IP-адреса: язык сети

Содержание и основные понятия

← Вернуться к оглавлению
Alterna · глава 5 · страница 5.1
IP-адреса: язык сети
Каждое устройство в сети — от телефона до сервера Google — имеет числовой адрес. Разбираемся, как устроен IPv4, зачем нужны классы и частные адреса, и почему мир переходит на IPv6.
IP-адрес
— это уникальный числовой идентификатор устройства в сети. Без него пакеты данных не знали бы, куда идти.
В главе 4 вы узнали, что DNS преобразует доменные имена в IP-адреса. Теперь разберёмся,
как устроены сами IP-адреса
— от двоичной записи до классов и масок.
ФГОС · базовый
ФОП · углублённый
ОГЭ № 7, 8
ЕГЭ № 13
01
Что такое IP-адрес
32 бита, 4 октета, точка между ними — анатомия адреса IPv4
ФГОС
ОГЭ № 7
IPv4: формат записи
IPv4
(Internet Protocol version 4) — четвёртая версия интернет-протокола. Адрес состоит из
32 бит
, разделённых на
4 октета
по 8 бит. Каждый октет записывается в десятичной форме и может принимать значения от
0
до
255
.
Пример:
192.168.1.15
192 → первый октет (11000000 в двоичной)
168 → второй октет (10101000)
1 → третий октет (00000001)
15 → четвёртый октет (00001111)
192
11000000
.
168
10101000
.
1
00000001
.
15
00001111
октет 1
октет 2
октет 3
октет 4
8 бит
8 бит
8 бит
8 бит
32 бита = 4 × 8 бит
Рис. 1.
Структура IPv4-адреса: 4 октета по 8 бит, десятичная запись через точку
Двоичная и десятичная системы
Каждый октет — это 8 бит. Степени двойки: 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1. Чтобы перевести двоичное число в десятичное, складываем степени двойки, где стоит
1
.
Пример:
11000000
= 128 + 64 =
192
Пример:
10101000
= 128 + 32 + 8 =
168
Запомни
Максимальное значение октета:
11111111
= 128+64+32+16+8+4+2+1 =
255
. Поэтому в IPv4 нет октетов больше 255.
Адрес и порт
IP-адрес identifies устройство, а
порт
— конкретную программу на этом устройстве. Запись:
192.168.1.15:8080
— IP
192.168.1.15
, порт
8080
.
Стандартные порты: HTTP — 80, HTTPS — 443, FTP — 21, SSH — 22.
02
Классы IP-адресов
A, B, C, D, E — как первые биты определяют размер сети
ФОП
ЕГЭ № 13
Классовая адресация
Изначально IP-адреса делились на
5 классов
по первым битам первого октета. Класс определял, сколько бит отводится под
сеть
(network), а сколько — под
узел
(host).
Класс
Первые биты
Диапазон 1-го октета
Маска по умолч.
Сетей
Узлов в сети
A
0xxx
1 – 126
/8 (255.0.0.0)
126
16 777 214
B
10xx
128 – 191
/16 (255.255.0.0)
16 384
65 534
C
110x
192 – 223
/24 (255.255.255.0)
2 097 152
254
D
1110
224 – 239
—
Мультивещание (multicast)
E
1111
240 – 255
—
Зарезервирован
Важно
Классовая адресация — устаревший подход. С 1993 г. используется
CIDR
(бесклассовая адресация), где маску можно выбирать произвольно. Но классы всё ещё встречаются в экзаменационных задачах.
Особые адреса
Адрес / диапазон
Назначение
0.0.0.0
«Этот хост» — используется при загрузке (DHCP)
127.0.0.0/8
Петля (loopback) —
127.0.0.1
= «сам компьютер»
255.255.255.255
Широковещательный (broadcast) — всем в локальной сети
169.254.x.x
Link-local — когда DHCP не ответил (APIPA)
03
Частные и публичные адреса. NAT
Почему у вашего ноутбука «192.168.x.x» и как он выходит в Интернет
ФГОС
ОГЭ № 7
Частные (приватные) адреса
Не все IP-адреса маршрутизируются в Интернете. Три диапазона зарезервированы для
локальных сетей
— они не выходят за пределы вашей сети:
Диапазон
Класс
Маска
Размер
10.0.0.0 – 10.255.255.255
A
/8
16,7 млн адресов
172.16.0.0 – 172.31.255.255
B
/12
1 млн адресов
192.168.0.0 – 192.168.255.255
C
/16
65 тыс адресов
NAT — трансляция сетевых адресов
NAT
(Network Address Translation) позволяет десяткам устройств с частными адресами выходить в Интернет через
один публичный IP
. Роутер подменяет адрес отправителя в исходящих пакетах и запоминает, кому вернуть ответ.
🏠
Домашняя сеть
аналогия: одна квартира, один почтовый ящик
Все устройства за роутером имеют адреса
192.168.1.x
. Роутер через NAT отправляет их запросы в Интернет со своего публичного IP.
🏢
Корпоративная сеть
аналогия: офисный центр, ресепшн
Тысячи компьютеров с адресами
10.x.x.x
выходят через несколько публичных IP. NAT-шлюз ведёт таблицу соответствий.
Связь с главой 4
В главе 4 вы узнали, что DNS преобразует домены в IP. Теперь видно: DNS возвращает
публичный
IP сервера, а ваш компьютер обращается к нему через NAT роутера.
04
IPv6: зачем 128 бит
IPv4 исчерпан — мир переходит на IPv6
ФОП
ЕГЭ № 13
Проблема IPv4
IPv4 даёт 2³² ≈
4,3 миллиарда
адресов. К 2010-м годам они закончились. NAT отсрочил кризис, но не решил проблему полностью.
IPv6: формат
IPv6 —
128 бит
, записывается в виде 8 групп по 4 шестнадцатеричных цифры через двоеточие:
2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334
Нулевые группы можно сокращать:
::
вместо
:0000:0000:
Ведущие нули в группе можно опускать:
0db8
→
db8
Сокращённая запись:
2001:db8:85a3::8a2e:370:7334
Масштаб
IPv6 даёт 2¹²⁸ ≈ 3,4 × 10³⁸ адресов — это примерно
6,7 × 10²³
адресов на каждый квадратный метр поверхности Земли.
Сравнение IPv4 и IPv6
Параметр
IPv4
IPv6
Длина
32 бита
128 бит
Запись
Десятичная через точку
Шестнадцатеричная через двоеточие
Кол-во адресов
≈ 4,3 × 10⁹
≈ 3,4 × 10³⁸
Заголовок
20–60 байт
40 байт (фиксированный)
NAT
Часто нужен
Не нужен (адресов хватит всем)
Безопасность
IPsec — опционально
IPsec — встроен
🔍
Исследователь IP-адресов
введите IP · класс · двоичная · тип адреса
интерактив
Введите IPv4-адрес и узнайте его двоичное представление, класс, тип и другую информацию.
IPv4-адрес:
⚡
Побитовое И: как работает маска
IPv4 · маска · адрес сети
интерактив
Адрес сети = IP-адрес AND маска. Нажмите «Следующий октет», чтобы увидеть, как побитовое И определяет сетевую часть.