Miten IP-osoitteet toimivat?

Jokainen laite, joka on liitetty verkkoon, tabletiin, kameraan, tarvitsee yksilöllisen tunnisteen, jotta muut laitteet osaisivat sen. TCP / IP-verkkojen maailmassa kyseinen tunniste on IP-osoite.

Jos olet työskennellyt tietokoneiden kanssa jonkin aikaa, olet todennäköisesti altistunut IP-osoitteille - niille numeerisille sekvensseille, jotka näyttävät jotain 192.168.0.15. Suurimman osan ajasta meidän ei tarvitse käsitellä niitä suoraan, koska laitteet ja verkot huolehtivat kulissien takana. Kun meidän on käsiteltävä niitä, noudatamme usein vain ohjeita siitä, mitä numeroita laittaa mihin. Mutta jos olet koskaan halunnut sukeltaa hieman syvemmälle mitä nämä numerot tarkoittavat, tämä artikkeli on sinua varten.

Miksi sinun pitäisi huolehtia? No, ymmärrä, miten IP-osoitteet toimivat, on elintärkeää, jos haluat koskaan korjata, miksi verkko ei toimi oikein, tai miksi tietty laite ei yhdistä tapaa, jolla odotat sitä. Ja jos joskus tarvitset jotain hieman kehittyneempää, kuten isäntäpalvelin tai mediapalvelin, johon Internetin ystävät voivat muodostaa yhteyden, sinun täytyy tietää jotain IP-osoitteista. Lisäksi se on kiehtovaa.

Huomaa: Aiomme kattaa tässä artikkelissa IP-osoitteen perusteet, sellaiset asiat, joita IP-osoitteita käyttävät ihmiset eivät koskaan ajatelleet paljon niistä. Emme aio kattaa joitakin edistyneempiä tai ammattimaisia tasoja, kuten IP-luokkia, luokittelemattomia reitityksiä ja mukautettua aliverkkoa… mutta me viittaamme joihinkin lähteisiin, kun jatkamme käsittelyä.

Mikä on IP-osoite?

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

IP-osoite on aina neljän numeron joukko. Jokainen numero voi vaihdella välillä 0 - 255. Koko IP-osoitealue on siis 0,0.0.0 - 255.255.255.255.

Syy, miksi jokainen numero voi saavuttaa vain 255, on se, että jokainen numero on todella kahdeksan numeroinen binaariluku (jota kutsutaan joskus oktetiksi). Oktetissa numero nolla olisi 00000000, kun taas numero 255 olisi 11111111, maksimiluku, johon oktetti voi päästä. Tämä IP-osoite, jota aiemmin mainitsimme (192.168.1.34) binäärissä, näyttää tältä: 11000000.10101000.00000001.00100010.

Tietokoneet toimivat binäärimuodossa, mutta ihmisillä on paljon helpompaa työskennellä desimaalimuodossa. Silti tietäen, että osoitteet ovat itse asiassa binäärilukuja, voimme ymmärtää, miksi jotkut IP-osoitteita ympäröivät asiat toimivat niin kuin ne tekevät.

Älä huoli! Emme aio heittää teille paljon binääriä tai matematiikkaa tässä artikkelissa, joten vain pidä meitä hieman kauemmin.

IP-osoitteen kaksi osaa

Laitteen IP-osoite koostuu kahdesta erillisestä osasta:

Verkon tunnus: Verkkotunnus on osa IP-osoitetta, joka alkaa vasemmalta ja joka tunnistaa tietyn verkon, johon laite sijaitsee. Tyypillisessä kotiverkossa, jossa laitteessa on IP-osoite 192.168.1.34, osoitteen 192.168.1 osa on verkkotunnus. On tapana täyttää puuttuva lopullinen osa nollalla, joten voisimme sanoa, että laitteen verkkotunnus on 192.168.1.0.
Isäntänimi: Isäntätunnus on osa IP-osoitetta, jota verkkotunnus ei ota käyttöön. Se tunnistaa tietyn laitteen (TCP / IP-maailmassa, me kutsumme laitteita "isänniksi") kyseisessä verkossa. Jatkaessamme esimerkkiä IP-osoitteesta 192.168.1.34 isäntätunnus olisi 34-isäntän yksilöllinen tunnus 192.168.1.0-verkossa.

Kotiverkossa saatat nähdä useita laitteita, joissa on IP-osoite, kuten 192.168.1.1, 192.168.1.2, 192.168.1 30 ja 192.168.1.34. Kaikki nämä ovat ainutlaatuisia laitteita (joissa on tässä tapauksessa isäntätunnukset 1, 2, 30 ja 34) samassa verkossa (verkon tunnuksella 192.168.1.0).

Jos haluat kuvata kaiken tämän paremmin, käänny analogiaan. Se on melko samanlainen kuin se, miten katu toimii kaupungin sisällä. Tutustu osoitteeseen 2013 Paradise Street. Katun nimi on kuin verkkotunnus ja talon numero on kuin isäntätunnus. Kaupungissa ei nimetä kahta katua samaan tapaan, samoin kuin samassa verkossa ei ole kaksi verkkotunnusta. Tietyllä kadulla jokainen talon numero on ainutlaatuinen, aivan kuten kaikki tietyn verkkotunnuksen isäntä-iD: t ovat ainutlaatuisia.

Aliverkon peite

Miten siis laite määrittää, mikä osa IP-osoitteesta on verkkotunnus ja mikä osa isäntätunnuksesta? Tätä varten he käyttävät toista numeroa, jonka näet aina IP-osoitteen yhteydessä. Tätä numeroa kutsutaan aliverkon peiteeksi.

Useimmissa yksinkertaisissa verkoissa (kuten kodeissa tai pienissä yrityksissä) näet aliverkon peitteet kuten 255.255.255.0, jossa kaikki neljä numeroa ovat joko 255 tai 0. Muutosten sijainti 255: sta 0: een osoittaa jakautumisen verkko- ja isäntätunnus. 255-luvut peittävät verkkotunnuksen yhtälöstä.

Huomautus: Tässä kuvatut aliverkon peitteet tunnetaan oletusaliverkon peitteinä. Asiat ovat monimutkaisempia kuin suuremmissa verkoissa. Ihmiset käyttävät usein räätälöityjä aliverkon peitteitä (joissa katkoksen sijainti nollien ja niiden välillä siirtyy oktetin sisällä), jotta voidaan luoda useita aliverkkoja samassa verkossa. Tämä on hieman tämän artiklan soveltamisalan ulkopuolella, mutta jos olet kiinnostunut, Ciscolla on melko hyvä opas aliverkostossa.

Oletusyhdyskäytävän osoite

IP-osoitteen ja siihen liittyvän aliverkon peitteen lisäksi näet myös oletusyhdyskäytävän osoitteen sekä IP-osoitetiedot. Käytettävästä alustasta riippuen tätä osoitetta voidaan kutsua erilaiseksi. Sitä kutsutaan joskus "reitittimeksi", "reitittimen osoitteeksi", "oletusreitiksi" tai "vain yhdyskäytäväksi." Nämä kaikki ovat samoja. Se on oletusarvoinen IP-osoite, johon laite lähettää verkkotietoja, kun nämä tiedot on tarkoitettu siirtymään toiseen verkkoon (toinen, jolla on eri verkkotunnus) kuin se, johon laite on kytketty.

Yksinkertaisin esimerkki tästä on tyypillisessä kotiverkossa.

Jos sinulla on kotiverkko, jossa on useita laitteita, sinulla on todennäköisesti reititin, joka on kytketty Internetiin modeemin kautta. Tämä reititin voi olla erillinen laite, tai se voi olla osa Internet-palveluntarjoajan toimittamaa modeemi / reitittimen yhdistelmää. Reititin istuu verkon tietokoneiden ja laitteiden ja internetin yleisempien laitteiden välissä, kulkee (tai reitittää) liikennettä edestakaisin.

Sano, että palot selaimesi ja siirry osoitteeseen www.howtogeek.com. Tietokone lähettää pyynnön sivustomme IP-osoitteeseen. Koska palvelimemme ovat pikemminkin internetissä kuin kotiverkossasi, tämä liikenne lähetetään tietokoneeltasi reitittimeen (yhdyskäytävään), ja reititin välittää pyynnön palvelimellemme. Palvelin lähettää oikeat tiedot takaisin reitittimellesi, joka reitittää tiedot takaisin laitteeseen, joka pyysi sitä, ja näet sivustosi näkyviin selaimessasi.

Tyypillisesti reitittimet on määritetty oletusarvoisesti siten, että niiden oma IP-osoite (niiden osoite paikallisverkossa) on ensimmäinen isäntätunnus. Esimerkiksi kotiverkossa, joka käyttää verkkotunnusta 192.168.1.0, reititin tulee yleensä olemaan 192.168.1.1. Tietenkin, kuten useimmat asiat, voit määrittää, että se on jotain erilaista, jos haluat.

DNS-palvelimet

On yksi lopullinen tieto, joka näkyy laitteen IP-osoitteen, aliverkon peitteen ja oletusyhdyskäytävän osoitteen rinnalla: yhden tai kahden DNS-palvelimen oletusarvoisen DNS-palvelimen osoitteet. Me ihmiset työskentelemme paljon paremmin kuin numerot. Www.howtogeek.com-sivuston kirjoittaminen selaimesi osoiteriville on paljon helpompaa kuin sivustosi IP-osoitteen muistaminen ja kirjoittaminen.

DNS toimii kuten puhelinluettelo, etsii ihmisen luettavia asioita, kuten verkkosivustojen nimiä, ja muuntaa ne IP-osoitteiksi. DNS tekee tämän tallentamalla kaikki nämä tiedot linkitetyn DNS-palvelimen järjestelmään Internetissä. Laitteiden on tiedettävä DNS-palvelimien osoitteet, joihin niiden kyselyt lähetetään.

Tyypillisessä pienessä tai kotiverkossa DNS-palvelimen IP-osoitteet ovat usein samat kuin oletusyhdyskäytävän osoite. Laitteet lähettävät DNS-kyselyn reitittimellesi, joka sitten välittää pyynnöt mihin tahansa DNS-palvelimeen, jonka reititin on määritetty käyttämään. Oletusarvoisesti nämä ovat yleensä mitä palveluntarjoajasi tarjoavat DNS-palvelimet, mutta voit muuttaa niitä käyttämään erilaisia DNS-palvelimia, jos haluat. Joskus saatat menestyä paremmin käyttämällä kolmansien osapuolten, kuten Google tai OpenDNS, tarjoamia DNS-palvelimia.

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

Olet ehkä myös huomannut, kun selaat asetuksia eri tyyppistä IP-osoitetta, jota kutsutaan IPv6-osoitteeksi. IP-osoitteiden tyypit, joista olemme puhuneet tähän mennessä, ovat IP-version 4 (IPv4) - protokollia, jota on kehitetty 70-luvun lopulla. He käyttävät 32 binääristä bittiä, joista puhuimme (neljässä oktetissä), jolloin saatiin yhteensä 4,29 miljardia mahdollista ainutlaatuista osoitetta. Vaikka tämä kuulostaa paljon, kaikki julkisesti saatavilla olevat osoitteet osoitettiin jo kauan sitten yrityksille. Monet niistä ovat käyttämättömiä, mutta ne on määritetty ja niitä ei voi käyttää yleiseen käyttöön.

90-luvun puolivälissä, huolissaan IP-osoitteiden mahdollisesta puutteesta, Internetin tekninen työryhmä (IETF) suunnitteli IPv6: n. IPv6 käyttää 128-bittistä osoitetta IPv4: n 32-bittisen osoitteen sijasta, joten ainutlaatuisten osoitteiden kokonaismäärä mitataan aliarvioissa, joka on tarpeeksi suuri, ettei todennäköisesti ole koskaan loppumassa.

Toisin kuin IPv4: ssä käytettävä katkoviiva, IPv6-osoitteet ilmaistaan kahdeksana numeroryhmänä jaettuna kaksoispisteillä. Kullakin ryhmällä on neljä heksadesimaalilukua, jotka edustavat 16 binaarilukua (niin kutsutaan hextetiksi). Tyypillinen IPv6-osoite saattaa näyttää tältä:

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

Asia on, että kaikki huolta aiheuttaneet IPv4-osoitteiden puute päätyi suurelta osin yksityisten IP-osoitteiden käytön lisääntymiseen reitittimien takana. Yhä useammat ihmiset loivat omat yksityiset verkotsa käyttäen niitä yksityisiä IP-osoitteita, joita ei ole julkisesti esillä.

Joten vaikka IPv6 on edelleen merkittävä toimija ja että siirtyminen tapahtuu edelleen, se ei koskaan tapahtunut niin täysin kuin ennustettiin - ainakin ei vielä. Jos olet kiinnostunut oppimaan lisää, tutustu tähän IPv6: n historiaan ja aikajanaan.

Miten laite saa sen IP-osoitteen?

Nyt kun tiedät, miten IP-osoitteet toimivat, puhutaan siitä, miten laitteet saavat IP-osoitteensa ensin. IP-osoituksia on todella kahdenlaisia: dynaamisia ja staattisia.

Dynaaminen IP-osoite määritetään automaattisesti, kun laite muodostaa yhteyden verkkoon. Suurin osa nykyisistä verkoista (mukaan lukien kotiverkkosi) käyttää jotakin nimitystä Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), jotta tämä tapahtuu. DHCP on sisäänrakennettu reitittimeen. Kun laite muodostaa yhteyden verkkoon, se lähettää IP-osoitetta pyytävän lähetyksen. DHCP katkaisee tämän viestin ja määrittää sitten IP-osoitteen kyseiselle laitteelle käytettävissä olevien IP-osoitteiden joukosta.

Tätä varten käytetään tiettyjä yksityisiä IP-osoitealueiden reitittimiä. Mitä käytetään, riippuu siitä, kuka on tehnyt reitittimesi tai miten olet asettanut asiat itse. Nämä yksityiset IP-alueet sisältävät:

10.0.0.0 - 10.255.255.255: Jos olet Comcast / Xfinity-asiakas, Internet-palveluntarjoajan tarjoama reititin määrittää osoitteet tällä alueella. Jotkin muut Internet-palveluntarjoajat käyttävät näitä osoitteita myös reitittimissään, samoin kuin Apple AirPort-reitittimissään.
192.168.0.0 - 192.168.255.255: Useimmat kaupalliset reitittimet on määritetty määrittämään 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 -tuotteita
172,16,0,0 - 172,16,255,255: Tätä kaupallista toimittajaa käytetään harvoin oletuksena.
169,254,0,0 - 169,254,255,255: Tämä on erikoisalue, jota käyttää automaattinen yksityinen IP-osoite. Jos tietokone (tai muu laite) on määritetty hakemaan IP-osoitteensa automaattisesti, mutta ei löydä DHCP-palvelinta, se määrittää itselleen osoitteen tällä alueella. Jos näet jonkin näistä osoitteista, se kertoo, että laite ei päässyt DHCP-palvelimeen, kun oli aika saada IP-osoite, ja saatat joutua verkko-ongelmiin tai ongelmia reitittimen kanssa.

Dynaaminen osoite on se, että ne voivat joskus muuttua. DHCP-palvelimet vuokraavat laitteille IP-osoitteita, ja kun nämä vuokrasopimukset ovat voimassa, laitteiden on uusittava vuokrasopimus. Joskus laitteet saavat toisen IP-osoitteen osoitteesta, jonka palvelin voi määrittää.

Suurimman osan ajasta, tämä ei ole iso juttu, ja kaikki "vain toimii". Joskus voit kuitenkin haluta antaa laitteelle IP-osoitteen, joka ei muutu. Ehkä sinulla on esimerkiksi laite, jota tarvitset käsin, ja IP-osoitteen on helpompi muistaa kuin nimi. Tai ehkä sinulla on tiettyjä sovelluksia, jotka voivat muodostaa yhteyden vain verkkolaitteisiin käyttämällä IP-osoitettaan.

Näissä tapauksissa voit määrittää näille laitteille staattisen IP-osoitteen. On olemassa pari tapaa tehdä tämä. Voit määrittää laitteen manuaalisesti staattisella IP-osoitteella, vaikka se voi joskus olla janky. Toinen, tyylikäs ratkaisu on määrittää reititin määrittelemään staattiset IP-osoitteet tietyille laitteille DHCP-palvelimen tavanomaisen dynaamisen osoituksen aikana. Näin IP-osoite ei muutu koskaan, mutta et keskeytä DHCP-prosessia, joka pitää kaiken toimivan sujuvasti.