Как работят IP адресите?

2024 Автор: Geoffrey Carr | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 11:00

Всяко устройство, свързано към мрежов компютър, таблет, камера или каквото и да е, 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 определен период от време, вероятно сте били изложени на IP адреси - тези числени последователности, които приличат на 192.168.0.15. През повечето време не е нужно да се занимаваме директно с тях, 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, какви числа да поставим там. Но ако някога сте искали да се потопите малко по-дълбоко в това, което означават тези числа, тази статия е за вас.

Защо да ви е грижа? Е, разбирането как работят IP адресите е от жизненоважно значение, ако някога искате да отстраните проблема защо мрежата ви не работи правилно или защо дадено устройство не се свързва така, както бихте очаквали. И ако някога трябва да създадете нещо малко по-напреднали - като хостинг на сървър на игри или медиен сървър, към който могат да се свържат приятели от интернет - ще трябва да знаете нещо за адресирането на IP адреси. Плюс това, това е нещо завладяващо.

Забележка: Ще разгледаме основите на IP адреса в тази статия, вида неща, които хората, които използват IP адреси, но никога не са мислили много за тях, биха искали да знаят. Няма да покриваме някои от по-напредналите или професионални неща на ниво, като IP класове, безкласово маршрутизиране и персонализирано подмрежи … но ще посочим някои източници за по-нататъшно четене, докато вървим заедно.

Какво представлява IP адресът?

IP адрес уникално идентифицира устройство в мрежа. Виждали сте тези адреси преди; те изглеждат нещо като 192.168.1.34.

IP адресът винаги е набор от четири такива числа. Всяко число може да варира от 0 до 255. Така че пълният обхват на IP адресиране варира от 0.0.0.0 до 255.255.255.255.

Причината всеки номер може да достигне само до 255 е, че всяка от числата е наистина осемцифрено двоично число (понякога наричано октет). В един октет числото нула ще бъде 00000000, а числото 255 ще бъде 11111111, максималният брой, който може да достигне до октета. Този IP адрес, който споменахме по-рано (192.168.1.34) в двоичен, ще изглежда така: 11000000.10101000.00000001.00100010.

Компютрите работят с двоичен формат, но ние хората смятаме, че е много по-лесно да се работи с десетичната форма. Все пак, знаейки, че адресите са всъщност двоични числа, ще ни помогне да разберем защо някои неща около IP адресите работят така, както правят.

Не се притеснявайте обаче! Ние няма да ви хвърлим много двоични или математически в тази статия, така че просто да носите с нас малко по-дълго.

Двете части на IP адрес

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

ID мрежа: Идентификаторът на мрежата е част от IP адреса, започващ отляво, който идентифицира конкретната мрежа, на която се намира устройството. В типична домашна мрежа, където дадено устройство има IP адрес 192.168.1.34, частта от адреса 192.168.1 ще бъде мрежовият идентификатор. Обичайно е да попълните липсващата част с нула, затова може да се каже, че мрежовият идентификатор на устройството е 192.168.1.0.
ID на хоста: Идентификационният номер на хоста е частта от IP адреса, който не е приет от мрежовия идентификатор. Той идентифицира конкретно устройство (в света TCP / IP, наричаме хостове на устройства) в тази мрежа. Като продължи нашия пример за IP адрес 192.168.1.34, идентификационният номер на хоста ще бъде 34 - уникалния идентификационен номер на хоста в мрежата 192.168.1.0.

В домашната си 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 тези устройства са уникални устройства (с ID на хост 1, 2, 30 и 34 в този случай) в същата мрежа (с идентификатор на мрежата 192.168.1.0).

За да си представите всичко това малко по-добре, нека се обърнем към аналогия. Това е доста подобно на това как уличните адреси работят в рамките на един град. Вземете адрес като Paradise Street 2013. Името на улицата е идентификационният номер на мрежата и номерът на къщата е като ID на хоста. В рамките на един град няма да има две имена, както две имена на мрежата в една и съща мрежа ще бъдат наименувани. На конкретна улица, всеки номер на къща е уникален, точно както всички IP адреси в рамките на определен мрежов идентификатор са уникални.

Маската на подмрежата

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

На повечето прости мрежи (като тези в домове или малки фирми) ще видите подмрежови маски като 255.255.255.0, където всичките четири числа са 255 или 0. Позицията на промените от 255 на 0 показва разделението между мрежата и идентификационния номер на хоста. 255s "маскират" идентификатора на мрежата от уравнението.

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

Адресът на шлюза по подразбиране

В допълнение към самия IP адрес и съответната маска на подмрежа, ще видите и адрес по подразбиране на портата, изброен заедно с информация за IP адресиране. В зависимост от използваната от вас платформа, този адрес може да се нарече нещо различно. Понякога се нарича "рутер", "маршрутизатор", "маршрут по подразбиране" или просто "шлюз". Това са едни и същи неща. Това е IP адресът по подразбиране, към който дадено устройство изпраща мрежови данни, когато тези данни са предназначени да отидат в друга мрежа (друга с различен мрежов идентификатор), отколкото устройството.

Най-простият пример за това се намира в типична домашна мрежа.

Ако имате домашна мрежа с няколко устройства, вероятно имате маршрутизатор, който е свързан към интернет чрез модем. Този маршрутизатор може да е отделно устройство или може да е част от модем / маршрутизатор, доставен от вашия интернет доставчик. Рутерът се намира между компютрите и устройствата в мрежата ви, както и по-достъпните за обществеността устройства в интернет, преминаващи (или маршрутизиращи) трафик назад и напред.

Кажете, че запалите браузъра си и отидете на www.howtogeek.com. Вашият компютър изпраща заявка до IP адреса на нашия сайт. Тъй като сървърите ни се намират в интернет, а не във вашата домашна мрежа, този трафик се изпраща от вашия компютър към рутера (портала) и маршрутизаторът ви изпраща искането на нашия сървър. Сървърът изпраща правилната информация обратно към вашия маршрутизатор, който след това пренасочва информацията към устройството, което го е поискало, и виждате, че сайтът ни се появява в браузъра ви.

Обикновено маршрутизаторите са конфигурирани по подразбиране да имат своя частен IP адрес (техния адрес в локалната мрежа) като първи ID на хоста. Така например, в домашна мрежа, която използва 192.168.1.0 за мрежов идентификатор, маршрутизаторът обикновено е 192.168.1.1. Разбира се, както повечето неща, можете да конфигурирате това, за да бъдете нещо различно, ако искате.

DNS сървъри

Има последна част от информацията, която ще видите, присвоена заедно с IP адреса на устройството, маската на подмрежата и адреса на шлюза по подразбиране: адресите на един или два сървъра по подразбиране за DNS (Domain Name System). Ние, хората, работим много по-добре с имена, отколкото с цифрови адреси. Въвеждането на www.howtogeek.com в адресната лента на браузъра ви е много по-лесно, отколкото да запомните и да напишете IP адреса на нашия сайт.

DNS работи като нещо като телефонен указател, търси човешки четими неща като имена на уебсайтове и ги преобразува в IP адреси. DNS прави това, като съхранява цялата тази информация на система от свързани DNS сървъри в интернет. Вашите устройства трябва да знаят адресите на DNS сървърите, на които да изпращат заявките си.

На типична малка или домашна мрежа IP адресите на DNS сървърите често са същите като при по подразбиране. Устройствата изпращат заявките си за DNS към маршрутизатора ви, който след това препраща заявките към DNS сървърите, които рутерът е конфигуриран да използва. По подразбиране това обикновено са всички DNS сървъри, които ISP предоставя, но можете да промените тези, за да използвате различни DNS сървъри, ако искате. Понякога може да имате по-добър успех, използвайки DNS сървъри, предоставени от трети страни, като Google или OpenDNS.

Каква е разликата между IPv4 и IPv6?

Възможно е също така да сте забелязали, докато сърфирате в настройките, различен 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 бинарни бита, за които говорихме (на четири октета), за да осигурим общо 4,29 милиарда възможни уникални адреса. Докато това звучи като много, всички публично достъпни адреси отдавна бяха възложени на бизнеса. Много от тях са неизползвани, но са предназначени и не са достъпни за общо ползване.

В средата на 90-те, загрижени за потенциалния недостиг на IP адреси, Internet Engineering Task Force (IETF) разработи IPv6. IPv6 използва 128-битов адрес вместо 32-битовия адрес на IPv4, така че общият брой уникални адреси се измерва в undecillions - брой достатъчно голям, че е малко вероятно да изчезне.

За разлика от пунктирното десетично означение, използвано в IPv4, IPv6 адресите се изразяват като осем групи числа, разделени с двойки. Всяка група има четири шестнадесетични цифри, които представляват 16 бинарни цифри (така че се нарича hextet). Типичният IPv6 адрес може да изглежда по следния начин:


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

Проблемът е, че недостигът на IPv4 адреси, които причиниха цялата грижа, в крайна сметка бяха смекчени до голяма степен от нарасналото използване на частни IP адреси зад маршрутизаторите. Все повече хора създават свои собствени частни мрежи, използвайки тези частни IP адреси, които не са публично изложени.

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

Как устройство получава IP адреса си?

Сега, когато знаете как функционират IP адресите, нека поговорим как устройствата получават IP адресите си на първо място. Има наистина два вида задания за IP: динамична и статична.

Динамичният IP адрес се присвоява автоматично, когато дадено устройство се свърже с мрежа. По-голямата част от мрежите днес (включително вашата домашна мрежа) използват нещо, наречено Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), за да стане това. DHCP е вграден във вашия маршрутизатор. Когато дадено устройство се свърже с мрежата, то изпраща излъчване на съобщение, изискващо IP адрес. DHCP пресича това съобщение и след това присвоява IP адрес на това устройство от съвкупност от налични IP адреси.

Има определени частни IP адреси, които маршрутизаторите ще използват за тази цел. Което се използва зависи от това кой ви е направил рутера или как сами сте задали нещата. Тези лични 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 доставчици на интернет услуги използват тези адреси и в маршрутизаторите си, както и в Apple AirPort маршрутизаторите.
192.168.0.0 – 192.168.255.255: Повечето комерсиални маршрутизатори са настроени да задават IP адреси в този диапазон. Например, повечето маршрутизатори Linksys използват мрежата 192.168.1.0, докато D-Link и Netgear ползват диапазона 198.168.0.0
172.16.0.0 – 172.16.255.255: Този диапазон се използва рядко от всеки търговски доставчик по подразбиране.
169.254.0.0 – 169.254.255.255: Това е специален диапазон, използван от протокол, наречен Автоматично лично IP адресиране. Ако вашият компютър (или друго устройство) е настроен да извлича автоматично своя IP адрес, но не може да намери DHCP сървър, той си поставя адреса в този диапазон. Ако видите някой от тези адреси, той ви казва, че устройството ви не може да достигне DHCP сървъра, когато дойде време да получите IP адрес, и може да имате проблем с мрежата или проблеми с маршрутизатора си.

Въпросът за динамичните адреси е, че понякога могат да се променят. DHCP сървърите наемат IP адреси на устройства, а когато тези лизинг са нагоре, устройствата трябва да подновят лизинга. Понякога устройствата ще получат различен IP адрес от групата адреси, които сървърът може да присвои.

През повечето време това не е голяма работа и всичко ще "работи". Понякога обаче може да искате да дадете на устройството IP адрес, който не се променя. Например, може би имате устройство, на което трябва да имате ръчен достъп и за вас е по-лесно да запомните IP адрес, отколкото име. Или може би имате определени приложения, които могат да се свързват само с мрежови устройства чрез IP адреса си.

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, макар че понякога това може да е дръзко. Другото, по-елегантно решение е да конфигурирате маршрутизатора си, за да зададете статични IP адреси на определени устройства по време на нормално динамично назначаване от DHCP сървъра. По този начин IP адресът никога не се променя, но не прекъсвате DHCP процеса, който поддържа всичко гладко.