meria v undecillions - číslom dosť veľké, že je nepravdepodobné, že by sa niekedy vyčerpali.

Na rozdiel od tečkovanej desatinnej notácie používanej v protokole IPv4 sú IPv6 adresy vyjadrené ako osem skupín čísel, rozdelených dvojbodkami. Každá skupina má štyri hexadecimálne číslice, ktoré reprezentujú 16 binárnych číslic (takže sa to označuje ako hextet). Typická adresa IPv6 môže vyzerať takto:

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

Ide o to, že nedostatok adries IPv4, ktoré spôsobili, že všetky obavy skončili, sa do značnej miery zmiernilo zvýšeným používaním súkromných adries IP za smerovačmi. Stále viac ľudí vytvára svoje vlastné súkromné siete s použitím súkromných adries IP, ktoré nie sú verejne prístupné.

Takže aj napriek tomu, že IPv6 je stále významným hráčom a tento prechod bude stále prebiehať, nikdy sa nestalo tak úplne, ako sa predpokladalo - aspoň zatiaľ nie. Ak máte záujem dozvedieť sa viac, pozrite si túto históriu a časovú os IPv6.

Ako zariadenie získa svoju IP adresu?

Teraz, keď poznáte základné informácie o tom, ako fungujú adresy IP, poďme sa rozprávať o tom, ako zariadenia získavajú svoje IP adresy na prvom mieste. Existujú naozaj dva typy priradení IP: dynamické a statické.

Dynamická adresa IP sa priradí automaticky, keď sa zariadenie pripája k sieti. Prevažná väčšina sietí dnes (vrátane domácej siete) používa na dosiahnutie tohto cieľa niečo nazývané protokol DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). DHCP je zabudovaný do smerovača. Keď sa zariadenie pripája k sieti, vysiela správu s vysielaním vyžadujúcu adresu IP. DHCP zachyti túto správu a priradí IP adresu danému zariadeniu z poolu dostupných adries IP.

Existujú určité súkromné rozsahy adries IP, ktoré routery použijú na tento účel. Ktorý sa používa, závisí od toho, kto robil váš smerovač, alebo ako si sám nastavil veci. Tieto súkromné rozsahy IP zahŕňajú:

10.0.0.0 - 10.255.255.255: Ak ste zákazníkom spoločnosti Comcast / Xfinity, router, ktorý vám poskytol váš ISP, priradí adresy v tomto rozsahu. Niektorí iní poskytovatelia internetových služieb tiež používajú tieto adresy na svojich routeroch, rovnako ako Apple na svojich routeroch AirPort.
192.168.0.0 - 192.168.255.255: Väčšina komerčných smerovačov je nastavená tak, aby priradili IP adresy v tomto rozsahu. Napríklad väčšina routerov Linksys používa sieť 192.168.1.0, zatiaľ čo D-Link a Netgear používajú rozsah 198.168.0.0
172.16.0.0 - 172.16.255.255: Tento rozsah je v predvolenom nastavení zriedka používaný akýmkoľvek komerčným predajcom.
169.254.0.0 - 169.254.255.255: Ide o špeciálny rozsah používaný protokolom nazvaným Automatic Private IP Addressing. Ak je váš počítač (alebo iné zariadenie) nastavený na automatické načítanie svojej adresy IP, ale nedokáže nájsť server DHCP, priradí sa mu adresa v tomto rozsahu. Ak uvidíte jednu z týchto adries, informuje o tom, že váš prístroj sa nedokázal dostať na server DHCP, keď príde čas na získanie adresy IP, a môže sa vyskytnúť problém so sieťou alebo problémy so smerovačom.

Otázkou o dynamických adresách je, že sa niekedy môžu zmeniť. Servery DHCP prenajímajú adresy IP zariadeniam a ak sú tieto nájomné vyššie, zariadenia musia obnoviť prenájom. Niekedy sa zariadenia dostanú z adresy, ktorú môže server priradiť, z inej adresy IP.

Väčšinu času to nie je veľký problém a všetko bude "fungovať". Príležitostne však môžete dať zariadeniu adresu IP, ktorá sa nemení. Možno máte napríklad zariadenie, ktoré potrebujete na manuálny prístup, a zdá sa, že je jednoduchšie zapamätať si adresu IP ako meno. Alebo možno máte určité aplikácie, ktoré sa môžu pripojiť iba k sieťovým zariadeniam pomocou ich IP adresy.

V takýchto prípadoch môžete týmto zariadeniam priradiť statickú adresu IP. Existuje niekoľko spôsobov, ako to urobiť. Môžete manuálne nakonfigurovať zariadenie so statickou adresou IP, hoci to môže byť niekedy janky. Druhým, elegantnejším riešením je nakonfigurovať váš smerovač tak, aby priraďoval statické adresy IP určitým zariadeniam počas bežného dynamického prideľovania serverom DHCP. Týmto spôsobom adresa IP sa nikdy nezmení, ale neprerušujete proces DHCP, ktorý udržuje všetko hladké.