Кто распределяет ip адреса

1

Ip адреса

У каждого компьютера, подсоединенного в сеть Интернет, есть уникальный идентифицирующий номер, который называется IP адрес (IP означает Интернет-протокол, т.е. язык, на котором общаются между собой компьютеры в сети Интернет. Протокол — это предопределенный способ, которым кто-то, кто хочет воспользоваться некой услугой, «общается» с этой услугой. Этим «кем-то» может быть человек, но обычно это компьютерная программа, например веб-браузер).

Обычный *(2) IP адрес выглядит следующим образом:

Для того, чтобы быть более понятными людям, IP адреса обычно выражаются в десятеричной форме, но компьютеры «общаются» в двоичном формате. Вышеприведенный IP адрес в двоичной форме выглядит следующим образом:

Каждое из четырех чисел, разделенных точкой, называется октетом,

поскольку в двоичном формате каждое такое число состоит из 8 позиций.

Если сложить все эти позиции, получится 32, вот почему IP адреса зачастую

называют 32-битными номерами. Поскольку каждая из этих позиций может

иметь значение 1 или 0, то общее количество комбинаций для каждого из

октетов составляет 2 , или 256. Таким образом, каждый октет может

иметь любое значение от 0 до 255. Комбинируя четыре октета, получим

2 , или 4.294.967.296, возможных уникальных IP адресов.

Из этих 4.3 миллиардов номеров исключены некоторые адреса, которые являются зарезервированными для специальных случаев (например, 0.0.0.0 и 255.255.255.255).

Октеты — не просто способ разделить номера. Они используются для создания классов IP адресов, которые могут присваиваться определенным лицам или организациям в зависимости от их размера и потребностей. Октеты делятся на две части: сеть и хост. Сетевая часть всегда содержит в себе первый октет. Она используется для определения сети, к которой принадлежит компьютер. Хост (или как его еще иногда называют, нод — node) определяет конкретный компьютер в этой сети. Хостовая часть всегда содержит в себе последний октет. Существует 5 IP классов, а также несколько специальных адресов *(3).

Распределение ip адресов

Как уже говорилось выше, у каждого компьютера в сети Интернет есть свой уникальный IP адрес. Логично задаться вопросом, каким образом эти номера распределяются.

Адресное пространство распределяется иерархическим способом. Орган под названием IANA (Internet Assigned Numbers Authority) выделяет блоки адресного пространства Региональным Интернет-Реестрам (RIR — Regional Internet Registries). Региональные Интернет-Реестры выделяют блоки IP адресов Локальным Интернет-Реестрам (LIR — Local Internet Registries), которые в свою очередь распределяют эти адреса между конечными пользователями.

На сегодняшний день существует четыре Региональных Интернет-Реестра, которые имеют право выделять блоки IP адресов:

APNIC (Asia Pacific Network Information Centre) — для стран Азии и Тихоокеанского региона;

ARIN (American Registry for Internet Numbers) — для стран Северной Америки и стран Африки, расположенных южнее Сахары;

LACNIC (Regional Latin-American and Caribbean IP Address Registry) — для стран Латинской Америки и некоторых Карибских островов;

RIPE NCC (Rйseaux IP Europйens) — для стран Европы, Ближнего Востока, Центральной Азии и стран Африки, расположенных севернее экватора *(4).

Роль IANA сводится к выделению IP адресов из числа незанятых адресов Региональным Интернет-Реестрам в зависимости от их потребностей. Когда Региональному Интернет-Реестру требуется больше IP адресов, IANA осуществляет дополнительное выделение адресов такому Реестру.

Что происходит с блоками IP адресов, выделенных Региональным Интернет-Реестрам, рассмотрим на примере RIPE, обслуживающего страны Европы, включая Россию.

Распределение IP адресов производится, исходя из следующих принципов:

Уникальность — Каждый публичный адрес в сети должен быть уникальным. Это главное требование, которое гарантирует, что каждый компьютер в сети может быть идентифицирован;

Агрегирование — Публичные адреса в сети должны распределяться иерархическим способом, что позволяет обобщить информацию маршрутизаторами (routers). Этот принцип необходим для надлежащей работы маршрутизаторов. Эту цель также иногда называют маршрутизацией;

Экономичность — Публичные адреса в сети должны быть справедливо распределены в соответствии с потребностями сетей конечных пользователей. В целях максимизации ресурса публичных Интернет-адресов, адреса должны распределяться в соответствии с потребностями. Необходимо не допускать накопления адресов впрок;

Регистрация — необходима регистрация выделения публичных Интернет-адресов. Это необходимо в целях обеспечения уникальности, а также в целях получения информации на всех уровнях *(5).

RIPE выработала ряд правил выделения IP адресов.

Локальные Интернет-Реестры выделяют адресное пространство из диапазона адресов, который им выделил RIPE. Поскольку цели агрегирования и экономичности зачастую входят в противоречие друг с другом, то каждый запрос о выделении адресов должен быть тщательно изучен, чтобы при выделении адресов был найден наиболее верный баланс.

Особым образом не рекомендуется выделять статические адреса dial-up пользователям, поскольку это приводит к дефициту адресов. Использование динамических адресов позволяет Интернет-провайдерам использовать количество IP адресов, соответствующее числу модемов, а не количеству клиентов. Каждый раз, когда конечный пользователь соединяется с сетью Интернет-провайдера для выхода в Интернет, ему присваивается динамический IP адрес, который изменяется от раза к разу.

Соответственно рекомендовано во всех случаях, когда это возможно, предоставлять пользователям динамические адреса. Если требуется выделить статический адрес, то необходима специальная проверка. Однако, в отношении серверов, постоянно подключенных к Интернету, статические подключения считаются допустимыми, хотя проверка все равно необходима.

Все выделения адресов конечным пользователям должны быть зарегистрированы в базе Whois RIPE. Однако выделение единичных статических IP адресов отдельным конечным пользователям (например, пользующимся dial-up, ADSL и т.п.) не обязательно должно отдельно регистрироваться в базе данных.

С появлением стандарта HTTP 1.1 исчезла необходимость приписывания каждого сайта к отдельному IP адресу. RIPE настоятельно рекомендует использовать веб-хостинг, ориентированный на словесные обозначения, а не на IP адреса.

Минимальное количество адресов, которое может быть выделено Локальному Интернет-Реестру, составляет 4096 адресов (что обычно оформляется как «/20»). Чтобы получить такое количество адресов, необходимо доказать, что ранее было эффективно использовано как минимум /22 (1024 адресов) или что имеется необходимость в безотлагательном использовании как минимум /22 (1024 адресов).

Дополнительное адресное пространство может быть выделено, если уже использовано примерно 80% выделенных адресов или если имеется необходимость безотлагательного использования адресов, количество которых превышает число нереализованных выделенных адресов. При этом резервирование адресов не считается их использованием.

Соответственно иерархическая система подразумевает выделения блоков адресов сначала Региональным Интернет-Реестрам, которые выделяют блоки адресов Локальным Интернет-Реестрам. Те, в свою очередь, выделяют адреса более мелким структурам, которые, в свою очередь, выделяют конкретные адреса конечным пользователям.

Это легко продемонстрировать двумя примерами.

Когда пользователь использует модем и телефонную линию для входа в Интернет, он входит в сеть своего Интернет-провайдера. Интернет-провайдер выделяет такому пользователю динамический адрес из числа адресов, которые были выделены провайдеру Локальным Интернет-Реестром. В свою очередь Локальный Интернет-Реестр выделил адреса Интернет-Провайдеру из числа адресов, которые были выделены ему Региональным Интернет-Реестром. А Региональный Интернет-Реестр выделил адреса Локальному Интернет-Реестру из числа адресов, распределенных между четырьмя Региональными Интернет-Реестрами, как было указано выше.

Другой пример. Некто решил выложить в сети свой сайт. Заключил договор с хостинг-провайдером. Хостинг-провайдер объяснил пользователю, как выложить файлы на сервер. Хостинг-провайдер сказал, что у сайта будет выделенный IP адрес. Что произошло на самом деле? Хостинг-провайдер выделил пользователю статический адрес из числа адресов, которые были выделены хостинг-провайдеру Локальным Интернет-Реестром. Опять-таки Локальный Интернет-Реестр получил адреса от Регионального Интернет-Реестра.

СМИ подняли панику, что «в России кончаются IP-адреса». Как на самом деле?

Распределение адресного пространства IPv4 (слева) и IPv6 (справа), апрель 2018 года

На прошлой неделе немало шума наделала статья «К концу сентября в России закончатся IP-адреса» в РБК (123 000 просмотров), которую затем подхватили другие СМИ.

На самом деле никаких причин для паники нет. Вкратце:

1. Речь только об адресах IPv4 (адресов IPv6 вполне достаточно, см. правую часть КДПВ).
2. Дефицит адресов IPv4 у RIPE NCC не только в России, а во всём регионе регистратуры.
3. Все давно привыкли жить в условиях дефицита.
4. В случае крайней необходимости адреса IPv4 можно купить на свободном рынке.
5. Обычные пользователи не заметят разницы, это проблема провайдеров.

Алекс Семеняка потом извинялся: «Ты доносишь журналисту. А потом статью, по факту, переписывает редактор. В РБК я общался с девушкой, которая дала себе труд во всем разобраться уже некоторое время назад, так что даже в первой вычитке ляпов было немного. Но мы честно довели текст до грамотного состояния, и она сдала его редактору РБК. Результат уже видели».

И это было только начало, потом тема пошла дальше.

Разобраться в ситуации нам помогли системный администратор Хабра Вадим Рыбалко и Виктор Осташев (vvadmin.ru). Мы также ознакомились с разъяснениями Алексея Семеняки для публичного сообщества ENOG.

Кто выделяет IP-адреса?

Всемирное адресное пространство глобально управляется американской некоммерческой организацией IANA, а также пятью региональными интернет-регистраторами (RIR). Они выделяют IP-адреса конечным пользователям на определённых территориях и локальными интернет-регистраторами (LIR), такими как интернет-провайдеры.

RIPE NCC (фр. Réseaux IP Européens + англ. Network Coordination Centre) — один из пяти RIR для Европы, Ближнего Востока и Центральной Азии.

«Адреса распределяются по цепочке IANA->RIR->LIR[->End User]. Страны в этой цепочке нет, соответственно, и копилки страновой тоже нет. Есть российские LIRы, у которых есть копилка, да, — поясняет Алексей Семеняка. — Ситуация общая для всех 76 стран региона RIPE NCC, а не отдельно для России».

IPv4 использует 32-битные (четырёхбайтные) адреса, ограничивающие адресное пространство 4 294 967 296 (2 32 ) возможными уникальными адресами. «Когда интернет создавался, 4 миллиарда казались огромным количеством, — говорит Виктор Осташев. — А по мере развития сети оказалось, что это совсем мало. Адреса кончились не в России, а на всей планете, так что о санкциях и происках врагов могут говорить только абсолютно безграмотные люди».

IPv6 — новая версия интернет-протокола (IP), призванная решить проблему дефицита адресов. Здесь используется длина адреса 128 бит вместо 32. Адресного пространства 2 128 (340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456 адресов) должно хватить не только для компьютеров, но и для всех устройств Интернета вещей на Земле и соседних планетах.

Согласно статистике Google на 16 сентября 2019 года, доля IPv6 в сетевом трафике составляет около 25−29%.

К сожалению, остаётся определённое количество устройств, которые не поддерживают IPv6, а провайдеры вынуждены конкурировать за адреса из общего пула IPv4.

Когда закончились адреса IPv4?

Об истощении адресного пространства IPv4 неоднократно писали на Хабре.

В феврале 2011 года IANA выделила региональным интернет-регистраторам последние пять оставшихся блоков /8 из своего адресного пространства. Первым они закончились в Азиатско-Тихоокеанском регионе у регистратора APNIC (19 апреля 2011 года).

Потом пришла очередь остальных.

17 апреля 2018 года европейский регистратор RIPE NCC распределил последние 1024 адресов IPv4 из последнего блока /8, полученного от IANA в 2011 году. Благодаря разбиению на мелкие блоки по 1024 адреса последний /8 растянули на 5,5 лет, в то время как предыдущий блок /8 по старым правилам раздали за пять месяцев.

Хотя RIPE NCC распределил последние адреса из последнего блока, в пуле прямо сейчас осталось ещё 2,5 миллиона адресов.

RIPE NCC наполнил пул, проведя «перекличку» организаций. По условиям процедуры, если отклика от владельца не было получено, то IP-адреса у него изымались.

Как получить дефицитные адреса?

1. Регистрация LIR

Локальные регистраторы по-разному решают проблему дефицитных адресов.

По статистике за 2012−2018 годы, скорость выделения адресов IPv4 в Европе росла в соответствии с квадратичной функцией. RIPE NCC объясняет это тем, что регистрировалось всё больше и больше локальных регистраторов. То есть если провайдеру или организации были нужны адреса, один из вариантов был — зарегистрироваться в RIPE NCC в качестве LIR и получить адреса практически бесплатно (не считая расходов на регистрацию).

По мнению специалистов, для организаций членство в RIPE NCC было наиболее дешёвым способом раздобыть дополнительные адреса IPv4 для собственной инфраструктуры.

В ноябре 2015 года RIPE NCC по результатам голосования запретил регистрацию дополнительных LIR членами RIPE NCC, но это не помогло, так что в мае 2016 года было принято решение комьюнити о снятии данного ограничения. К этому моменту организации начали регистрировать новые юридические лица, чтобы получить дефицитные блоки /22. Как сообщается, некий член RIPE NCC сумел получить 66 блоков /22, хотя выдавали только по одному на каждого локального регистратора. Причиной снятия ограничения послужило решение, что лучше пусть организации воспользуются легальной лазейкой в действующие процедуре, а не будут искать обходные пути.

К 2015 году специалисты RIPE NCC осознали, что большое количество блоков /22 сразу после выделения меняют своего владельца и в течение нескольких дней или недель переходят к другому регистратору (transfer). Тогда членами было принято решение о запрете трансфера для адресов IPv4 до истечения 24 месяцев после выделения. Но судя по графику ежемесячных трансферов, это тоже не помогло, просто на два года заморозило трансферы свежих диапазонов.

2. Покупка на свободном рынке

Предложения по купле-продаже или аренде диапазонов IPv4 обсуждаются на отраслевых форумах и на Тостере. Сдача в аренду адресов IPv4 превратилась в своеобразный бизнес.

«Адреса IPv4 заканчиваются в пуле Региональной Интернет-Регистратуры (RIPE NCC), а не “вообще”, — поясняет Алексей Семеняка. — То есть, свободный рынок как был, так и остаётся. Новые участники должны будут не только стать членами RIPE NCC, но и купить адреса IPv4 на рынке — пока им нужны адреса IPv4 (я думаю, в ближайшие 3-5 лет их потребности вряд ли уменьшатся). То есть [после исчерпания адресов в пуле] повышается порог вхождения… RIR в Северной Америке уже не выдаёт адреса. Но они живут, как описано выше. Правда, $5000 в РФ и в США — разные деньги, в России повышение порога почувствуется сильнее».

Другие способы решения проблемы

На самом деле дефицит адресов IPv4 не создаёт особых проблем пользователям (в СМИ говорилось, что пользователям чаще будут показывать капчи). Определённые сложности есть у провайдеров, но и они научились справляться с дефицитом адресного пространства. Многие освоили технику трансляции адресов (NAT), когда пользователям выделяются частные адреса IPv4 (в IPv6 NAT тоже иногда бывает, но вообще это экзотика), при этом используется меньшее количество глобальных адресов IPv4.

«В целом, сейчас и так все обычные пользователи сидят за плотными NAT-пулами, — объясняет Вадим Рыбалко. — Укрупнять их сложно, тут вряд ли что-то сильно поменяется. История про капчу вообще сомнительная, так как эти механизмы закрытые и не всегда понятно, на что реагируют. На это нужно вообще меньше всего ориентироваться, так как коммерческие интернет-гиганты преследуют свои интересы, самостоятельно выбирая инструменты. И в их интересах их совершенствовать, чтобы процент отказов был минимальный для легитимных пользователей».

Алексей Семеняка рассуждает о проблеме с капчами: «Операторы потихонечку будут увеличивать переподписку на CGNAT, конечно. Но для капчи нужны еще заражённые компы, вообще-то, которые обнаружат CF или Google, и плотность заражения — это второй множитель, и неясно, как он меняется во времени. Вот Google/Yandex/Bing Maps будут хуже грузиться понемногу, потому что там квадраты отдельными соединениями выкачиваются».

Ну а в перспективе основной способ решения проблемы дефицита IPv4 — переход на IPv6. Нерешаемых технических проблем здесь нет, нужно только стимулировать к этому провайдеров, чем занимаются ICANN и RIPE. К сожалению, зачастую провайдерам проще соорудить «костыли» для существующей инфраструктуры IPv4, чем производить кардинальную миграцию: «До настоящего времени переход на IPv6 тормозился преимущественно нежеланием интернет-провайдеров что-то делать, — подтверждает Виктор Осташев. — Переход на адресацию IPv6 требует внесения изменений в биллинговые системы интернет-провайдеров и замены небольшого количества устаревшего оборудования. Все без исключения современные операционные системы и всё сетевое оборудование, выпускаемое как минимум последние 15 лет, полностью совместимы с IPv6. Пока хватало IPv4, у провайдеров не было стимула переходить на IPv6, а это сдерживает распространение IPv6 и в хостинге сайтов, и в других применениях, поскольку из сетей IPv4 доступ к адресам IPv6 возможен только через специальные прокси. Существенное подорожание IPv4 на вторичном рынке и невозможность получить новые IPv4 станет существенным стимулом для перехода на IPv6. А те провайдеры, которые не перейдут на IPv6 потеряют клиентов».

После всеобщего перехода на IPv6 адресация IPv4 как таковая исчезнет, а вместе с ней исчезнет и проблема дефицита адресов.

Как дефицит IPv4 затронет пользователей?

«Конечных пользователей вообще никак не затронет, — говорит Вадим Рыбалко. — Продвинутые заметят, так как скорее всего IPv6 будет более активно входить в повседневную жизнь и надо уметь им пользоваться. ISP и хостинговые площадки уже давно заметили. Потенциально в какой-то момент придётся переустроить принципы выделения адресов облачным провайдерам на массовом рынке: себестоимость адреса растёт и становится несовместимой с лоукост-концепцией. Наверное, сложнее всего будет поставщикам хостинговых услуг. У них меньше возможностей применения NAT».

В связи с попытками госрегулирования мы задали экспертам такой вопрос:

— Нужна ли нам специальная государственная инициатива для адаптации инфраструктуры России к IPv6?

Вадим Рыбалко: Ни в коем случае. Любая государственная инициатива закончится бессмысленным репрессивным аппаратом. Чего-чего, а помощи точно ждать не стоит. Кредит доверия у государства в сфере IT исчерпан давно. Если конструктивно: надо дать возможность индустрии самой разобраться со своими проблемами. До сих пор справлялась. Например, в регионе ARIN уже давно развёрнуты несколько крупных IPv6 only сетей именно из-за исчерпания свободного пула IPv4. Один из позитивных примеров в РФ: оператор МТС уже давно внедрил IPv6 для своих пользователей.

Алексей Семеняка: Я не думаю, что прямое регулирование тут чем-то хорошо, нигде в мире оно как-то не сработало (хотя может сработать в Беларуси, там, вроде как, есть такая госинициатива). С другой стороны, это не масштабируется, там всего 25 LIR. Осознать, чем IPv6 может быть полезен и кому, и использовать косвенное регулирование для получения этой пользы — да, государство вполне может.

Распределение ip-адресов

Вы читаете краткое руководство по IP-адресации. Как происходит распределение ip-адресов и их управление?
Управление IP-адресами осуществляется управлением по присвоению номеров в Интернете (IANA), которое несет общую ответственность за пул адресов Интернет-протокола (IP), и региональными интернет-регистратурами (RIR), которым IANA распределяет большие блоки адресов.

RIR управляют, распределяют и публично регистрируют IP-адреса и соответствующие ресурсы номеров Интернета, такие как номера автономной системы (ASN) и обратные делегирования системы доменных имен (DNS) в своих соответствующих регионах. Они делают это в соответствии с политиками, которые разрабатываются в их соответствующих региональных сообществах, посредством открытых и восходящих процессов.

Региональные интернет-регистраторы

В настоящее время существует пять RIR между которыми происходит распределение ip-адресов:

1. AfriNIC — Африканский регион
2. APNIC — Азиатско-Тихоокеанский регион
3. ARIN — Северная Америка и несколько островов Карибского бассейна и Северной Атлантики
4. LACNIC — Латинская Америка и Карибский бассейн
5. RIPE NCC — Европа, Ближний Восток и части Центральной Азии

Пять RIR вместе образуют также организацию номерных ресурсов (NRO), которая осуществляет совместную деятельность RIR, включая совместные технические проекты, мероприятия по связи и координацию политики.

Как распределяются адреса IPv6?

Pv6 или Internet Protocol version 6 — так обозначается новая версия интернет протокола (IP), призванная решить проблемы, с которыми столкнулась предыдущая версия (IPv4) при её использовании в Интернете, за счёт использования длины адреса 128 бит вместо 32.

Адреса IPv4 и IPv6 выделяются тем, кто обращается с просьбой, что им нужны адреса для их сетей. То есть компания, занимающаяся созданием сайтов, решила настроить на своих сайтах геолокацию, в связи с этим просит у RIPE базу адресов для своей деятельности. Все это, разумеется, предоставляется совершенно бесплатно.

Но разве адреса не должны распределяться по географическому принципу, чтобы обеспечить справедливое распределение?

По техническим причинам распределение IP-адресов должно соответствовать топологии сети, а не географии или национальным границам.

Поэтому адреса выделяются для использования в конкретных сетях, так как они необходимы. RIR распределяют IP-адреса, используя разработанные сообществом политики, разработанные для обеспечения того, чтобы распределение было справедливым и равным.

В первые дни Интернета метод распределения IP-адресов был менее формальным, в результате чего некоторые организации получали непропорционально большие диапазоны адресов.

RIR были сформированы, чтобы обеспечить лучший способ распределения адресов. Они добились успеха в разработке справедливой и равноправной политики распределения. Они также помогли обеспечить стабильность пула адресов и таблиц маршрутизации в течение длительного периода быстрого роста.

Что происходит, когда заканчиваются адреса IPv4?

Интернет в его нынешнем виде уже есть. Согласно организации номерных ресурсов, в мире официально закончились адреса IPv4 в феврале 2011 года.

Единственный вариант теперь состоит в том, чтобы разделить выделенные свойства на более мелкие части или начать торговать тем, что уже было назначено — оба эти действия могут усложнить и поставить под угрозу вашу конфиденциальность.

IPv6 — это следующее поколение стандарта IP-адресов, которое дополнит и в конечном итоге заменит IPv4, протокол, который многие интернет-службы используют до сих пор.

Internet Society активно участвует во всех аспектах IPv6, начиная с текущей технической работы в Целевой группе по инженерным разработкам Internet (IETF) и заканчивая расширением реального развертывания с помощью программы Deploy360 .

Deploy360 предоставляет практическую информацию о техническом развертывании операторам сетей, отвечающим за внедрение новых технологий и стандартов в своих собственных сетях.

HackWare.ru

Этичный хакинг и тестирование на проникновение, информационная безопасность

IP адрес

Оглавление: онлайн книга Компьютерные сети

6. Канальный уровень передачи данных

7. Маршрутизация данных

8. Служебный протокол ICMP

10. Настройка сетевых подключений в командной строке Linux

11. Определение проблем работы сети

12. Туннелизация

Точно также, как обычные почтовые адреса необходимы для доставки посылок и бумажных писем, сетевые узлы, участвующие в передаче данных, полагаются на стандартизированную адресную информацию. Поэтому распределение адресов для хостов и промежуточных устройств, их настройка и управление являются основополагающими для адекватной работы компьютерной сети.

Виды сетевых адресов

Сетевые устройства имеют MAC-адрес и IP адрес (за редким исключением – хабы не имеют ни того ни другого, поскольку являются устройствами физического уровня — они работают как ретрансляторы — данные пришедшие на один порт, пересылают на все остальные порты; свитчи имеют только MAC-адреса (хотя бывают модели и с IP)).

Зачем нужны два вида адресов MAC и IP

В первой части «Как работают компьютерные сети» мы увидели как происходит отправка и получение данных по компьютерной сети.

Для непосредственной отправки сетевого пакета с одного устройства на другое требуется MAC адрес. Передача данных возможна только с MAC адреса исходного пункта на MAC адрес пункта назначения — передача через промежуточный узел на основе MAC невозможна — в заголовках фрейма есть место только для адреса пункта назначения и исходного адреса. По этой причине каждый сетевой интерфейс обязательно имеет MAC адрес, который ещё называют аппаратным адресом — если нет MAC адреса, то этот интерфейс не может принимать участие в сетевом обмене данными. К тому же, если у устройства несколько сетевых интерфейсов (WAN порт, несколько LAN портов, две беспроводных сети на 2.5 и 5 ГГц), то у каждого из этих сетевых интерфейсов есть свой MAC адрес — иначе бы они просто не работали.

Предположим, в нашей небольшой локальной сети три устройства: компьютер_1 (192.168.0.89), компьютер_2 (192.168.0.101) и соединяющий их роутер (192.168.0.1), то есть схема сети такая:

192.168.0.89 → 192.168.0.1 ← 192.168.0.101

Предположим, нужно передать сетевой пакет с компьютер_1 на компьютер_2. Для связи с роутером, компьютер_1 будет использовать MAC адрес роутера. Роутер имеет несколько портов и может переправить полученный пакет по любому из них. Получив пакет для компьютер_2, исходя из IP адреса пункта назначения, роутер определит, на каком порту находится нужное устройство (или нужная сеть, если устройство подключено через дополнительные роутеры) и, указав MAC компьютера_2, отправит пакет для компьютер_2.

То есть без IP адреса роутеры не знали бы, куда нужно перенаправлять (маршрутизировать) сетевые пакеты, а без MAC адреса было бы вообще невозможно отправить пакеты с одного устройства на другое.

Уже было упомянуто, что MAC адрес называется аппаратным, то есть жёстко прописанным на уровне сетевой карты, а IP адрес является логическим и может быть легко изменён в настройках программного обеспечения используемых устройств.

В этом разделе мы рассмотрим IP адреса.

Виды IP адресов по постоянству: временные и постоянные

Сетевые адреса могут быть как временными (или динамичными) или постоянными (статичными). Временные адреса динамически назначаются станции и могут быть забраны и переназначены на другую станцию, если не используются в течении определённого периода времени (например, в течение 24 часов). Такие временные адреса обычно распределяются на пользовательские устройства с помощью DHCP. В то время как постоянный адрес настраивается вручную на компьютерной системе (сетевом устройстве). Обычно компьютерам, выполняющим роль серверов, и промежуточным устройствам (роутерам, например) даётся один или более постоянных IP адресов.

Приватность (публичные или приватные IP)

IP делятся на публичные и приватные адреса. Пакеты, содержащие публичные адреса, могут быть направлены на хост назначения в Интернете. В противоположность этому, приватные (частные) адреса, как следует из их названия, используются только внутри домашней или корпоративной сети. Другими словами, пакеты с приватными адресами могут быть доставлены к узлу назначения только если он размещён в границах той же самой корпоративной или домашней сети, но не за её пределами. Использование приватных адресов обеспечивает повышенную безопасность, поскольку внутренние узлы невидимы снаружи. Многие организации полагаются на частные IP-адреса для защиты своих внутренних сетей. Ещё одним плюсом приватных адресов является то, что они гибки при распределении адресов для внутренних хостов и промежуточных устройств.

IP-адрес является глобальным стандартом, необходимым чтобы сетевой узел мог обмениваться данными с любыми другими узлами. IP-адрес является логическим адресом, поскольку он физически не связан с узлом (в отличии от MAC-адреса, который является физическим адресом, то есть жёстко прописан в самом устройстве).

Одновременно используются два разных стандарта IP: IPv4 (версия 4) и IPv6 (также известный как IP следующего поколения или IPng). Адрес IPv4 состоит из 32 битов, которые преобразуются в комбинацию из 4 десятичных значений (например, 127.232.53.8). IP-адрес состоит из частей идентификатора сети и узла. Например, в 172.232.53.8, 172.232 и 53.8 могут представлять идентификаторы сети и хоста соответственно. Принятие более продвинутой адресации IPv6 с 128 битами для адреса растёт, и будущее явно принадлежит ей.

Кто управляет диапазонами IP (кто выдаёт IP адреса)

IP-адрес состоит из частей:

• идентификации сети — network identification (или сетевого адреса)
• и идентификации хоста — host identification (или адреса хоста).

Идентификация сети указывает конкретную организацию (например, фирму, колледж, интернет-провайдера). Идентификация хоста назначается сетевому узлу. Сетевые адреса назначаются делегированным образом Управлением по присвоению номеров в Интернете (IANA) (http://www.iana.org/). Будучи ответственным за глобальную координацию пространства IP, IANA делегирует доступное пространство сетевых адресов региональным интернет-регистратурам (RIR). В настоящее время в мире существует пять RIR:

• AfriNIC для региона Африки (http://www.afrinic.net/)
• ARIN для Северной Америки (https://www.arin.net/)
• APNIC для Азиатско-Тихоокеанского региона (http://www.apnic.net/)
• LACNIC для Латинской Америки (http://www.lacnic.net/en/)
• RIPE NCC для Европы, Ближнего Востока и Центральной Азии (http://www.ripe.net/)

В прошлом запрос на блок IP-адресов напрямую отправлялся в реестр клиентской организацией. После получения, организация в течение длительного времени сохраняла право собственности на предоставленный блок IP. Все это изменилось, и теперь интернет-провайдеры (ISP) играют центральную роль в управлении пространством IP-адресов и его распределении среди запрашивающих организаций. Для этого крупные интернет-провайдеры (например, AT&T) получают блоки IP от RIR и делят их на более мелкие порции для распределения клиентам (например, мелкие интернет-провайдеры, коммерческие фирмы, школы). Тем временем частные лица и малые предприятия получают сетевой адрес от своих интернет-провайдеров. На рисунке показано делегирование нисходящего пространства IP. На веб-сайтах RIR, таких как http://ws.arin.net/, вы можете найти владельца определённого сетевого адреса.

Делегирование IP адресов:

Двоичное и десятичное написание IP адресов

IPv4 стандарт использует 32-битные адреса (например, 10000000.00000010.00000111.00001001) для уникальной идентификации сетевого узла. Такое длинное написание бинарных битов создаёт неудобство, поэтому обычно используется десятичный формат (например, 129.131.12.10), в котором каждая десятичная цифра отражает 8-битную комбинацию. В 32-битной структуре, всё адресное пространство IPv4 диапазона находится между 0.0.0.0 (все 0 в бинарной записи) и 255.255.255.255 (все 1 в бинарной записи).

Почему в IP адресах нельзя использовать цифры более 255

Каждый октет IP адреса не может быть больше 255. Данное число является максимальным восьми битным двоичным числом 11111111. То есть хотя октеты и обозначаются десятичными числами от 0 до 255, на самом деле в них двоичные числа, и максимальное двоичное число равно 255.

Именно двоичная природа IP адреса позволяет понять суть маски сети и правила выбора маршрута. По этой причине стоит уделить внимание двоичному написанию и полностью разобраться в нём.

Составим небольшую таблицу и будем к ней возвращаться по мере необходимости. В этой таблице показано десятичное значение двоичного бита, находящегося в позициях с 8 по 1), а также кумулятивное десятичное значение, когда стоит одна единица в самой левой части, затем две единицы в самой левой части, затем три единицы и так до конца – это будет нужно для работы с сетевыми масками.

Таблица преобразования двоичных и десятичных значений:

Структура IP адреса

IP адрес составляется по крайней мере из двух частей: идентификатор сети (или сетевой адрес) и идентификатор хоста (или адрес хоста).

В этой части термин «сеть» используется как идентификатор организации (например, компании, университета). Например, есть идентификатор сети организации 195.112.36.x, где x может быть значением идентификатора хоста, то адрес сети можно выразить как 195.112.36.0. Становится очевидным, что чем больше бит занято идентификатором сети, тем меньше бит доступно для идентификатора хостов.

Как правило, корпоративные сети разбиты на более маленькие сегменты подсетей. Подсети могут создаваться в соответствии с физическими (например, помещения, строения, этажи) и/или логическими (например, отдел или рабочие группы бизнеса, кафедры университета) границами организации. Сегментация сети на подсети требует, чтобы каждая подсеть могла быть уникально идентифицирована. Сетевой идентификатор не может быть изменён, поскольку он представляет официальный публичный адрес организации. Поэтому доступна возможность создания подсетей только разделяя поле идентификатора хоста на две части: одна для идентификаторов хостов и другая для идентификатора подсетей. Часто это разделение считается заимствованием бит из поля идентификатора хоста для создания идентификаторов сетей. Создание подсетей добавляет дальнейшую иерархию к структуре IP адреса.

Классовая адресация IP

Мы не будем рассматривать классовую адресацию IP, поскольку она устарела и больше практически не применяется. У неё были недостатки – она умела делить диапазоны IP адресов только на слишком громоздкие куски сети и поэтому пространства IP адресов использовались неэффективно. Применительно к сегодняшней модели адресации, выражения вроде «сеть класса A», «сеть класса B» и «сеть класса C» не несут особого смысла.

Бесклассовая адресация IP

В настоящее время применяется бесклассовая адресация IP.

Как мы помним, каждый IP адрес состоит из 32 бит. В бесклассовой IP адресации идентификатор сети необязательно кратен октету (то есть 8 битам, 16 битам или 24 битам) как в случае с классовой схемой. Например, первые 13 бит могут представлять идентификатор сети, а оставшиеся 19 бит – идентификатор хостов.

Предположим, нам дан IP адрес 123.45.56.89 для которого известно, что первые 13 бит являются идентификатором сети. Наша задача – найти адрес сети.

Находим количество бит, оставшееся для идентификатора хостов:

Для поиска адреса сети (и для многих других операций связанных с вычислением IP адресов и диапазонов) удобнее использовать бинарную запись IP адреса, когда он разделён на 8-битные блоки.

С помощью ipcalc

или онлайн IP калькулятором преобразуем 123.45.56.89 в бинарную форму. Получаем, что IP 123.45.56.89 в бинарной форме это 01111011.00101101.00111000.01011001.

Поскольку мы уже выяснили, что 19 бит остаются для идентификации хостов, то мы просто заменяем последние 19 цифр нулями и получаем: 01111011.00101000.00000000.00000000 (тринадцать бит идентификатор сети + девятнадцать 0 бит для идентификатора хостов).

Теперь конвертируем обратно в соответствующие десятичные значения (можно сделать здесь). В результате мы получаем адрес сети 123.40.0.0. То есть эту подсеть можно записать как 123.40.0.0/13. Причём, если идентификатор хостов заменить всеми единицами, то мы получим последний IP адрес данного диапазона. В данном случае это будет 01111011.00101111.11111111.11111111. Конвертируем эту запись в привычный вид и получаем 123.47.255.255. То есть для IP адреса 123.45.56.89 с маской сети 13, блок можно записать как 123.40.0.0/13 или в виде диапазона как 123.40.0.0-123.47.255.255

Чтобы понимать, что такое маска сети в нотации СЕТЬ/МАСКА, нужно представить себе IP адрес в виде двоичного числа длиной 32 символа. Так вот, МАСКА — это количество первых чисел, которые не могут меняться для обозначения хостов. Например, при длине маски 15, выделенные полужирным биты не могут меняться для обозначения хостов 01111011.00101101.00111000.01011001.

Следовательно, чем длиннее маска, тем меньший размер блока IP. При максимальной маске /32, в подсети всего один IP адрес. При длине маски /24 в подсети будет 256 адресов. При маске /22 будет 1024 адресов.

Количество адресов в подсети можно посчитать по формуле 2 (32-длина маски) .

Специальные диапазоны IP адресов

Имеются диапазоны, которые выполняют специальную функцию.

IP калькуляторы

Как можно увидеть из примеров выше, для выполнения различных операций с IP адресами, например, с вычислением количество адресов в подсети, либо в конвертации различных способов написания диапазонов, нужно выполнять вычисления и преобразования из одной системы счисления в другую. Для упрощения можно использовать специально для этого предназначенные программы, они называются IP калькуляторы и рассмотрены в данной статье.

Также многие IP калькуляторы с расширенными функциями представлены онлайн:

• IP калькулятор подсетей
• Калькулятор IPv6 подсетей
• Конвертер IP адресов
• Агрегатор IP и IPv6 адресов, масок, подсетей
• Преобразование диапазона IP адресов в список CIDR сетей
• Разбивка сети IP на подсети по маске
• Разбитие диапазона IP на диапазоны с указанным количеством IP
• Конвертация двоичного IP в стандартный вид

Различные способы записи IP адресов

Кроме уже рассмотренного двоичного способа записи IP адресов, который может применяться, например, для вычисления идентификатора сети или последнего IP диапазона. Также различное написание IP адресов может использоваться для обхода фильтров (или правильного написания фильтров IP).

В качестве примера возьмём IP адрес 157.245.118.66, его можно открыть в веб-браузере по ссылке http://157.245.118.66 (хотя там и будет сообщение об ошибке SSL сертификата).

Этот же самый адрес можно записать в виде десятичного числа http://2650109506 и http://3111491919 (ссылки также работает).

Чтобы перевести в Long IP адрес a.b.c.d нужно выполнить следующие вычисления:

a * 256 3 + b * 256 2 + c * 256 1 + d * 256 0

Также можно конвертировать в шестнадцатеричное число (перед числом нужно поставить 0x): http://0x9DF57642

Октеты можно записывать в виде шестнадцатеричных чисел: http://0x9D.0xF5.0x76.0x42, а также в виде восьмеричных чисел (чтобы было понятно, что это восьмеричное число, перед ними стоят нолики): http://0235.0365.0166.0102

Можно смешивать в одном IP адресе сразу несколько вариантов написания: http://157.0365.0×76.0×42

При написании IP адреса можно пропускать нули:

Может ли IP адрес с нулём или 255 на конце быть действительным?

Как мы уже знаем, первый адрес в подсети (обычно он имеет 0 на конце) является идентификатором сети, а последний IP адрес (обычно он имеет 255 на конце) является широковещательным. Соответственно, эти IP адреса не могут быть назначены какому-либо хосту. Означает ли это, что любые IP адреса с нулём или 255 в последнем октете не существуют?

Нет, это неправильное предположение.

Посмотрите на следующий пример:

Аналогично и с IP адресом, имеющим в последнем октете 255:

Не удивляйтесь, это тоже действительные IP адреса и на адресах такого вида также работают сервера. Самый первый IP адрес, например в нашем случае это 138.201.0.0, является идентификатором сети и не может использоваться в качестве IP адреса хостов, но адреса 138.201.1.0, 138.201.2.0 и т. д. являются самыми обычными IP. Если бы диапазон был 138.201.2.0/24 (то есть 138.201.2.0-138.201.2.255), то самый первый IP являлся бы идентификатором сети и не мог бы использоваться для назначению хосту.

С помощью whois можно узнать, что IP адрес 138.201.1.0 входит в диапазон 138.201.0.0/16 (138.201.0.0-138.201.255.255):

В этом диапазоне действительно хостам не могут быть назначены IP адреса 138.201.0.0 (идентификатор сети) и 138.201.255.255 (широковещательный адрес), но адреса вроде 138.201.1.0 и 138.201.13.255 могут быть назначены хостам.

Одноадресная, широковещательная и многоадресная рассылка (Unicast, Broadcast и Multicast)

Unicast (Одноадресный адрес)

В компьютерных сетях одноадресная передача — это передача «один-к-одному» из одной точки сети в другую; то есть один отправитель и один получатель, каждый из которых идентифицируется сетевым адресом.

Одноадресная рассылка отличается от многоадресной (Multicast) и широковещательной (Broadcast) передачи, которые являются передачами «один ко многим».

Обычно используются методы одноадресной доставки по Интернет-протоколу, такими транспортными протоколами как протокол управления передачей (TCP) и протокол пользовательских дейтаграмм (UDP).

Broadcast (Широковещательный адрес)

Широковещательный адрес — это сетевой адрес, используемый для передачи на все устройства, подключённые к сети связи с множественным доступом. Сообщение, отправленное на широковещательный адрес, может быть получено всеми подключёнными к сети хостами.

Напротив, многоадресный (Multicast) адрес используется для адресации определённой группы устройств, а одноадресный (Unicast) адрес используется для адресации одного устройства.

Для связи сетевого уровня широковещательный адрес может быть конкретным IP-адресом. На уровне канала передачи данных в сетях Ethernet это конкретный MAC-адрес.

В сетях Интернет-протокола версии 4 (IPv4) широковещательные адреса являются специальными значениями в части IP-адреса, идентифицирующей хост. Значение «все единицы» было установлено как стандартный широковещательный адрес для сетей, поддерживающих широковещательную рассылку.

Широковещательный адрес для любого хоста IPv4 можно получить, взяв битовое дополнение (побитовое НЕ) маски подсети, а затем выполнив побитовое ИЛИ с IP-адресом хоста. Кратчайший путь к этому процессу — просто взять IP-адрес хоста и установить все биты в части адреса идентификатора хоста (любые битовые позиции, которые содержат 0 в маске подсети) на 1.

Как показано в приведённом ниже примере, для расчёта широковещательного адреса для передачи пакета во всю подсеть IPv4 с использованием пространства частных IP-адресов 172.16.0.0/12, которое имеет маску подсети 255.240.0.0, широковещательный адрес рассчитывается как 172.16.0.0 с побитовым ИЛИ с 0.15.255.255 = 172.31.255.255.

Пример вычисления широковещательного адреса

Фактически — широковещательный адрес — это последний адрес в диапазоне подсети.

Для IP-адреса 255.255.255.255 существует специальное определение. Это широковещательный адрес нулевой сети или 0.0.0.0, который в стандартах Интернет-протокола означает эту сеть, то есть локальную сеть. Передача по этому адресу ограничена по определению, поскольку он никогда не пересылается маршрутизаторами, соединяющими локальную сеть с другими сетями.

Интернет-протокол версии 6 (IPv6) не реализует этот метод широковещательной передачи и, следовательно, не определяет широковещательные адреса. Вместо этого IPv6 использует многоадресную адресацию для многоадресной группы всех хостов. Однако протоколы IPv6 не определены для использования адреса всех хостов; вместо этого они отправляют и получают по определенным адресам многоадресной рассылки локального канала. Это приводит к более высокой эффективности, поскольку сетевые узлы могут фильтровать трафик на основе адреса многоадресной рассылки и не должны обрабатывать все широковещательные рассылки или многоадресные рассылки для всех узлов.

Multicast (Многоадресный адрес)

Мультивещание, многоадресное вещание (англ. multicast — групповая передача) — форма широковещания, при которой адресом назначения сетевого пакета является мультикастная группа (один ко многим). Существует мультивещание на канальном, сетевом и прикладном уровнях. Мультивещание не следует путать с технологией передачи на физическом уровне точка-многоточка.

В IPv4 для мультивещания зарезервирована подсеть 224.0.0.0/4, то есть это диапазон с 224.0.0.0 по 239.255.255.255.

Диапазон с 224.0.0.0 по 224.0.0.255 является локальной подсетью и является немаршрутизируемым. Все остальные диапазоны являются маршрутизируемыми. Но глобально маршрутизация разрешена только для подсетей 233.0.0.0/8 и 234.0.0.0/8. Но не все провайдеры поддерживают мультикаст-связность.