Jak fungují adresy IP?

Každé zařízení připojené k síťovému počítači, tabletu, fotoaparátu či cokoli - potřebuje jedinečný identifikátor, aby ostatní zařízení věděla, jak se k němu dostat. Ve světě sítí TCP / IP je tento identifikátor adresa IP (Internet Protocol).

Pokud jste pracovali s počítači po určitou dobu, pravděpodobně jste byli vystaveni adresám IP - číselným sekvencím, které vypadají něco jako 192.168.0.15. Většinu času se s nimi nemusíme zabývat přímo, protože se naše zařízení a sítě postaraly o to, co se děje v zákulisí. Když se s nimi musíme vypořádat, často následujeme pouze pokyny ohledně toho, co čísla mají dát kde. Ale pokud jste někdy chtěli ponořit trochu hlouběji do toho, co tato čísla znamenají, tento článek je pro vás.

Proč byste měl zájem? Pochopení, jak fungují adresy IP, je životně důležité, pokud někdy budete chtít vyřešit problémy, proč síť nefunguje správně nebo proč určité zařízení není připojeno tak, jak byste očekávali. A pokud budete někdy muset nastavit něco trochu pokročilejšího - například hosting herního serveru nebo mediálního serveru, ke kterému se mohou připojit přátelé z internetu - potřebujete něco vědět o adresách IP. Navíc je to trochu fascinující.

Poznámka: V tomto článku se budeme zabývat základy adresování IP, druh informací, které lidé, kteří používají adresy IP, ale nikdy o nich moc nevěděli, by možná chtěli vědět. Nebudeme pokrývat některé z pokročilejších nebo profesionálnějších úrovní, jako jsou třídy IP, beztřídní směrování a vlastní podsítě ... ale budeme poukazovat na některé zdroje pro další čtení, když jdeme spolu.

Co je IP adresa?

Adresa IP jednoznačně identifikuje zařízení v síti. Už jste tyto adresy viděli; vypadají něco jako 192.168.1.34.

Adresa IP je vždy sada čtyř čísel. Každé číslo se může pohybovat od 0 do 255. Rozsah plného adresování IP tedy trvá od 0.0.0.0 do 255.255.255.255.

Důvodem, proč každé číslo může dosáhnout až 255, je to, že každé z čísel je skutečně osmimístné binární číslo (někdy nazývané oktetem). V oktetu bude číslo nula 00000000, zatímco číslo 255 bude 11111111, maximální počet oktetů může dosáhnout. Tato IP adresa, kterou jsme zmínili dříve (192.168.1.34) v binárním souboru, by vypadala takto: 11000000.10101000.00000001.00100010.

Počítače pracují s binárním formátem, ale my lidé považujeme za mnohem jednodušší práci s desítkovým formátem. Přesto vědět, že adresy jsou vlastně binární čísla, nám pomůže pochopit, proč některé věci, které obklopují adresy IP, pracují tak, jak to dělají.

Nebojte se, nicméně! Nebudeme vám v tomto článku hrát hodně binárních nebo matematických pojmů, takže s námi už jen trochu delší.

Dvě části adresy IP

IP adresa zařízení se skládá ze dvou samostatných částí:

ID sítě: ID sítě je součástí IP adresy začínající zleva, která identifikuje konkrétní síť, na které je zařízení umístěno. V typické domácí síti, kde má zařízení adresu IP 192.168.1.34, je součástí adresy 192.168.1 ID sítě. Je zakázáno vyplňovat chybějící závěrečnou část s nulou, takže bychom mohli říci, že síťové ID zařízení je 192.168.1.0.
ID hostitele: ID hostitele je částí adresy IP, která nebyla převzata identifikátorem sítě. Identifikuje konkrétní zařízení (v síti TCP / IP, voláme hostitele zařízení) v dané síti. Pokračováním našeho příkladu adresy IP 192.168.1.34 bude ID hostitele 34 - jedinečné ID hostitele v síti 192.168.1.0.

Ve vaší domácí síti se může zobrazit několik zařízení s adresou IP, například 192.168.1.1, 192.168.1.2, 192.168.1 30 a 192.168.1.34. Všechna tato zařízení jsou jedinečná (v tomto případě s ID hostitele 1, 2, 30 a 34) ve stejné síti (s identifikátorem sítě 192.168.1.0).

Chcete-li to všechno trochu lípnout, přejděme k analogii. Je to docela podobný tomu, jak adresy fungují v rámci města. Uveďte adresu jako Paradise Street 2013. Název ulice je jako ID sítě a číslo domu je jako ID hostitele. V rámci města nebudou pojmenovány žádné dvě ulice, stejně jako žádné dva síťové ID v téže síti budou pojmenovány stejně. Na konkrétní ulici je každé číslo domu jedinečné, stejně jako všechny hostitelské iD v rámci určitého síťového ID jsou jedinečné.

Maska podsítě

Jak tedy vaše zařízení určí, která část adresy IP je ID sítě a jakou část ID hostitele? Za tím účelem používají druhé číslo, které budete vždy vidět ve spojení s adresou IP. Toto číslo se nazývá maska podsítě.

Na většině jednoduchých sítí (jako v domácnostech nebo v malých firmách) uvidíte masky podsítě, například 255.255.255.0, kde všechna čtyři čísla jsou buď 255 nebo 0. Pozice změn od 255 do 0 označuje rozdělení mezi síťové a hostitelské ID. 255s "maskuje" ID sítě z rovnice.

Poznámka: Základní masky podsítě, které zde popisujeme, jsou známé jako masky podsítě. Věci se komplikují ve větších sítích. Lidé často používají vlastní masky podsítě (kde poloha přerušení mezi nulami a ty se posunuje v oktetu) vytváří více podsítí ve stejné síti. To je trochu mimo rozsah tohoto článku, ale pokud máte zájem, Cisco má docela dobrý průvodce na subnetting.

Výchozí adresa brány

Kromě samotné adresy IP a přidružené masky podsítě se také zobrazí výchozí adresa brány spolu s informacemi o adresách IP. V závislosti na platformě, kterou používáte, se tato adresa může nazvat něco jiného. Někdy se říká "směrovač", "adresa směrovače," výchozí cesta "nebo jen" brána ". To vše je totéž. Je to výchozí adresa IP, na kterou zařízení odesílá síťová data, když je tato data určena k přechodu na jinou síť (s jiným síťovým identifikátorem), než je ten, na kterém je zařízení zapnuté.

Nejjednodušší příklad je v typické domácí síti.

Pokud máte domácí síť s více zařízeními, pravděpodobně máte směrovač, který je připojen k internetu modemem. Tento směrovač může být samostatným zařízením nebo může být součástí soupravy modemu / směrovače dodávané vaším poskytovatelem internetu. Směrovač se nachází mezi počítači a zařízeními ve vaší síti a více zařízení orientovaná na veřejnost na internetu, procházení (nebo směrování) provozu tam a zpět.

Řekněme, že vypálíte prohlížeč a přejdete na adresu www.howtogeek.com. Váš počítač odešle požadavek na adresu IP našeho webu. Vzhledem k tomu, že naše servery jsou na internetu spíše než na vaší domácí síti, je tento přenos odeslán z vašeho počítače směrovači (brány) a váš směrovač předává požadavek na náš server. Server odešle správné informace zpět na váš směrovač, který pak přenese informace zpět na zařízení, které o to požádalo, a uvidíte, že se naše stránky objevují ve vašem prohlížeči.

Obvykle jsou směrovače ve výchozím nastavení konfigurovány jako první ID hostitele své soukromé adresy IP (jejich adresy v místní síti). Takže například v domácí síti, která pro identifikaci sítě používá 192.168.1.0, bude směrovač obvykle 192.168.1.1. Samozřejmě, jako většina věcí, můžete nakonfigurovat, že chcete být něco jiného, pokud chcete.

Servery DNS

K dispozici je jedna poslední část informací, které uvidíte přidělené vedle adresy IP zařízení, masky podsítě a výchozí adresu brány: adresy jednoho nebo dvou výchozích serverů DNS (Domain Name System). My lidé pracujeme mnohem lépe jmény než numerické adresy. Zadání adresy www.howtogeek.com do adresního řádku prohlížeče je mnohem jednodušší než zapamatování a psaní adresy IP naší stránky.

DNS funguje jako telefonní seznam, hledá lidem čitelný věci, jako jsou názvy webových stránek, a konvertuje je na adresy IP. DNS to dělá tím, že uloží všechny tyto informace do systému propojených DNS serverů přes internet. Vaše zařízení potřebují znát adresy serverů DNS, kterým mohou odesílat dotazy.

V typické malé nebo domácí síti jsou adresy IP serveru DNS často stejné jako výchozí adresa brány. Zařízení odesílají dotazy DNS do směrovače, které pak předávají požadavky na servery DNS, které je směrovač nakonfigurován k použití. Ve výchozím nastavení se jedná většinou o servery DNS, které poskytuje váš ISP, ale můžete je změnit, pokud chcete používat různé servery DNS. Někdy můžete mít lepší úspěch pomocí serverů DNS poskytovaných třetími stranami, jako je Google nebo OpenDNS.

Jaký je rozdíl mezi IPv4 a IPv6?

Během procházení nastavení můžete také zaznamenat jiný typ adresy IP nazvaný adresa IPv6. Typy adres IP, o kterých jsme se dosud zabývali, jsou adresy používané protokolem IP verze 4 (protokol IPv4) - protokol vyvinutý koncem 70. let. Používají 32 binárních bitů, o kterých jsme mluvili (ve čtyřech oktetech), aby poskytli celkem 4,29 miliardy možných jedinečných adres. Zatímco to zní jako hodně, všechny veřejné adresy byly dávno přiděleny firmám. Mnohé z nich jsou nevyužité, ale jsou přiřazeny a k dispozici pro všeobecné použití.

V polovině devadesátých let, obává se potenciálního nedostatku adres IP, internetová inženýrská pracovní skupina (IETF) vytvořila IPv6. IPv6 používá místo 32bitové adresy protokolu IPv4 adresu 128 bitů, takže celkový počet jedinečných adres je měřen v undecillionech - číslem dostatečně velké, že je nepravděpodobné, že by se někdy vyčerpaly.

Na rozdíl od tečkované desetinné notace použité v protokolu IPv4 jsou adresy IPv6 vyjádřeny jako osm skupin čísel, rozdělených dvojtečkami. Každá skupina má čtyři šestnáctkové číslice, které reprezentují 16 binárních číslic (takže je označováno jako hextet). Typická adresa IPv6 může vypadat takto:

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

Jde o to, že nedostatek adres IPv4, který způsobil, že veškeré obavy skončily, bylo do značné míry zmírněno zvýšeným využíváním soukromých adres IP za směrovači. Stále více lidí vytvořilo své vlastní privátní sítě, které používají ty soukromé adresy IP, které nejsou veřejně přístupné.

Takže, i když je IPv6 stále významným hráčem a tento přechod se ještě stane, nikdy se nestalo tak úplně, jak se předpokládalo - přinejmenším ne. Pokud máte zájem dozvědět se více, podívejte se na tuto historii a časovou osu IPv6.

Jak má zařízení IP adresu?

Nyní, když znáte základní informace o tom, jak fungují adresy IP, pojďme si popovídat o tom, jak zařízení dostanou své adresy IP na prvním místě. Existují opravdu dva typy přiřazení IP: dynamické a statické.

Dynamická adresa IP je přiřazena automaticky, když se zařízení připojí k síti. Většina sítí dnes (včetně vaší domácí sítě) používá pro dosažení tohoto cíle něco nazvaného Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP). DHCP je integrován do směrovače. Když se zařízení připojí k síti, vysílá vysílanou zprávu požadující adresu IP. DHCP zachycuje tuto zprávu a přiřadí IP adresu danému zařízení z fondu dostupných adres IP.

Existují určité soukromé rozsahy adres IP, které směrovače použijí pro tento účel. Který je použit, závisí na tom, kdo router nastavil, nebo jak jste sami nastavili věci. Mezi tyto soukromé rozsahy IP patří:

10.0.0.0 - 10.255.255.255: Pokud jste zákazníkem společnosti Comcast / Xfinity, router, který poskytuje váš poskytovatel služeb Internetu, přiřadí adresy v tomto rozsahu. Někteří jiní poskytovatelé internetových služeb také používají tyto adresy na svých směrovačích, stejně jako Apple na svých routerech AirPort.
192.168.0.0 - 192.168.255.255: Většina komerčních směrovačů je nastavena tak, aby přiřazovala IP adresy v tomto rozsahu. Například většina směrovačů Linksys používá síť 192.168.1.0, zatímco D-Link a Netgear používají rozsah 198.168.0.0
172.16.0.0 - 172.16.255.255: Tento rozsah je ve výchozím nastavení zřídkakdy používán jakýmkoli komerčním dodavatelem.
169.254.0.0 - 169.254.255.255: Jedná se o speciální rozsah používaný protokolem Automatické soukromé adresování IP. Je-li váš počítač (nebo jiné zařízení) nastaven tak, aby automaticky načteř svou adresu IP, ale nenajde server DHCP, přidělí se jí adresa v tomto rozsahu. Pokud se zobrazí jedna z těchto adres, informuje o tom, že se vaše zařízení nedokázalo dostat na server DHCP, když přišel čas na získání adresy IP, a můžete mít problém se sítí nebo problémy s routeru.

Věc o dynamických adresách je, že se někdy mohou změnit. Servery DHCP pronajou adresy IP zařízením, a pokud jsou tyto leasingy vyšší, musí zařízení obnovit nájem. Někdy zařízení získají jinou adresu IP ze skupiny adres, které může server přiřadit.

Většinou není to velký problém a všechno "funguje". Příležitostně však můžete dát zařízení IP adresu, která se nemění. Například možná máte zařízení, které potřebujete k ručnímu přístupu, a zjistíte, že je snazší zapamatovat si adresu IP než jméno. Nebo možná máte určité aplikace, které se mohou připojit pouze k síťovým zařízením pomocí své IP adresy.

V takových případech můžete těmto zařízením přiřadit statickou adresu IP. Existuje několik způsobů, jak to udělat. Zařízení můžete ručně konfigurovat se statickou adresou IP, ačkoli to může být někdy janky. Dalším, elegantnějším řešením je nakonfigurovat směrovač, aby přiřadil statické adresy IP určitým zařízením během běžného dynamického přiřazení DHCP serverem. IP adresa se tak nikdy nezmění, ale nepřerušíte proces DHCP, který udržuje vše hladké.