IP-адреса

Адрес IPv4 имеет длину 32 бита, что даёт 4 294 967 296 адресов. Свободный запас закончился 3 февраля 2011 г.

Многие думают, что у каждого устройства один IP-адрес на всю жизнь, как серийный номер внутри корпуса. Это не так. Один и тот же телефон получает один адрес в домашнем Wi-Fi, другой в мобильной сети, а завтра может получить новый. Чтобы понять, почему адреса появляются и исчезают, начнём с того, зачем адрес нужен.

Каждый пакет несёт в заголовке два адреса: откуда он пришёл и куда идёт. Это IP-адреса. Маршрутизатор читает адрес получателя, и больше ничего, чтобы решить, куда пакет пойдёт дальше. Поэтому то, как устроены адреса, определяет работу всего интернета.

Почему ни одна часть не больше 255

Версия, с которой большинство людей всё ещё сталкивается, называется IPv4; её описал RFC 791 в 1981 г. Адрес IPv4 состоит из 32 бит. Чтобы его было удобно читать, его делят на четыре группы по 8 бит и каждую записывают десятичным числом от 0 до 255, а между ними ставят точки, например 192.168.0.12. Восемь бит дают 256 комбинаций, поэтому 255 является наибольшим числом. Всего получается 2 в степени 32 адресов: 4 294 967 296, чуть меньше 4.3 миллиарда.

Начало адреса называет сеть

Адрес состоит из двух частей. Передняя часть, префикс, называет сеть, а остальное выбирает одно устройство в ней. Длину префикса пишут после косой черты. В 192.168.0.0/24 первые 24 бита закреплены, и на эту сеть остаётся 8 бит, то есть 256 адресов. Благодаря этому маршрутизатор может держать одно правило вроде «всё, что начинается с 198.51.100, отправляй туда», а не правило для каждого устройства.

Почему номер домашнего ноутбука начинается с 192.168

RFC 1918 выделяет для частных сетей три блока: 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 и 192.168.0.0/16. Ими может пользоваться кто угодно внутри дома или офиса, а маршрутизаторы публичного интернета их не передают. Поэтому у ноутбука дома, скорее всего, адрес вроде 192.168.0.12, и у соседского ноутбука может быть точно такой же. Когда ноутбук обращается к серверу, домашний роутер заменяет частный адрес отправителя своим публичным адресом и меняет ещё и порт отправителя, чтобы ответы нашли дорогу обратно. Это трансляция сетевых адресов (NAT). Она позволяет всей семье пользоваться одним публичным адресом IPv4.

Кто одалживает устройству адрес

Откуда же берётся адрес ноутбука? Когда устройство подключается к сети, оно рассылает запрос всем, и роутер отвечает свободным частным адресом, своим собственным адресом, который нужно использовать как шлюз, и адресом DNS-резолвера. Этот обмен называется DHCP (RFC 2131). Адрес выдаётся на ограниченное время и продлевается, пока устройство остаётся подключённым, так что завтра тот же ноутбук может получить другой номер. Подключись к школьному Wi-Fi, и тот же обмен произойдёт с DHCP-сервером этой сети. В мобильной сети телефон получает адрес от мобильной сети. Другой конец тоже может меняться, потому что сайт может переехать на новый сервер. Это одна из причин, по которым мы пользуемся именами вроде example.com, а урок про DNS показывает, как имена превращаются в адреса.

Один адрес означает одно и то же на любом компьютере. Адрес обратной петли, 127.0.0.1, всегда значит «эта машина», поэтому программа может через него обращаться к другой программе на том же компьютере, и ничего наружу не уходит. А многие устройства сегодня держат адрес IPv4 и адрес IPv6 одновременно и пользуются тем, который поддерживает другая сторона.

Четыре миллиарда адресов закончились

В 1981 г. четыре миллиарда адресов казались огромным запасом. 3 февраля 2011 г. Администрация адресного пространства интернета (IANA) отдала последние пять блоков IPv4 пяти региональным регистратурам, и центральный свободный запас опустел. Долгосрочным ответом стал IPv6 (RFC 8200), где адреса имеют длину 128 бит. Это 2 в степени 128 адресов, около 3.4 × 10³⁸. Адреса IPv6 записывают как восемь групп из четырёх шестнадцатеричных цифр через двоеточия. Ведущие нули в группе можно опускать, а одну серию групп из одних нулей можно заменить на «::». Так 2001:0db8:0000:0000:​0000:0000:0000:0020 сокращается до 2001:db8::20.