Адрес интернет-протокола ( IP-адрес ) — это числовая метка, например 192.0.2.1 , которая назначается устройству, подключенному к компьютерной сети , которая использует интернет-протокол для связи. [1] [2] IP-адреса выполняют две основные функции: идентификацию сетевого интерфейса и адресацию местоположения .
Интернет-протокол версии 4 (IPv4) определяет IP-адрес как 32-битное число. [2] Однако из-за роста Интернета и истощения доступных адресов IPv4 в 1998 году была стандартизирована новая версия IP ( IPv6 ), использующая 128 бит для IP-адреса. [3] [4] [5] ] Развертывание IPv6 продолжается с середины 2000-х годов.
IP-адреса записываются и отображаются в удобочитаемых обозначениях, например 192.0.2.1 в IPv4 и 2001:db8:0:1234:0:567:8:1 в IPv6. Размер префикса маршрутизации адреса обозначается в нотации CIDR путем добавления к адресу числа значащих битов , например, 192.0.2.1/24 , что эквивалентно исторически используемой маске подсети 255.255.255.0 .
Пространство IP-адресов глобально управляется Управлением по присвоению номеров Интернета (IANA) и пятью региональными интернет-регистратурами (RIR), ответственными на своих определенных территориях за присвоение местным интернет-реестрам , таким как поставщики интернет-услуг (ISP) и другие конечные пользователи . Адреса IPv4 были распределены IANA среди RIR блоками примерно по 16,8 миллионов адресов каждый, но с 2011 года они были исчерпаны на уровне IANA. Только у одного из RIR все еще есть запасы для местных назначений в Африке. [6] Некоторые адреса IPv4 зарезервированы для частных сетей и не являются глобально уникальными.
Сетевые администраторы назначают IP-адрес каждому устройству, подключенному к сети. Такие назначения могут быть статическим (фиксированным или постоянным) или динамическим , в зависимости от сетевых практик и особенностей программного обеспечения.
IP-адрес выполняет две основные функции: он идентифицирует хост или, точнее, его сетевой интерфейс , а также обеспечивает местоположение хоста в сети и, следовательно, возможность установить путь к этому хосту. Его роль охарактеризована следующим образом: «Имя указывает, что мы ищем. Адрес указывает, где это находится. Маршрут указывает, как туда добраться». [2] Заголовок каждого IP-пакета содержит IP-адрес хоста-отправителя и хоста-получателя.
Сегодня в Интернете широко используются две версии Интернет-протокола . Исходной версией Интернет-протокола, которая была впервые развернута в 1983 году в сети ARPANET , предшественнике Интернета, является Интернет-протокол версии 4 (IPv4).
К началу 1990-х годов быстрое исчерпание адресного пространства IPv4, доступного для назначения поставщикам интернет-услуг и организациям конечных пользователей, побудило Инженерную группу Интернета (IETF) изучить новые технологии для расширения возможностей адресации в Интернете. Результатом стала модернизация Интернет-протокола, который в конечном итоге стал известен как Интернет-протокол версии 6 (IPv6) в 1995 году. [3] [4] [5] Технология IPv6 находилась на различных стадиях тестирования до середины 2000-х годов, когда началось коммерческое производство. .
Сегодня эти две версии Интернет-протокола используются одновременно. Помимо других технических изменений, каждая версия по-разному определяет формат адресов. Из-за исторической распространенности IPv4 общий термин IP-адрес обычно по-прежнему относится к адресам, определенным IPv4. Разрыв в последовательности версий между IPv4 и IPv6 возник в результате присвоения версии 5 экспериментальному протоколу Internet Stream в 1979 году, который, однако, никогда не назывался IPv5.
Были определены и другие версии от v1 до v9, но широкое распространение получили только v4 и v6. v1 и v2 были названиями протоколов TCP в 1974 и 1977 годах, поскольку в то время не существовало отдельной спецификации IP. Версия 3 была определена в 1978 году, а версия 3.1 — это первая версия, в которой TCP отделен от IP. v6 представляет собой синтез нескольких предложенных версий, v6 Simple Internet Protocol , v7 TP/IX: The Next Internet , v8 PIP — The P Internet Protocol и v9 TUBA — Tcp & Udp with Big Addresses . [7]
IP-сети могут быть разделены на подсети как в IPv4 , так и в IPv6 . Для этого IP-адрес распознается как состоящий из двух частей: префикса сети в старших битах и остальных битов, называемых остальным полем , идентификатором хоста или идентификатором интерфейса (IPv6), используемым для нумерации хостов внутри сети. . [1] Маска подсети или обозначение CIDR определяет, как IP-адрес делится на сетевую и хостовую части.
Термин «маска подсети» используется только в IPv4. Однако обе версии IP используют концепцию и обозначение CIDR. При этом за IP-адресом следует косая черта и число (в десятичном формате) битов, используемых для сетевой части, также называемое префиксом маршрутизации . Например, адрес IPv4 и его маска подсети могут быть 192.0.2.1 и 255.255.255.0 соответственно. Обозначение CIDR для одного и того же IP-адреса и подсети — 192.0.2.1/24 , поскольку первые 24 бита IP-адреса указывают сеть и подсеть.
Адрес IPv4 имеет размер 32 бита, что ограничивает адресное пространство 4 294 967 296 (2 32 ) адресами. Из этого числа некоторые адреса зарезервированы для специальных целей, таких как частные сети (~ 18 миллионов адресов) и многоадресная адресация (~ 270 миллионов адресов).
Адреса IPv4 обычно представляются в десятичном формате , состоящем из четырех десятичных чисел, каждое из которых находится в диапазоне от 0 до 255, разделенных точками, например 192.0.2.1 . Каждая часть представляет собой группу из 8 бит (октет ) адреса. [8] В некоторых случаях технической документации [ укажите ] адреса IPv4 могут быть представлены в различных шестнадцатеричных , восьмеричных или двоичных представлениях.
На ранних стадиях развития Интернет-протокола номер сети всегда был октетом старшего порядка (самые значимые восемь битов). Поскольку этот метод позволял использовать только 256 сетей, он вскоре оказался неадекватным, поскольку были разработаны дополнительные сети, независимые от существующих сетей, уже обозначенных номером сети. В 1981 году спецификация адресации была пересмотрена с введением классовой сетевой архитектуры. [2]
Классовое проектирование сети позволило обеспечить большее количество индивидуальных сетевых назначений и детализированное проектирование подсетей. Первые три бита старшего октета IP-адреса определялись как класс адреса. Три класса ( A , B и C ) были определены для универсальной одноадресной адресации. В зависимости от производного класса идентификация сети основывалась на октетных граничных сегментах всего адреса. Каждый класс последовательно использовал дополнительные октеты в идентификаторе сети, тем самым уменьшая возможное количество хостов в классах более высокого порядка ( B и C ). В следующей таблице представлен обзор этой устаревшей системы.
Классовый сетевой дизайн выполнил свою задачу на этапе запуска Интернета, но ему не хватало масштабируемости в условиях быстрого расширения сетей в 1990-х годах. Система классов адресного пространства была заменена на бесклассовую междоменную маршрутизацию (CIDR) в 1993 году. CIDR основан на маскировании подсети переменной длины (VLSM), позволяющем распределять и маршрутизировать на основе префиксов произвольной длины. Сегодня остатки концепций классовых сетей функционируют лишь в ограниченном объеме в качестве параметров конфигурации по умолчанию некоторых сетевых программных и аппаратных компонентов (например, сетевой маски), а также в техническом жаргоне, используемом в дискуссиях сетевых администраторов.
Ранний проект сети, когда предполагалось глобальное сквозное соединение для связи со всеми хостами Интернета, предполагал, что IP-адреса будут глобально уникальными. Однако было обнаружено, что это не всегда необходимо, поскольку развиваются частные сети и необходимо сохранять пространство общедоступных адресов.
Компьютеры, не подключенные к Интернету, например заводские машины, которые обмениваются данными только друг с другом через TCP/IP , не обязательно должны иметь глобально уникальные IP-адреса. Сегодня такие частные сети широко используются и при необходимости обычно подключаются к Интернету с помощью трансляции сетевых адресов (NAT).
Для частных сетей зарезервированы три непересекающихся диапазона адресов IPv4. [9] Эти адреса не маршрутизируются в Интернете, поэтому их использование не требует согласования с реестром IP-адресов. Любой пользователь может использовать любой из зарезервированных блоков. Обычно сетевой администратор делит блок на подсети; например, многие домашние маршрутизаторы автоматически используют диапазон адресов по умолчанию от 192.168.0.0 до 192.168.0.255 ( 192.168.0.0/24 ) .
В IPv6 размер адреса был увеличен с 32 бит в IPv4 до 128 бит, что обеспечивает до 2 128 (приблизительно3,403 × 10 38 ) адресов. Это считается достаточным в обозримом будущем.
Целью нового дизайна было не просто предоставить достаточное количество адресов, но и изменить маршрутизацию в Интернете, позволив более эффективно агрегировать префиксы маршрутизации подсети. Это привело к замедлению роста таблиц маршрутизации в маршрутизаторах. Наименьшее возможное индивидуальное выделение — это подсеть на 2 64 хоста, что соответствует квадрату размера всего Интернета IPv4. На этих уровнях фактический коэффициент использования адресов будет небольшим в любом сегменте сети IPv6. Новый дизайн также предоставляет возможность отделить инфраструктуру адресации сегмента сети, то есть локальное администрирование доступного пространства сегмента, от префикса адресации, используемого для маршрутизации трафика во внешние сети и из них. IPv6 имеет средства, которые автоматически меняют префикс маршрутизации целых сетей в случае изменения глобального подключения или политики маршрутизации , не требуя внутренней перестройки или изменения нумерации вручную.
Большое количество адресов IPv6 позволяет назначать большие блоки для конкретных целей и, при необходимости, объединять их для эффективной маршрутизации. При большом адресном пространстве нет необходимости использовать сложные методы сохранения адресов, используемые в CIDR.
Все современные операционные системы для настольных компьютеров и корпоративных серверов включают встроенную поддержку IPv6 , но он еще не получил широкого распространения в других устройствах, таких как бытовые сетевые маршрутизаторы, голосовое оборудование (VoIP) и мультимедийное оборудование, а также некоторое сетевое оборудование .
Так же, как IPv4 резервирует адреса для частных сетей, в IPv6 резервируются блоки адресов. В IPv6 они называются уникальными локальными адресами (ULA). Для этого блока зарезервирован префикс маршрутизации fc00:: / 7 , [10] который разделен на два блока / 8 с разными подразумеваемыми политиками. Адреса включают 40-битное псевдослучайное число, которое сводит к минимуму риск коллизий адресов в случае слияния сайтов или неправильной маршрутизации пакетов.
В ранних практиках для этой цели использовался другой блок ( fec0:: ), называемый локальными адресами сайта. [11] Однако определение того, что представляет собой сайт, оставалось неясным, а плохо определенная политика адресации создавала двусмысленность для маршрутизации. От этого типа адреса отказались, и его нельзя использовать в новых системах. [12]
Адреса, начинающиеся с fe80:: , называемые локальными адресами ссылок , назначаются интерфейсам для связи по присоединенной ссылке. Адреса автоматически генерируются операционной системой для каждого сетевого интерфейса. Это обеспечивает мгновенную и автоматическую связь между всеми хостами IPv6 по каналу. Эта функция используется на нижних уровнях сетевого администрирования IPv6, например, для протокола обнаружения соседей .
Префиксы частных и локальных адресов не могут маршрутизироваться в общедоступном Интернете.
IP-адреса назначаются хосту либо динамически при его подключении к сети, либо постоянно путем настройки аппаратного или программного обеспечения хоста. Постоянная конфигурация также известна как использование статического IP-адреса . Напротив, когда IP-адрес компьютера назначается при каждой перезагрузке, это называется использованием динамического IP-адреса .
Динамические IP-адреса назначаются сетью с использованием протокола динамической конфигурации хоста (DHCP). [13] DHCP — наиболее часто используемая технология назначения адресов. Это позволяет избежать административного бремени назначения конкретных статических адресов каждому устройству в сети. Это также позволяет устройствам совместно использовать ограниченное адресное пространство в сети, если только некоторые из них находятся в сети в определенное время. Обычно динамическая конфигурация IP включена по умолчанию в современных настольных операционных системах.
Адрес, назначенный DHCP, связан с арендой и обычно имеет срок действия. Если хост не продлит аренду до истечения срока ее действия, адрес может быть назначен другому устройству. Некоторые реализации DHCP пытаются переназначить хосту один и тот же IP-адрес на основе его MAC-адреса каждый раз, когда он присоединяется к сети. Сетевой администратор может настроить DHCP, назначив определенные IP-адреса на основе MAC-адреса.
DHCP — не единственная технология, используемая для динамического назначения IP-адресов. Протокол Bootstrap — аналогичный протокол и предшественник DHCP. Коммутируемый доступ и некоторые широкополосные сети используют функции динамического адреса протокола « точка-точка» .
Компьютеры и оборудование, используемое в сетевой инфраструктуре, например маршрутизаторы и почтовые серверы, обычно имеют статическую адресацию.
При отсутствии или сбое конфигураций статического или динамического адреса операционная система может назначить хосту локальный адрес канала, используя автоконфигурацию адреса без сохранения состояния.
Sticky — это неофициальный термин, используемый для описания динамически назначаемого IP-адреса, который редко меняется. Например, адреса IPv4 обычно назначаются с помощью DHCP, и служба DHCP может использовать правила, которые максимизируют вероятность назначения одного и того же адреса каждый раз, когда клиент запрашивает назначение. В IPv6 делегирование префикса может обрабатываться аналогичным образом, чтобы вносить изменения как можно реже. В типичном домашнем или небольшом офисе единственный маршрутизатор является единственным устройством, видимым поставщику услуг Интернета (ISP), и Интернет-провайдер может попытаться предоставить максимально стабильную конфигурацию, т. е. устойчивую . В локальной сети дома или на работе локальный DHCP-сервер может быть спроектирован для обеспечения закрепленных конфигураций IPv4, а интернет-провайдер может обеспечить делегирование закрепленного префикса IPv6, предоставляя клиентам возможность использовать закрепленные адреса IPv6. Sticky не следует путать со static ; липкие конфигурации не имеют гарантии стабильности, тогда как статические конфигурации используются бесконечно и изменяются только намеренно.
Блок адресов 169.254.0.0/16 определен для специального использования локальной адресации для сетей IPv4 . [14] В IPv6 каждый интерфейс, независимо от того, использует ли он статические или динамические адреса, также автоматически получает локальный адрес канала в блоке fe80:: / 10 . [14] Эти адреса действительны только для канала, такого как сегмент локальной сети или соединение «точка-точка», к которому подключен хост. Эти адреса не маршрутизируются и, как и частные адреса, не могут быть источником или пунктом назначения пакетов, проходящих через Интернет.
Когда блок локальных адресов IPv4 был зарезервирован, не существовало стандартов для механизмов автоконфигурации адресов. Заполнив пустоту, Microsoft разработала протокол под названием Автоматическая частная IP-адресация (APIPA), первая публичная реализация которого появилась в Windows 98 . [15] APIPA был установлен на миллионах машин и стал де-факто стандартом в отрасли. В мае 2005 года IETF определил для него формальный стандарт. [16]
Конфликт IP-адресов возникает, когда два устройства в одной и той же локальной физической или беспроводной сети заявляют, что имеют один и тот же IP-адрес. Второе назначение адреса обычно останавливает функциональность IP одного или обоих устройств. Многие современные операционные системы уведомляют администратора о конфликтах IP-адресов. [17] [18] Когда IP-адреса назначаются несколькими людьми и системами разными методами, виноват может любой из них. [19] [20] [21] [22] [23] Если одно из устройств, участвующих в конфликте, является шлюзом доступа по умолчанию за пределами локальной сети для всех устройств в локальной сети, все устройства могут быть повреждены.
IP-адреса подразделяются на несколько классов рабочих характеристик: одноадресная, многоадресная, произвольная и широковещательная адресация.
Наиболее распространенной концепцией IP-адреса является одноадресная адресация, доступная как в IPv4, так и в IPv6. Обычно он относится к одному отправителю или одному получателю и может использоваться как для отправки, так и для получения. Обычно одноадресный адрес связан с одним устройством или хостом, но устройство или хост может иметь более одного одноадресного адреса. Отправка одних и тех же данных на несколько одноадресных адресов требует от отправителя многократной отправки всех данных, по одному разу для каждого получателя.
Широковещательная рассылка — это метод адресации, доступный в IPv4 для адресации данных всем возможным пунктам назначения в сети за одну операцию передачи в виде широковещательной рассылки для всех хостов . Все получатели перехватывают сетевой пакет. Адрес 255.255.255.255 используется для сетевой трансляции. Кроме того, при более ограниченной направленной широковещательной передаче используется адрес хоста, состоящий из единиц, с сетевым префиксом. Например, адрес назначения, используемый для прямой трансляции на устройства в сети 192.0.2.0/24 , — 192.0.2.255 . [24]
IPv6 не реализует широковещательную адресацию и заменяет ее многоадресной рассылкой на специально определенный адрес многоадресной рассылки для всех узлов.
Адрес многоадресной рассылки связан с группой заинтересованных получателей. В IPv4 адреса с 224.0.0.0 по 239.255.255.255 (бывшие адреса класса D ) обозначаются как адреса многоадресной рассылки. [25] IPv6 использует блок адресов с префиксом ff00:: / 8 для многоадресной рассылки. В любом случае отправитель отправляет одну датаграмму со своего индивидуального адреса на адрес группы многоадресной рассылки, а промежуточные маршрутизаторы заботятся о создании копий и отправке их всем заинтересованным получателям (тем, которые присоединились к соответствующей группе многоадресной рассылки).
Подобно широковещательной и многоадресной рассылке, Anycast представляет собой топологию маршрутизации «один ко многим». Однако поток данных не передается всем получателям, а только тому, который, по мнению маршрутизатора, находится ближе всего в сети. Anycast-адресация — это встроенная функция IPv6. [26] [27] В IPv4 произвольная адресация реализуется с помощью протокола пограничного шлюза с использованием метрики кратчайшего пути для выбора пунктов назначения. Методы Anycast полезны для глобальной балансировки нагрузки и обычно используются в распределенных системах DNS .
Хост может использовать геолокацию для определения географического положения своего взаимодействующего узла. [28] [29]
Публичный IP-адрес — это глобально маршрутизируемый одноадресный IP-адрес, что означает, что этот адрес не является адресом, зарезервированным для использования в частных сетях , например, зарезервированных RFC 1918, или различными форматами адресов IPv6 локальной области или локальной области сайта. например, для локальной адресации. Публичные IP-адреса могут использоваться для связи между хостами в глобальной сети Интернет. В домашней ситуации общедоступный IP-адрес — это IP-адрес, назначенный домашней сети интернет- провайдером . В этом случае его также можно увидеть локально, войдя в конфигурацию маршрутизатора. [30]
Большинство общедоступных IP-адресов меняются, и довольно часто. Любой тип IP-адреса, который изменяется, называется динамическим IP-адресом. В домашних сетях интернет-провайдер обычно назначает динамический IP-адрес. Если интернет-провайдер предоставил домашней сети неизменный адрес, то с большей вероятностью им будут злоупотреблять клиенты, размещающие веб-сайты из дома, или хакеры , которые могут снова и снова пробовать один и тот же IP-адрес, пока не взломают сеть. [30]
Из соображений безопасности и конфиденциальности сетевые администраторы часто желают ограничить общедоступный интернет-трафик в своих частных сетях. IP-адреса источника и назначения, содержащиеся в заголовках каждого IP-пакета, являются удобным средством дискриминации трафика путем блокировки IP-адресов или выборочной адаптации ответов на внешние запросы к внутренним серверам. Это достигается с помощью программного обеспечения брандмауэра , работающего на сетевом шлюзе-маршрутизаторе. База данных IP-адресов ограниченного и разрешенного трафика может вестись в черных и белых списках соответственно.
Несколько клиентских устройств могут отображатьсясовместно используют IP-адрес либо потому, что они являются частью общей среды веб-хостинга , либо потому, что транслятор сетевых адресов IPv4 (NAT) или прокси-сервер действуют как промежуточный агент от имени клиента, и в этом случае реальный исходный IP-адрес маскируется от сервера, получающего запрос. Обычной практикой является использование маски NAT для многих устройств в частной сети. Только общедоступный интерфейс(ы) NAT должен иметь маршрутизируемый через Интернет адрес. [31]
Устройство NAT сопоставляет разные IP-адреса в частной сети с разными номерами портов TCP или UDP в общедоступной сети. В жилых сетях функции NAT обычно реализуются в жилом шлюзе . В этом сценарии компьютеры, подключенные к маршрутизатору, имеют частные IP-адреса, а маршрутизатор имеет общедоступный адрес на своем внешнем интерфейсе для связи в Интернете. Кажется, что внутренние компьютеры имеют один общедоступный IP-адрес.
Компьютерные операционные системы предоставляют различные диагностические инструменты для проверки сетевых интерфейсов и конфигурации адресов. Microsoft Windows предоставляет инструменты интерфейса командной строки ipconfig и netsh , а пользователи Unix-подобных систем могут использовать утилиты ifconfig , netstat , route , lanstat, fstat и iproute2 для выполнения этой задачи.
Адрес IPv4 имеет следующий формат: x.
Икс .
Икс .
x, где x называется октетом и должен быть десятичным значением от 0 до 255. Октеты разделяются точками.
Адрес IPv4 должен содержать три точки и четыре октета.
Следующие примеры являются допустимыми адресами IPv4:
1 .
2 .
3 .
4
01 .
102 .
103 .
104
