Miten IP-osoitteet toimivat?

2024 Kirjoittaja: Geoffrey Carr | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:56

Jokainen laite, joka on liitetty verkko-tietokoneeseen, tablet-laitteeseen, kameraon, tarvitsee yksilöllisen tunnisteen, jotta muut laitteet tietävät, miten se pääsee. TCP / IP-verkkojen maailmassa tämä tunniste on Internet Protocol (IP) -osoite.

Jos olet työskennellyt tietokoneiden kanssa mihinkään aikaan, olet todennäköisesti altistunut IP-osoitteille - ne numeeriset sekvenssit, jotka näyttävät jotain 192.168.0.15. Suurimman osan ajasta meidän ei tarvitse käsitellä niitä suoraan, koska laitteet ja verkot huolehtivat siitä tavaroista kulissien takana. Kun meidän on käsiteltävä niitä, seuraamme usein vain ohjeita siitä, mihin numeroihin päästään. Mutta jos olet joskus halunnut hypätä syvemmälle siihen, mitä nämä numerot tarkoittavat, tämä artikkeli on sinulle.

Miksi sinun pitäisi välittää? Ymmärrys siitä, miten IP-osoitteet toimivat, on välttämätöntä, jos haluat aina selvittää, miksi verkko ei toimi oikein tai miksi tietyssä laitteessa ei yhdistetä tapaa, jonka odotat. Ja jos sinun tarvitsee luoda jotain edistyksellisempiä palvelimen hosting-palvelinta tai mediapalvelinta, johon ystävät internetistä voivat muodostaa yhteyden - sinun on tiedettävä jotain IP-osoitteista. Lisäksi se on kiehtovaa.

Huomaa: aiomme käsitellä IP-osoitteiden perusasiat tässä artikkelissa, minkälaisia asioita, jotka ihmiset, jotka käyttävät IP-osoitteita, mutta eivät koskaan todella ajatelleet niitä paljon, saattavat haluta tietää. Emme aio kattaa joitain kehittyneempiä tai ammatillisia, tasoisia tavaroita, kuten IP-luokkia, luokittelematonta reititystä ja mukautettua aliverkkoa … mutta viitataan joihinkin lähteisiin, jotta voimme jatkaa käsittelyä.

Mikä on IP-osoite?

IP-osoite yksilöi verkossa olevan laitteen yksilöllisesti. Olet nähnyt nämä osoitteet aiemmin; ne näyttävät jotain 192.168.1.34.

IP-osoite on aina neljä tällaista numeroa. Jokainen numero voi vaihdella välillä 0 - 255. Tällöin koko IP-osoitealue vaihtelee välillä 0.0.0.0 - 255.255.255.255.

Syy, että kukin numero voi saavuttaa korkeintaan 255 on se, että jokainen numeroista on todella kahdeksannumeroinen binäärinumero (jota kutsutaan joskus oktetiksi). Otsetissa nollanumero olisi 00000000, kun taas numero 255 olisi 11111111, maksimimäärä, jota oktetti voi saavuttaa. Tämä IP-osoite, jota mainitsimme aiemmin (192.168.1.34) binaarissa, näyttää tältä: 11000000.10101000.00000001.00100010.

Tietokoneet toimivat binäärimuodossa, mutta ihmisten mielestä on paljon helpompaa työskennellä desimaalimuodossa. Silti, tietäen, että osoitteet ovat oikeasti binaarisia numeroita, voimme ymmärtää, miksi jotkin IP-osoitteita ympäröivät asiat toimivat kuten he tekevät.

Älä huolestu, vaikka! Emme aio heittää paljon binaaria tai matematiikkaa tässä artikkelissa, joten pidä vain vähän kauemmin.

IP-osoitteen kaksi osaa

Laitteen IP-osoite koostuu tosiasiallisesti kahdesta erillisestä osasta:

Verkon tunnus: Verkon tunnus on osa vasemmalla olevasta IP-osoitteesta, joka yksilöi tietyn verkon, johon laite sijaitsee. Tyypillisessä kotiverkossa, jossa laitteella on IP-osoite 192.168.1.34, osoitteen 192.168.1 osa on verkon tunnus. On omat täyttää puuttuva loppuosa nollalla, joten voimme sanoa, että laitteen verkko-ID on 192.168.1.0.
Host ID: Isäntä ID on osa IP-osoitetta, jota verkko-ID ei ole ottanut vastaan. Se tunnistaa tietyn laitteen (TCP / IP-maailmassa, kutsumme laitteiksi "isännät") kyseiselle verkolle. Jatkamalla esimerkkiä IP-osoitteesta 192.168.1.34, isäntätunniste olisi 34-isännän ainutkertainen ID 192.168.1.0 -verkossa.

Kotiverkossasi saattaa näkyä useita laitteita, joiden IP-osoite on 192.168.1.1, 192.168.1.2, 192.168.1 30 ja 192.168.1.34. Kaikki nämä ovat ainutlaatuisia laitteita (tässä tapauksessa isäntänäytöt 1, 2, 30 ja 34) samassa verkossa (verkon tunnuksella 192.168.1.0).

Kuvitellaksemme kaiken tämän hieman paremmaksi, käännymme analogiaksi. Se on melko samanlainen kuin katuosoitteet toimivat kaupungin sisällä. Ota osoite kuten 2013 Paradise Street. Katun nimi on kuin verkkotunnus, ja talon numero on kuin isäntänimeke. Kaupunkissa ei ole kahta kaduuta samaa nimitystä, aivan kuten kaksi verkon tunnusta samassa verkossa ei ole sama. Tietyllä kadulla jokainen talon numero on ainutlaatuinen, kuten kaikki tietyn verkkotunnuksen kaikki isäntädidit ovat ainutlaatuisia.

Aliverkon peite

Joten, miten laite määrittää, mikä osa IP-osoitteesta on verkko-ID ja mikä osa isäntänumerosta? Tästä syystä he käyttävät toista numeroa, jota näet aina IP-osoitteen yhteydessä. Tätä numeroa kutsutaan aliverkon peitteeksi.

Useimmissa yksinkertaisissa verkoissa (kuten kodeissa tai pienyrityksissä) näkyvät aliverkon peitteet, kuten 255.255.255.0, joissa kaikki neljä numeroa ovat joko 255 tai 0. Muutosten sijainti 255: sta 0: een osoittaa, verkko- ja isäntänimike. 255: t "mask out" verkko-ID: n yhtälöstä.

Huomaa: tässä kuvattavat aliverkon peitteet, jotka tunnetaan nimellä oletusaliverkon peitteet. Asiat ovat entistä monimutkaisempia kuin suuremmat verkot. Ihmiset käyttävät usein mukautettuja aliverkon peitteitä (joissa nollan ja yhden nollan välisen tauon sijainnit siirtyvät oktetissä) muodostavat useita aliverkkoja samalle verkolle. Tämä on hieman tämän artiklan soveltamisalan ulkopuolelle, mutta jos olet kiinnostunut, Ciscon melko hyvä opas aliverkosta.

Oletusyhdyskäytävän osoite

IP-osoitteen ja siihen liittyvän aliverkon peitteen lisäksi näet IP-osoitteiden tiedot sisältävän oletusyhdyskäytävän osoitteen. Riippuen käytössä olevasta alustasta, tätä osoitetta voidaan kutsua eri tavoin. Sitä kutsutaan joskus "reitittimeksi", "reitittimen osoitteeksi", oletusreitiksi tai vain yhdyskäytäviksi. "Nämä ovat kaikki samoja. Se on oletusarvoinen IP-osoite, johon laite lähettää verkon tietoja, kun kyseiset tiedot on tarkoitettu siirtymään toiseen verkkoon (toinen verkkotunnuksella) kuin se, johon laite on päällä.

Yksinkertaisin esimerkki tästä löytyy tyypillisestä kotiverkosta.

Jos sinulla on kotiverkko useilla laitteilla, sinulla on todennäköisesti reititin, joka on yhteydessä internetiin modeemin kautta. Tämä reititin voi olla erillinen laite tai se voi olla osa Internet-palveluntarjoajan tarjoamaa modeemi / reitittimen yhdistysyksikköä. Reititin on verkon tietokoneiden ja laitteiden ja Internetin yleisempiä laitteita, kulkeva (tai reititetty) liikenne edestakaisin.

Sano että käynnistät selaimesi ja lähdet osoitteeseen www.howtogeek.com. Tietokone lähettää pyynnön sivustomme IP-osoitteeseen. Koska palvelimemme ovat internetissä eikä kotiverkossa, liikenne lähetetään tietokoneeltasi reitittimeen (yhdyskäytävään) ja reititin välittää pyynnön palvelimelle. Palvelin lähettää oikeat tiedot takaisin reitittimeen, joka sitten reitittää tiedot takaisin pyydettyyn laitteeseen ja näet sivustomme ponnahtaa selaimeesi.

Yleensä reitittimet on määritetty oletuksena yksityiseksi IP-osoitteeksi (niiden osoite paikallisverkossa) ensimmäisenä isäntänä. Joten esimerkiksi kotiverkossa, joka käyttää verkon tunnusta 192.168.1.0, reititin on tavallisesti 192.168.1.1. Tietenkin, kuten useimmat asiat, voit määrittää sen olevan jotain erilaista, jos haluat.

DNS-palvelimet

Yhdessä lopullisessa tiedostossa näkyy laitteen IP-osoitteen, aliverkon peitteen ja oletusyhdyskäytävän osoitteen ohella yksi tai kaksi oletushakemiston DNS-palvelimen osoitetta. Ihmiset työskentelevät paljon paremmin nimet kuin numeeriset osoitteet. Työkalu www.howtogeek.com selaimesi osoiteriville on paljon helpompaa kuin muistaa ja kirjoittaa sivuston IP-osoite.

DNS toimii sellaisenaan kuin puhelinluettelo, etsii ihmisen luettavia asioita, kuten verkkosivujen nimiä, ja muuntaa ne IP-osoitteisiin. DNS tekee tämän tallentamalla kaikki tiedot linkitettyjen DNS-palvelimien järjestelmään internetissä. Laitteidesi on tiedettävä DNS-palvelimien osoitteet, joille lähetetään kyselyitä.

Tyypillisessä pienessä tai kotiverkossa DNS-palvelimen IP-osoitteet ovat usein samat kuin oletusyhdyskäytävän osoitteet. Laitteet lähettävät DNS-kyselyt reitittimelle, joka lähettää pyynnöt edelleen mihin tahansa DNS-palvelimeen, jonka reititin on määritetty käyttämään. Oletusarvoisesti nämä ovat yleensä mitä tahansa DNS-palvelimia, joita Internet-palveluntarjoaja tarjoaa, mutta voit muuttaa niitä käyttääksesi erilaisia DNS-palvelimia, jos haluat. Joskus saatat menestyä paremmin kolmannen osapuolen, kuten Googlen tai OpenDNS: n, tarjoamien DNS-palvelimien avulla.

Mikä on ero IPv4: n ja IPv6: n välillä?

Olette ehkä myös huomannut, kun asetusten läpi selataan eri IP-osoitteen tyyppi, jota kutsutaan IPv6-osoitteeksi. Tähän mennessä puhuneet IP-osoitteet ovat osoitteita, joita IP-versio 4 (IPv4) käyttää 70-luvun lopulla kehitettyyn protokollaan. He käyttävät 32 binaaribittiä, joista puhuimme (neljää oktettia), jotta saadaan yhteensä 4,29 miljardia mahdollista yksilöllistä osoitetta. Vaikka tämä kuulostaa paljon, kaikki julkisesti saatavilla olevat osoitteet oli jo kauan sitten osoitettu yrityksille. Monet niistä ovat käyttämättömiä, mutta ne on osoitettu ja niitä ei ole saatavana yleiseen käyttöön.

90-luvun puolivälissä, huolissaan IP-osoitteiden mahdollisesta puutteesta, Internet Engineering Task Force (IETF) suunnitteli IPv6: n. IPv6 käyttää 128-bittistä osoitetta IPv4: n 32-bittisen osoitteen sijasta, joten yksilöllisten osoitteiden kokonaismäärä mitataan undecillions-numerossa, joka on tarpeeksi suuri, että se ei todennäköisesti koskaan loppu.

Toisin kuin IPv4: ssä käytetty pisteviittainen desimaalimerkintä, IPv6-osoitteet ilmaistaan kahdeksana numeroryhmänä jaettuna kaksoispisteillä. Jokaisella ryhmällä on neljä heksadesimaalista numeroa, jotka edustavat 16 binääristä numeroa (niin kutsutaan hextetiksi). Tyypillinen IPv6-osoite saattaa näyttää tältä:


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

Asia on, että IPv4-osoitteiden puute, joka aiheutti kaiken huolen, johtui suurelta osin yksityisten IP-osoitteiden lisääntyneestä käytöstä reitittimien takana. Yhä useammat ihmiset ovat luoneet omia yksityisiä verkkojaan käyttäen niitä yksityisiä IP-osoitteita, joita ei julkisteta.

Joten, vaikka IPv6 on edelleen merkittävä toimija ja että siirtyminen tapahtuu edelleen, niin se ei koskaan tapahtunut täysin ennustettuna - ainakin ei vielä. Jos haluat lisätietoja, tutustu tämän IPv6: n historiaan ja aikatauluun.

Miten laite saa IP-osoitteensa?

Nyt kun tiedät, miten IP-osoitteet toimivat, puhumme siitä, miten laitteet saavat IP-osoitteensa ensisijaisesti. Todellakin on kahdenlaisia IP-tehtäviä: dynaaminen ja staattinen.

Dynaaminen IP-osoite annetaan automaattisesti, kun laite muodostaa yhteyden verkkoon. Suurin osa verkostoista tänään (kotiverkko mukaan lukien) käyttää jotain nimeltään Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), jotta tämä tapahtuisi. DHCP on sisäänrakennettu reitittimeen. Kun laite muodostaa yhteyden verkkoon, se lähettää IP-osoitteen pyytävän yleislähetysviestin. DHCP sieppaa tämän viestin ja sitten määrittää IP-osoitteen kyseiselle laitteelle käytettävissä olevien IP-osoitteiden joukosta.

On olemassa tiettyjä yksityisiä IP-osoitteita, joita reitittimet käyttävät tähän tarkoitukseen. Jokaista käytetään riippuu siitä, kuka teki reitittimen tai miten olet asettanut asiat itse. Nämä yksityiset IP-alueet sisältävät:

10.0.0.0 – 10.255.255.255: Jos olet Comcast / Xfinity-asiakas, ISP: n tarjoama reititin antaa osoitteet tälle alueelle. Jotkin muut palveluntarjoajat käyttävät näitä osoitteita myös reitittimissään, samoin kuin Apple AirPort-reitittimistään.
192.168.0.0 – 192.168.255.255: Useimmat kaupalliset reitittimet on määritetty antamaan IP-osoitteet tällä alueella. Esimerkiksi useimmat Linksys-reitittimet käyttävät 192.168.1.0-verkkoa, kun taas D-Link ja Netgear käyttävät molempia 198.168.0.0
172.16.0.0 – 172.16.255.255: Oletuksena on, että kaupalliset myyjät harvoin käyttävät tätä tuotevalikoimaa.
169.254.0.0 – 169.254.255.255: Tämä on erityinen alue, jota käyttää protokolla nimeltä Automatic Private IP Addressing. Jos tietokone (tai muu laite) on määritetty hakemaan IP-osoitteen automaattisesti, mutta ei löydä DHCP-palvelinta, se antaa itselleen osoitteen tälle alueelle. Jos näet jonkin näistä osoitteista, se kertoo, että laitteesi ei päässyt DHCP-palvelimeen, kun IP-osoite oli tullut aika ajoa, ja sinulla saattaa olla verkkolähetys tai ongelmia reitittimen kanssa.

Dynaamisten osoitteiden asia on se, että ne voivat joskus muuttua. DHCP-palvelimet vuokraavat IP-osoitteet laitteille, ja kun nämä vuokrasopimukset ovat ylöspäin, laitteiden on uusittava vuokrasopimus. Joskus laitteet saavat toisen IP-osoitteen osoitteista, joita palvelin voi määrittää.

Suurin osa ajasta, tämä ei ole iso juttu, ja kaikki "vain toimii". Joskus kuitenkin haluat antaa laitteelle IP-osoitteen, joka ei muutu. Esimerkiksi ehkä sinulla on laite, jonka tarvitset käsin käsiksi, ja sinun on helpompi muistaa IP-osoite kuin nimeksi. Tai ehkä sinulla on tiettyjä sovelluksia, jotka voivat muodostaa vain IP-osoitteensa käyttävät verkkolaitteet.

Näissä tapauksissa voit määrittää staattisen IP-osoitteen kyseisille laitteille. On olemassa pari tapaa tehdä tämä. Voit itse määrittää manuaalisesti staattisen IP-osoitteen itse, vaikka tämä voi joskus olla janky. Toinen tyylikäs ratkaisu on määrittää reitittimen määrittää staattiset IP-osoitteet tiettyihin laitteisiin sen aikana, jolloin DHCP-palvelin olisi normaalisti dynaaminen tehtävä. Näin IP-osoite ei koskaan muutu, mutta et keskeytä DHCP-prosessia, joka pitää kaiken toimivan sujuvasti.