Kuidas toimivad IP-aadressid?

Iga seade, mis on ühendatud võrguarvutiga, tahvelarvutiga, kaameraga, vajab unikaalset identifikaatorit, et teised seadmed teaksid, kuidas seda saavutada. TCP / IP-võrgu maailmas on see identifikaator Interneti-protokolli (IP) aadress.

Kui olete arvutitega töötanud mis tahes aja jooksul, olete tõenäoliselt kokku puutunud IP-aadressidega - nende numbriliste järjestustega, mis näevad välja nagu 192.168.0.15. Enamasti ei pea me nendega otseselt tegelema, sest meie seadmed ja võrgud hoolitsevad selle eest, mis on kulisside taga. Kui me peame nendega tegelema, järgime sageli lihtsalt juhiseid selle kohta, milliseid numbreid panna. Aga kui te olete kunagi tahtnud veidi sügavamale sukelduda, mida need numbrid tähendavad, on see artikkel teile.

Miks sa hoolid? Noh, mõista, kuidas IP-aadressid töötavad, on oluline, kui soovite kunagi tõrkeotsingut põhjendada, miks teie võrk ei tööta õigesti, või miks ei ole konkreetne seade ühendanud viisi, kuidas seda oodata. Ja kui teil on kunagi vaja luua midagi veidi rohkem arenenud, nagu võõrustada mänguserverit või meediaserverit, millele interneti sõbrad saavad ühendada, peate teadma midagi IP-aadressi kohta. Lisaks on see põnev.

Märkus: Me käsitleme selles artiklis IP-aadressi põhitõdesid, milliseid asju inimesed, kes kasutavad IP-aadresse, kuid ei ole kunagi nende kohta palju mõelnud, võiksid teada saada. Me ei katta mõningaid arenenumaid või professionaalsemaid tasemeid, nagu IP-klassid, klassivaba marsruutimine ja kohandatud alamvoodimine ... kuid me juhime mõnele allikale edasiseks lugemiseks, kui me läheme.

Mis on IP-aadress?

IP-aadress identifitseerib võrgus oleva seadme üheselt. Te olete näinud neid aadresse enne; nad näevad välja nagu 192.168.1.34.

IP-aadress on alati nelja numbri kogum. Iga number võib olla vahemikus 0 kuni 255. Nii et täielik IP-aadresside vahemik ulatub 0,0.0.0 kuni 255.255.255.255.

Põhjus, miks iga number võib ulatuda kuni 255-ni, on see, et iga number on tõesti kaheksakohaline binaararv (mõnikord nimetatakse seda oktettiks). Oktetis oleks arv nulliks 00000000, samas kui number 255 oleks 11111111, maksimaalne arv, mida oktett võib ulatuda. See IP-aadress, mida me varem nimetasime (192.168.1.34) binaarses, näeks välja selline: 11000000.10101000.00000001.00100010.

Arvutid töötavad binaarformaadiga, kuid me inimestel on kümnendvorminguga töötamine palju lihtsam. Siiski, teades, et aadressid on tegelikult binaararvud, saab aru, miks mõned IP-aadresse ümbritsevad asjad toimivad nii, nagu nad teevad.

Ära muretse! Me ei kavatse teile selles artiklis palju binaarseid ega matemaatilisi visandusi teha, nii et me peame meiega natuke kauem.

IP-aadressi kaks osa

Seadme IP-aadress koosneb tegelikult kahest eraldi osast:

• Võrgu ID: Võrgu ID on osa IP-aadressist, mis algab vasakult, mis identifitseerib konkreetse võrgu, millel seade asub. Tüüpilises koduvõrgus, kus seadmel on IP-aadress 192.168.1.34, on 192.168.1 osa aadressist võrgu ID. Tavaline on täita puuduv lõplik osa nulliga, nii et võime öelda, et seadme võrgu ID on 192.168.1.0.
• Host ID: Võrgutunnus on osa IP-aadressist, mida võrgu ID ei võta. See tuvastab selles võrgus konkreetse seadme (TCP / IP maailmas, mida me nimetame seadmeteks). Jätkates meie IP-aadressi 192.168.1.34 eeskuju, oleks host ID 34-masina unikaalne ID 192.168.1.0 võrgus.

Koduvõrgus võib näha mitut IP-aadressi omavat seadet nagu 192.168.1.1, 192.168.1.2, 192.168.1 30 ja 192.168.1.34. Kõik need on unikaalsed seadmed (sellisel juhul on host ID-d 1, 2, 30 ja 34) (võrgu ID-ga 192.168.1.0).

Et seda kõike veidi paremaks muuta, pöörduge analoogia juurde. See on üsna sarnane sellele, kuidas tänav aadressil linnas toimib. Võtke aadress nagu 2013 Paradise Street. Tänava nimi on nagu võrgutunnus ja maja number on nagu host ID. Linna sees ei nimetata ühtegi kahte tänavat, justkui ei nimetata sama võrgu kahte ID-d. Konkreetsel tänaval on kõik maja numbrid unikaalsed, nagu kõik võrgutunnuse üksikud hostid on unikaalsed.

Alamvõrgu mask

Niisiis, kuidas teie seade määrab, milline IP-aadressi osa on võrgu ID ja milline osa on host ID? Selleks kasutavad nad teist numbrit, mida näete alati koos IP-aadressiga. Seda numbrit nimetatakse alamvõrgu maskiks.

Enamikes lihtsates võrkudes (nagu kodudes või väikestes ettevõtetes) näete alamvõrgu maske nagu 255.255.255.0, kus kõik neli numbrit on kas 255 või 0. Muutuste positsioon 255 kuni 0 näitab jaotust võrgu ja host ID. 255-ndad “maskid” võrgutunnuse võrrandist välja.

Märkus: siin kirjeldatud põhivõrgu maskid on tuntud kui alamvõrgu maskid. Asjad muutuvad suuremates võrkudes sellest keerulisemaks. Inimesed kasutavad sageli kohandatud alamvõrgu maske (kus nullide ja nende vahelise vaheaja asukoht nihkub okteti piires), et luua samas võrgus mitu alamvõrku. See on natuke kaugemale käesoleva artikli reguleerimisalast, kuid kui olete huvitatud, on Cisco'l üsna hea juhend subnettingi kohta.

Vaikevärava aadress

Lisaks IP-aadressile ja sellega seotud alamvõrgu maskile näete ka IP-aadressi teavet sisaldavat vaikimisi lüüsi aadressi. Sõltuvalt kasutatavast platvormist võib seda aadressi nimetada teistsuguseks. Seda nimetatakse mõnikord "ruuteriks", "ruuteri aadressiks", "vaikimisi marsruudiks" või "lihtsalt" lüüsi. "Need kõik on sama. See on vaikimisi IP-aadress, millele seade saadab võrguandmeid, kui need andmed on mõeldud teisele võrgule (teine, millel on teistsugune võrgu ID) kui seade on sisse lülitatud.

Selle kõige lihtsam näide on tüüpilises koduvõrgus.

Kui teil on mitmete seadmetega koduvõrk, on tõenäoliselt ruuter, mis on Interneti-ühenduse kaudu modemi kaudu ühendatud. See ruuter võib olla eraldi seade või see võib olla osa teie Interneti-teenuse pakkuja poolt tarnitavast modem / ruuteri kombinatsioonist. Ruuter paikneb teie võrgu arvutite ja seadmete vahel ning internetis rohkemate avalikkusele suunatud seadmetega, mis liiguvad (või suunavad) liiklust edasi-tagasi.

Ütle, et süüte oma brauseri ja pea www.howtogeek.com. Teie arvuti saadab taotluse meie saidi IP-aadressile. Kuna meie serverid on pigem internetis kui koduvõrgus, saadetakse teie arvutisse teie liiklus marsruuterile (lüüsile) ja teie ruuter edastab taotluse meie serverile. Server saadab õige teabe tagasi teie ruuterile, mis suunab seejärel teabe tagasi seadmesse, mis seda taotles, ja näete meie veebilehte teie brauseris üles..

Tavaliselt on ruuterid konfigureeritud vaikimisi, et neil oleks oma IP-aadress (nende aadress kohalikus võrgus) esimese host ID-na. Nii näiteks on koduvõrgus, mis kasutab võrgu ID-d 192.168.1.0, tavaliselt ruuter 192.168.1.1. Loomulikult, nagu enamik asju, saate selle seadistada nii, et see oleks midagi muud kui soovite.

DNS-serverid

Seadme IP-aadressi, alamvõrgu maski ja vaikelüüsi aadressi kõrval on näha üks lõplik teave: ühe või kahe vaikimisi domeeninime süsteemi (DNS) serveri aadressid. Me inimesed töötavad nimede kui numbriliste aadressidega palju paremini. Sisesta www.howtogeek.com oma brauseri aadressiribale on palju lihtsam kui meie saidi IP-aadressi mäletamine ja sisestamine.

DNS töötab nagu telefoniraamat, otsides inimloetavaid asju, näiteks veebisaitide nimesid, ja teisendades need IP-aadressideks. DNS teeb seda, hoides kogu selle teabe ühendatud DNS-serverite süsteemi üle interneti. Teie seadmed peavad teadma DNS-serverite aadresse, kuhu nende päringud saata.

Tüüpilise väikese või koduvõrgu puhul on DNS-serveri IP-aadressid sageli samad kui vaikelüüsi aadress. Seadmed saadavad oma DNS-päringud ruuterile, mis seejärel edastab päringuid igale DNS-serverile, mille marsruuter on konfigureeritud kasutamiseks. Vaikimisi on need tavaliselt teie ISP pakutavad DNS-serverid, kuid kui soovite, saate neid muuta, et kasutada erinevaid DNS-servereid. Mõnikord võib teil olla parem edu kolmandate osapoolte (nt Google või OpenDNS) pakutavate DNS-serverite abil.

Mis vahe on IPv4 ja IPv6 vahel?

Võib-olla olete ka seadete sirvimise ajal märganud teistsugust IP-aadressi, mida nimetatakse IPv6-aadressiks. IP-aadresside tüübid, millest me seni räägime, on IP-versiooni 4 (IPv4) poolt kasutatavad aadressid, mis on välja töötatud 70ndate lõpus. Nad kasutavad 32 binaarset bitti, millest me rääkisime (neljas oktetis), et pakkuda kokku 4,29 miljardit võimalikku unikaalset aadressi. Kuigi see kõlab palju, olid kõik avalikult kättesaadavad aadressid juba ammu määratud ettevõtetele. Paljud neist on kasutamata, kuid need on määratud ja üldiseks kasutamiseks puuduvad.

90-ndate aastate keskel, muretses IP-aadresside võimaliku nappuse pärast, kavandas Interneti-inseneritöögrupp (IETF) IPv6. IPv6 kasutab IPv4 32-bitise aadressi asemel 128-bitist aadressi, nii et unikaalsete aadresside koguarvu mõõdetakse undecillions-is, mis on piisavalt suur, et see tõenäoliselt ei otsi.

Erinevalt IPv4-s kasutatud punktiirjoonest on IPv6-aadressid väljendatud kaheksa numbrirühmana, jagatud koolonitega. Igal rühmal on neli kuueteistkümnendnumbrit, mis esindavad 16 binaarset numbrit (seda nimetatakse ka hextetiks). Tüüpiline IPv6-aadress võib tunduda selline:

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

Asi on selles, et kogu probleemi põhjustanud IPv4-aadresside puudus leevendas suures osas ruuterite taga olevate erasektori IP-aadresside suurenenud kasutamist. Üha enam inimesi loonud oma privaatseid võrke, kasutades neid privaatset IP-aadressi, mis ei ole avalikult avatud.

Niisiis, kuigi IPv6 on endiselt suur mängija ja üleminek toimub ikka veel, ei juhtunud see kunagi nii täielikult, kui ennustati - vähemalt mitte veel. Kui soovite rohkem teada saada, vaadake seda IPv6 ajalugu ja ajakava.

Kuidas saab seade oma IP-aadressi?

Nüüd, kui teate, kuidas IP-aadressid toimivad, räägime sellest, kuidas seadmed oma IP-aadressid kõigepealt saavad. IP-ülesandeid on tõesti kahte tüüpi: dünaamiline ja staatiline.

Dünaamiline IP-aadress määratakse automaatselt, kui seade ühendub võrguga. Enamik täna kasutatavatest võrkudest (sh teie koduvõrk) kasutab selleks midagi, mida nimetatakse dünaamiliseks hostikonfiguratsiooniprotokolliks (DHCP). DHCP on ruuteri sisseehitatud. Kui seade ühendub võrguga, saadab ta IP-aadressi nõudva eetrisõnumi. DHCP peatab selle sõnumi ja määrab sellele IP-aadressi olemasolevatest IP-aadressidest.

Selleks kasutatakse teatud privaatsete IP-aadresside ruutereid. Kasutatav sõltub sellest, kes teie marsruuteri tegi või kuidas olete ise asju seadnud. Need eraõiguslikud IP-vahemikud hõlmavad:

• 10.0.0.0 - 10.255.255.255: Kui olete Comcast / Xfinity klient, määrab teie ISP pakutav marsruuter sellesse vahemikku kuuluvaid aadresse. Mõned teised Interneti-teenuse pakkujad kasutavad neid aadresse ka oma ruuterites, nagu ka Apple oma AirPorti ruuterites.
• 192,168,0 - 192,168,255,255: Enamik kaubanduslikke ruutereid on määratud sellesse vahemikku IP-aadresside määramiseks. Näiteks kasutab enamik Linksys'i ruutereid 192.168.1.0 võrku, samas kui D-Link ja Netgear kasutavad mõlemat vahemikku 198.168.0.0
• 172,16,0,0 - 172,16,255,255: Seda valikut kasutavad harilikult kõik kaubanduslikud müüjad vaikimisi.
• 169,254,0,0 - 169,254,255,255: See on spetsiaalne vahemik, mida kasutab protokoll, mille nimi on Automaatne eraviisiline IP-aadress. Kui teie arvuti (või muu seade) on seadistatud IP-aadressi automaatselt alla laadima, kuid ei leia DHCP-serverit, määrab ta selle vahemiku aadressi. Kui näete ühte neist aadressidest, ütleb ta, et teie seade ei jõudnud DHCP-serverisse, kui oli aeg IP-aadressi saada, ja teil võib olla ruuteriga võrguprobleem või probleeme.

Dünaamiliste aadresside asi on see, et nad võivad mõnikord muutuda. DHCP-serverid rendivad seadmetele IP-aadresse ja kui need rendilepingud on sõlmitud, peavad seadmed üürilepingu uuendama. Mõnikord saavad seadmed aadresside kogumist, mida server võib määrata, erineva IP-aadressi.

Enamasti ei ole see suur asi, ja kõik hakkab toimima. Mõnikord võite siiski anda seadmele IP-aadressi, mis ei muutu. Näiteks võib-olla teil on seade, millele peate käsitsi juurde pääseda, ja teil on lihtsam IP-aadressi meeles pidada. Või äkki on teil teatud rakendusi, mis saavad ühendada ainult võrguseadmeid oma IP-aadressi kasutades.

Sellistel juhtudel saate neile seadmetele määrata staatilise IP-aadressi. Selleks on paar võimalust. Seade saab ise seadistada staatilise IP-aadressiga, kuigi see võib mõnikord olla janky. Teine, elegantne lahendus on konfigureerida marsruuter, et määrata teatud seadmetele staatilised IP-aadressid, mis oleksid DHCP-serveri poolt tavaliselt dünaamilised. Nii ei muutu IP-aadress kunagi, kuid te ei katkestanud DHCP-protsessi, mis hoiab kõike tõrgeteta.