IP-адреса

Общие сведения об IP-адресах

Компьютер, сервер и роутер в сети интернет должен знать, куда следует отправить данные так, чтобы они не потерялись. Одним из помощников в этом нелегком деле является IP-адрес. Он является в определенном смысле аналогом дорожного указателя, маяка, содержащим информацию о местоположении конкретного оборудования в структуре глобальной сети Интернет.

Наиболее часто IP-адрес представляет собой четыре числа, разделенных между собой точками. Именно такое представление используется в протоколе IPv4. Каждое из чисел в адресе является восьмизначным двоичным числом, то есть, октетом. Оно способно обладать значениями от 0000 0000 до 1111 1111. Или же от нуля до 255 в десятичной системе счисления, что означает наличие 256-ти различных значений. Говоря иначе, диапазон IP-адресов начинает отсчет с 0.0.0.0 и оканчивается на 255.255.255.255. То есть, количество всех адресов в данном диапазоне равняется 4 294 967 296.

Формат адресов IPv4 не является единственным, хотя и считается одним из самых распространенных в интернете. Существует также стандарт IPv6, у которого адреса обладают размером уже в 128 бит, против 32 бита в IPv4. Это означает, что IPv6 способен пронумеровать 2^128 устройств, то есть, по 300 миллионов штук на каждого жителя планеты Земля.

Составляющие IP-адреса

В реальности IP-адрес является несколько большим, чем обычный числовой набор. В его состав входят следующие составляющие:

1. Номер хоста, то есть, номер устройства.
2. Номер сети.

К примеру, IPv4-адрес 192.168.1.34 состоит из следующих смысловых частей:

1. Первые три числа определяют номер сети. То есть, все устройства, у которых идентификаторы начинаются с 192.168.1, расположены в одной сети.
2. Четвертое число является номером хоста, то есть номером устройства пользователя.

То есть, устройство, идентификатор которого будет начинаться, к примеру, с 192.168.2, принадлежит к другой сети и не может связаться с устройствами из сети 192.168.1. А, для того чтобы это выполнить, потребуется использовать роутер, который может соединить две эти сети между собой. Роутер является мостом, по которому информация способна переходить из одной сети в другую. Если же использовать технический язык, то роутер представляет собой сеть более высокого уровня, которая способна объединить несколько подсетей. Это может быть представлено так, будто у роутера имеются устройства, которым он может передавать данные и которые таким образом могут вести информационный обмен, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 1. Несколько устройств, объединенных в две сети. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Номер сети можно хранить не только в первых трех октетах, но и в первых двух или даже в одном. Тогда остальные числа будут номером устройств в сети. Для того чтобы компьютер мог понимать, какие октеты предназначены для обозначения сети, а какие для обозначения компьютеров и роутеров, может использоваться достаточно простой механизм. Первые несколько битов в двоичном представлении IP-адреса имеют фиксированное предназначение. Они должны считываться компьютером и автоматически распознаваться, аналогично конструкции switch в языках программирования:

1. Когда первый бит равняется нулю, то это означает, что компьютер работает с большой сетью, на которую должно указывать только одно, самое первое число. Причем первый бит уже является зарезервированным под такую функцию, поэтому всего количество таких сетей может быть 128 (от нуля до 127), а устройств, которые входя в них может быть больше шестнадцати миллионов.
2. Когда первые два бита образуют число 10, что означает два в десятичной системе счисления, то значит IP-адрес принадлежит к сети среднего размера и использует два числа как указатель на нее. У подобного адреса уже два первых бита являются зарезервированными, а это означает, что для номера сети осталось лишь четырнадцать бит, то есть, более 16 тысяч сетей и более 65 тысяч устройств.
3. Когда первые три бита являются числом 110, то значит, компьютер имеет дело с IP-адресом из небольшой сети, в качестве указателей на которую могут использоваться лишь три первых числа. Всего таких сетей может быть больше двух миллионов, а подключенных устройств в каждой сети может быть 256. Диапазон значений простирается от 192.0.0.0 и до 223.255.255.0 (223, так как, три бита являются зарезервированными).

Всем этим типам IP-адресов присвоены свои названия, а именно:

1. Класс A, который обозначает большие сети.
2. Класс B, который обозначает сети среднего размера.
3. Класс C, который обозначает сети малого размера.

Следует отметить, что помимо этих существуют также сети класса D и E. В них включены зарезервированные адреса, к примеру, 127.0.0.0 или 192.168.X.X. Первый показывает сам на себя, то есть, если он отправляет данные по этому адресу, они тут же должны прийти обратно (его еще именуют как localhost). А второй является стандартным идентификатором интернет-модемов и Wi-Fi-роутеров.

Бывают ситуации, когда количество хостов в сети превышает количество доступных IP-адресов, что в современных реалиях интернета вполне может случиться. В таком случае интернет - провайдеры могут выдать устройствам адреса в формате IPv6. Следует отметить, что адрес IPv4 может быть достаточно просто переделан в формат IPv6, а вот обратное преобразование уже невозможно.

Тем не менее не все интернет-провайдеры выполнили переход на новую версию IP-адресов, и это вызвало появление новой проблемы, а именно, отсутствует возможность прямой отправки данных с устройств, которые поддерживают формат IPv4, на устройства, поддерживающие формат IPv6. Эта проблема может быть решена при помощи туннелирования, то есть, создания специального канала между двумя устройствами, по которому может осуществляться информационный обмен между сетями с различными версиями протокола.

Маска подсети является более удобным способом разделения IP-адреса на номер сети и номер хоста. Она заменила алгоритм, который был описан выше.