Що таке адреса IPv4?

Автор

Що таке адреса IPv4: Детальний Огляд

IPv4, початкова версія Інтернет-протоколу, була запроваджена Міністерством оборони США в їхній мережі ARPANET. Однією з ключових особливостей IPv4 є його здатність створювати мільярди IP-адрес. Проте, з огляду на те, що IPv4 був запущений у 1983 році, ми наближаємося до вичерпання доступних IP-адрес, особливо з ростом кількості пристроїв Інтернету речей (IoT). У цій статті ми не тільки розглянемо, що саме являє собою адреса IPv4, але й обговоримо її переваги та недоліки.

Визначення IPv4

IPv4 є першою ітерацією Інтернет-протоколу. Він використовує 32-бітовий адресний простір і на сьогодні є найбільш поширеним типом IP-адреси. Ця 32-бітова адреса подається у вигляді чотирьох чисел, розділених крапками. Кожен з цих числових блоків називається октетом. Значення в кожному октеті може варіюватися від 0 до 255. IPv4 може генерувати приблизно 4,3 мільярда унікальних IP-адрес. Типовим прикладом IPv4 адреси є 234.123.42.65. Далі ми розглянемо, як можна конвертувати IP-адресу IPv4 у двійковий код.

Структура Адреси IPv4

IP-адреса IPv4 складається з таких компонентів:

  • Мережева частина: Цей сегмент IP-адреси визначає мережу, до якої вона належить. Мережева частина розташовується зліва у IP-адресі.

  • Хостова частина: Хостова частина призначена для однозначної ідентифікації конкретного пристрою в мережі. Хоча мережева частина є спільною для всіх хостів в межах однієї мережі, хостова частина завжди унікальна.

Наприклад, для IP-адреси (234.123.42.65) мережева та хостова частини виглядають так:

234
123
42
65
Мережева частина
Хостова частина

  • Номер підмережі: Цей елемент IP-адреси є необов’язковим. Він використовується для поділу великих мереж на менші сегменти, що спрощує керування трафіком та з’єднання між різними мережами.

Перетворення IPv4 у Двійковий Код

Хоча ми використовуємо IPv4 як 32-бітову числову адресу, комп’ютери та мережеві пристрої працюють з двійковим кодом. Розгляньмо, як IP-адреса перетворюється в двійкову форму. Як ми вже знаємо, октет складається з 8 бітів, кожен з яких має своє числове значення. Використаємо 8-бітову діаграму для наочності.

Розглянемо IP-адресу 234.123.42.65. Кожен біт в октеті позначається як 1 або 0. Почнемо з першого октету, який дорівнює 234. Нам потрібно визначити, які числа з діаграми октетів в сумі дають 234. Це 128 + 64 + 32 + 8 + 2. Коли біт задіяний у сумі, він позначається 1, інакше 0.

128
64
32
16
8
4
2
1
1
1
1
0
1
0
1
0

Отже, двійковим представленням числа 234 є 11101010. Подібним чином конвертуються всі інші октети.

128
64
32
16
8
4
2
1
123
0
1
1
1
1
0
1
1
42
0
0
1
0
1
0
1
0
65
0
1
0
0
0
0
0
1

Отже, двійкове представлення IP-адреси 234.123.42.65 є 11101010.01111011.00101010.01000001.

Модель OSI та IPv4

Міжнародна організація зі стандартизації розробила модель OSI (Open System Interconnection) для опису систем зв’язку. Модель OSI включає сім рівнів, які пояснюють, як системи взаємодіють між собою, використовуючи різні протоколи. Кожен рівень відіграє важливу роль у процесі комунікації. Ось основні рівні моделі OSI:

  • Прикладний рівень (7): Цей рівень є найближчим до користувача. Його головна функція полягає в отриманні та відображенні даних для користувача. Він забезпечує взаємодію з нижніми рівнями для встановлення зв’язку з відповідною програмою на іншому кінці. Приклади: TelNet і FTP.

  • Представницький рівень (6): Цей рівень відповідає за обробку даних, включаючи їх перетворення між форматами застосунка і мережі. Приклади: шифрування та дешифрування.

  • Сеансовий рівень (5): Сеансовий рівень забезпечує встановлення, координацію та завершення сеансів зв’язку між двома комп’ютерами, особливо коли потрібна взаємодія з користувачем. Приклад: підтвердження пароля.

  • Транспортний рівень (4): Транспортний рівень гарантує надійну передачу даних між мережами, включаючи контроль за обсягом, швидкістю та призначенням даних. Протоколи TCP/IP і UDP працюють на цьому рівні. Він отримує дані від вищих рівнів, ділить їх на сегменти і передає їх на мережевий рівень.

  • Мережевий рівень (3): Мережевий рівень відповідальний за маршрутизацію пакетів даних до їхнього призначення. Він визначає оптимальний шлях для досягнення потрібного місця.

  • Канальний рівень (2): Цей рівень відповідає за передачу даних з фізичного рівня на вищі. Також він забезпечує виявлення та виправлення помилок передачі.

  • Фізичний рівень (1): Фізичний рівень є найнижчим рівнем, який займається апаратними аспектами зв’язку, такими як типи кабелів, розміщення контактів, напруга тощо.

Структура Пакета IPv4

Пакет IPv4 складається з двох основних частин: заголовка та даних. Він може транспортувати до 65 535 байтів. Заголовок IP-пакета може мати довжину від 20 до 60 байтів та містить адресу хоста-відправника, адресу призначення, а також іншу інформацію, необхідну для успішної доставки пакета.

Поля Заголовка Пакета IPv4

Заголовок пакета IPv4 включає 13 обов’язкових полів, кожен з яких виконує свою функцію:

  • Версія: 4-бітове поле, яке вказує на версію використовуваного IP-протоколу.

  • Довжина Інтернет-заголовка (IHL): Поле, що показує довжину всього IP-заголовка.

  • Тип Сервісу (ToS): Інформує про пріоритетність пакетів у процесі передачі.

  • Загальна Довжина: Вказує на загальну довжину IP-пакета (мінімум 20 байтів, максимум 65 535 байтів).

  • Ідентифікація: Допомагає ідентифікувати різні фрагменти пакетів, які могли бути розділені під час передачі.

  • ECN (Explicit Congestion Notification): Поле, що використовується для виявлення перевантаження мережі під час передачі.

  • Прапори: 3-бітове поле, що визначає, чи потрібно фрагментувати IP-пакет.

  • Зсув Фрагменту: 13-бітове поле, що вказує на порядок фрагментів у складі IP-пакета.

  • Час життя (TTL): Значення, що зменшується при кожному проходженні через маршрутизатор, щоб уникнути зациклення пакетів. Коли TTL досягає 0, пакет видаляється.

  • Протокол: 8-бітове поле, що ідентифікує протокол, до якого належить IP-пакет на мережевому рівні.

  • Контрольна Сума Заголовка: Виявляє помилки в заголовках та пакетах.

  • Вихідна IP-адреса: 32-бітове поле з адресою IPv4 відправника.

  • IP-адреса Призначення: 32-бітове поле з адресою IPv4 отримувача.

  • Параметри: Це поле використовується, коли довжина заголовка перевищує 5 слів.

Характеристики IPv4

Основні характеристики IPv4:

  • Використовує 32-бітові IP-адреси.
  • Адреси розділені крапками.
  • Підтримує одноадресні, багатоадресні та широкомовні типи адрес.
  • Має структуру з 12 полів заголовка.
  • Підтримує маску підмережі змінної довжини (VLSM).
  • Використовує протокол ARP (Address Resolution Protocol) для зіставлення IP-адрес з MAC-адресами.
  • Мережі можуть бути налаштовані за допомогою DHCP або вручну.

Переваги та Недоліки IPv4

Розглянемо плюси та мінуси IPv4:

Переваги IPv4

  • Широке розповсюдження та сумісність.
  • Ефективна маршрутизація.
  • Надійне кодування адрес.
  • Простота підключення багатьох пристроїв до мережі.
  • Спеціалізовані засоби комунікації, зокрема багатоадресна розсилка.

Недоліки IPv4

  • Вичерпання адресного простору.
  • Складна та повільна система керування.
  • Неефективна маршрутизація в Інтернеті.
  • Обмежена кількість функцій безпеки.

Отже, ми обговорили основні переваги та недоліки IPv4.

***

Незважаючи на перехід до IPv6, IPv4 залишається широко використовуваним через свою сумісність. Сподіваємося, що наша стаття допомогла вам краще зрозуміти, що таке адреса IPv4. Якщо у вас є запитання чи пропозиції, пишіть їх у коментарях.