Что такое IP-адрес и как он работает? Руководство на 2022 год

Если вы были в Интернете достаточно долго, есть большая вероятность, что вы могли встретить IP-адреса в той или иной форме.

Каждое устройство имеет IP-адрес и нуждается в нем для связи с другими устройствами по сети, включая Интернет.

Что если мы скажем вам, что вы здесь из-за IP-адреса? Даже если вы, возможно, не напечатали его, вы читаете этот пост благодаря ему.

IP-адреса повсюду, и без них ничто в Интернете не будет работать.

Вот о чем этот пост.

К концу этой статьи вы будете знать все, что вам нужно знать об IP-адресах.

Мы расскажем, что такое IP-адреса, как они работают, как их получить, как работают DNS и ARP и многое другое.

Мы также рассмотрим, как IP-адреса относятся к веб-сайтам.

Если вы искали основу для IP-адресации, вы попали по адресу!

Что такое IP-адрес?

Итак, начнем с самого начала. Что такое IP-адрес?

IP-адрес — это числовой адрес, присвоенный устройствам в Интернете или локальной сети. Они позволяют различным устройствам в сети идентифицировать друг друга и взаимодействовать друг с другом.

Думайте о них как о своем номере телефона, и вы не ошибетесь.

Вашим друзьям нужен ваш номер, чтобы они могли позвонить вам или написать в WhatsApp. То же самое и с сетями.

Компьютеры и другие устройства используют IP-адреса так же, как мы используем телефонные номера для связи друг с другом.

Любому сетевому устройству нужен IP-адрес, чтобы иметь возможность отправлять и получать трафик.

Он нужен каждому телефону, компьютеру, ноутбуку, планшету, холодильнику с доступом в Интернет и любому другому устройству.

Вот почему они так важны.

IP-адреса обычно представляют собой строки чисел, разбитые на 4 части по 3, например 172.217.14.206 . Это IP-адрес Google.

Мы говорим «обычно строки чисел», потому что адресация меняется. Мы вернемся к этому позже.

Полный диапазон IP-адресов составляет от 0.0.0.0 до 255.255.255.255.

Он заканчивается на 255, потому что это максимальное число в октете, как работает 32-битная адресация.

Поскольку существует четыре набора чисел, которые представляют собой октеты (8 битов информации), 4 x 8 = 32.

Не беспокойтесь об этой части, мы просто включили ее для полноты картины.

Какое отношение IP-адресация имеет к запуску веб-сайтов WordPress?

Изучение IP-адресов увлекательно, но как это связано с запуском веб-сайта WordPress?

Есть две ситуации, когда знание IP-адресов может быть полезным: аналитика и защита.

Аналитика и IP-адреса

Если вы управляете интернет-магазином или хотите отслеживать, откуда люди посещают ваш сайт, IP-адреса играют ключевую роль.

Инструменты аналитики фиксируют IP-адрес и определяют, где в мире эти IP-адреса используются для предоставления этих данных.

Без них вы не знали бы, откуда приходят люди, и не смогли бы определить их местоположение или ваши ключевые рынки.

Защита веб-сайтов и IP-адреса

Другой способ, которым владелец веб-сайта использует IP-адреса, — это использование брандмауэра.

Многие брандмауэры WordPress включают черные и белые списки. Оба зависят от IP-адресов для работы.

Черный список — это список IP-адресов, которым запрещен доступ к вашему сайту. Белый список — это список доверенных IP-адресов.

Брандмауэр WordPress отслеживает все IP-адреса, которые пытаются получить доступ к вашему сайту. Если он обнаружит подозрительную активность, он заблокирует этот IP-адрес от доступа к вашему сайту.

И наоборот, вы можете вручную добавить свой собственный IP-адрес в белый список, чтобы всегда иметь к нему доступ.

Два простых, но фундаментальных способа использования IP-адресов на обычном веб-сайте WordPress!

Анатомия IP-адреса

IP-адрес делится на две половины. Первая половина — это идентификатор сети, а вторая половина — это идентификатор хоста.

Итак, в нашем примере с Google выше часть 172.217 — это идентификатор сети, а часть 14.206 — идентификатор хоста.

Идентификатор сети определяет сеть, которой назначен IP-адрес. Например, ваш интернет-провайдер, ваша компания или ваша домашняя сеть.

Идентификатор хоста идентифицирует устройство. Это пул номеров, который может быть назначен устройствам в этой сети. Например, ваш ноутбук, телефон, PS5 или Xbox.

Типы IP-адресов

Мы думаем, что вам следует знать два основных типа IP-адресов: динамические и статические.

Динамические IP-адреса

Динамический IP-адрес — это тип IP-адреса, который может часто меняться.

Динамические IP-адреса предоставляются вашим интернет-провайдером или вашим маршрутизатором. Интернет-провайдеры покупают IP-адреса оптом и автоматически распределяют их среди клиентов.

Поскольку у интернет-провайдеров обычно тысячи клиентов постоянно подключаются и отключаются, они создают пулы IP-адресов.

Все IP-адреса, принадлежащие интернет-провайдеру, помещаются в пул, и клиентский маршрутизатор будет запрашивать его периодически или при перезагрузке.

Маршрутизатор интернет-провайдера выделит динамический IP-адрес и сопоставит его, чтобы ваш маршрутизатор мог подключаться к Интернету.

Затем адрес будет периодически обновляться в зависимости от времени, установленного вашим интернет-провайдером.

Идея состоит в том, чтобы обеспечить использование всех IP-адресов, принадлежащих интернет-провайдеру, и ни один клиент никогда не останется без подключения.

Статические IP-адреса

Статический IP-адрес — это тип IP-адреса, который остается неизменным в течение определенного периода времени или является статическим.

Они могут быть назначены интернет-провайдерами или вашим собственным маршрутизатором. После назначения ваш маршрутизатор сохраняет статический IP-адрес в течение всего периода, пока вы являетесь клиентом.

Статические IP-адреса необходимы, если вы управляете собственным веб-сервером, а не пользуетесь услугами хостинговой компании.

В таком случае статический IP-адрес предотвращает путаницу с DNS.

Мы вернемся к DNS позже.

Версии IP-адресов

Помимо разных типов, существует две версии IP-адреса — IPv4 и IPv6.

IPv4

IPv4 означает Интернет-протокол версии 4. Это самый популярный тип IP-адреса, существующий сегодня, и он существует с самого начала.

Адрес IPv4 представлен десятичной записью с точками. Это означает, что адрес состоит из 4 частей, разделенных точкой.

Адрес, который мы использовали в качестве примера выше, — это адрес IPv4 — 172.217.14.206 .

IPv4 использует 32-битное адресное пространство. Это означает, что может быть «только» 2 ³² (4 294 967 296) уникальных адресов.

Это 4,3 миллиарда , плюс-минус несколько.

Это число может показаться огромным, но с быстрым распространением Интернета и подключенных устройств у нас заканчиваются адреса.

Это называется « исчерпанием адресов IPv4 » и описывает нехватку уникальных адресов IPv4.

По мере того, как все больше и больше устройств подключаются к сети, 4,3 миллиарда адресов, разрешенных IPv4, быстро сокращаются.

Что привело к развитию IPv6.

IPv6

IPv6 означает Интернет-протокол версии 6.

В IPv6 мы используем 128-битное адресное пространство, что означает, что у нас может быть 2 ¹²⁸ (приблизительно 3,403×10 ³⁸ ) IP-адресов.

Это 340 триллионов триллионов триллионов IP-адресов!

В отличие от числовых цифр в IPv4, в IPv6 мы используем буквенно-цифровые символы, как буквы, так и цифры, разделенные двоеточиями вместо точек.

Хорошим примером является адрес Google IPv6 — 2607:f8b0:4003:c00::6a .

Новая буквенно-цифровая система позволяет в обозримом будущем использовать во много раз больше IP-адресов.

По мере того, как IoT, Интернет вещей становится все более распространенным, нам понадобятся все эти адреса!

Сводка по IP-адресу

Итак, краткий обзор IP-адресов:

• Каждому сетевому устройству нужен IP-адрес, чтобы иметь возможность отправлять и получать данные.
• Адрес IPv4 состоит из двух частей: идентификатора сети и идентификатора хоста.
• IPv4 — это текущая система, но у нее заканчиваются адреса.
• IPv6 выглядит сложнее, но предлагает гораздо больше адресов
• IPv4 поддерживает 4,3 миллиарда адресов.
• IPv6 поддерживает 340 триллионов триллионов триллионов IP-адресов.

Как получить IP-адрес?

Итак, у вас есть представление о том, что такое IP-адреса, но как их получить?

Существует два основных типа IP-адресов: адреса сетевого уровня и локальные адреса.

• Ваш интернет-провайдер присвоит вашему широкополосному соединению адрес сетевого уровня.
• Ваш сетевой провайдер назначит вашему телефону адрес сетевого уровня для использования в сетях 4G или 5G.
• Ваш маршрутизатор назначит локальный адрес каждому устройству в вашей сети.

Итак, чтобы разобрать:

• Ваш интернет-провайдер предоставит IP-адрес вашему широкополосному маршрутизатору, чтобы он мог обмениваться данными с Интернетом.
• Ваш маршрутизатор будет назначать IP-адреса устройствам в вашей сети, чтобы они могли использовать Интернет или общаться друг с другом.

Например, ваш интернет-провайдер назначает вашему маршрутизатору IP-адрес 166.166.166.156. Это позволяет вашему маршрутизатору использовать сеть интернет-провайдера для доступа в Интернет.

В свою очередь, ваш маршрутизатор может назначить вашему настольному компьютеру IP-адрес 192.168.222.111.

Адрес 192.168… — это общий адрес внутренней сети, используемый во всем мире.

Если, например, у вас есть Xbox или PS5, ваш маршрутизатор может назначить ему IP-адрес 192.168.222.112, а любым другим устройствам — .113, .114 и так далее.

Внутренние сетевые адреса контролируются вашим маршрутизатором, а хост-часть, вторая половина, может быть любым набором из 3-х чисел, которые вам нравятся.

Итак, как устройство с IP-адресом 192.168.222.111 использует Интернет, если ваш интернет-провайдер считает, что у вас есть адрес 166.166.166.156?

Он использует преобразование сетевых адресов, NAT.

Преобразование сетевых адресов

Преобразование сетевых адресов или NAT — это функция большинства современных маршрутизаторов. Это позволяет маршрутизатору сохранять IP-адрес, предоставленный вашим интернет-провайдером, отдельно от внутреннего адреса, который маршрутизатор предоставляет вашей сети.

Он использует простую таблицу для сопоставления того, какой IP-адрес используется каким устройством в вашей сети, называемую таблицей ARP или кешем ARP.

Мы перейдем к ARP через минуту.

НАТ работает так:

1. Вы открываете браузер на рабочем столе и открываете веб-страницу
2. Ваш маршрутизатор автоматически переключает адрес 162.168, который он назначил вашему рабочему столу, на сетевой адрес, предоставленный вашим интернет-провайдером.
3. Как только маршрутизатор получает данные веб-сайта, он переключает IP-адрес обратно на ваш локальный адрес и отправляет его на ваш рабочий стол.

Это происходит для каждого пакета данных, который вы отправляете через Интернет!

Теперь давайте объясним таблицы ARP или кэш ARP.

Маршрутизаторы и кэширование ARP

Большинство маршрутизаторов имеют кэш ARP или таблицу ARP. Компьютеры тоже используют кэши ARP, но сейчас нас больше интересуют маршрутизаторы.

Кэш ARP — это база данных, которая сопоставляет IP-адреса с MAC-адресами, а затем с портами маршрутизатора.

Что-что? MAC-адрес?

IP-адреса не уникальны. Каждый маршрутизатор в мире может назначить компьютеру один и тот же IP-адрес локальной сети, что может привести к путанице!

IP-адреса также могут быть динамическими, то есть их можно изменить в любое время и по любой причине.

Интернет-протокол преодолевает это, используя MAC-адреса для маршрутизации трафика.

MAC-адрес, адрес управления доступом к среде, является действительно уникальным идентификатором.

MAC-адрес выглядит так : 2C:F0:5D:98:45:0C . Как тот, что обведен красной рамкой на изображении ниже.

Каждая сетевая карта или чип (для телефонов и планшетов) в мире имеет совершенно уникальный MAC-адрес. Его также называют «прошитым» адресом, поскольку он запрограммирован на заводе и не может быть изменен.

Маршрутизатор использует ARP (протокол разрешения адресов) для определения MAC-адреса каждой сетевой карты или чипа, подключенного к нему, и создает базу данных, называемую таблицей или кешем ARP.

Эта база данных сопоставит конкретный MAC-адрес с IP-адресом, чтобы знать, куда направлять трафик.

Если устройство использует проводное соединение, маршрутизатор также запишет номер порта, к которому оно подключено.

Порт — это физический порт Ethernet на маршрутизаторе. Если вы проверите свои, то увидите, что все они пронумерованы. Это номер порта.

Маршрутизаторы используют номера портов, чтобы отправлять трафик на нужное устройство, не отправляя его также на все остальные устройства.

Кэш ARP будет выглядеть примерно так:

‘ Desktop0 = 2C:F0:5D:98:45:0C = Port0 = 192.168.222.111 .

Технически это не выглядит так, но вы поняли идею.

Маршрутизатор поддерживает таблицу, поэтому он знает, что любой сетевой трафик от 192.168.222.111 исходит от устройства, имеющего сетевое устройство с MAC-адресом 00:00:5e:00:53:af.

Маршрутизатор также знает, что любой интернет-трафик, предназначенный для Desktop0, должен отправляться только через port0, а не куда-либо еще.

Все еще с нами?

Вот разбивка того, как все это работает:

1. Ваш интернет-провайдер назначает сетевой IP-адрес вашему широкополосному маршрутизатору.
2. Ваш маршрутизатор определяет, какие устройства к нему подключены, и назначает каждому локальный IP-адрес.
3. Маршрутизатор создает кэш ARP, который сопоставляет IP-адреса с уникальными MAC-адресами и портами.
4. Когда вы выходите в Интернет с устройства, маршрутизатор переключает ваш локальный IP-адрес на свой сетевой адрес с помощью преобразования сетевых адресов, чтобы вы могли использовать широкополосный доступ.
5. Когда он получает трафик, маршрутизатор переключает IP-адрес обратно и перенаправляет его на ваше устройство, используя сопоставленный порт.
6. Все это происходит за миллисекунды, поэтому вы никогда ничего об этом не знаете.

Кэширование ARP — это функция IPv4. Когда IPv6, наконец, вступит во владение, он будет использовать NDP, протокол обнаружения соседей. Хотя работает примерно так же.

Как все это работает на практике?

Ну это все теория, а как все это работает в жизни?

Давайте рассмотрим пример того, как маршрутизатор узнает, что находится в его сети:

1. Вы включаете маршрутизатор с широкополосным соединением. Маршрутизатор отправляет пинг вашему интернет-провайдеру, чтобы объявить, что он доступен
2. Интернет-провайдер проверяет соединение, проверяет, являетесь ли вы платным клиентом, и выделяет IP-адрес, чтобы вы могли пользоваться Интернетом.
3. Маршрутизатор проверяет, может ли он использовать этот IP-адрес.
4. Затем маршрутизатор отправляет широковещательное сообщение через каждый порт, в котором говорится что-то вроде «Привет, есть кто-нибудь». Если да, пришлите мне свой MAC-адрес, чтобы мы могли поболтать».
5. Каждое устройство в сети слышит сообщение и отвечает: «Привет! Я Desktop0 и мой MAC-адрес 2C:F0:5D:98:45:0C. Подключаемся!
6. Маршрутизатор вводит MAC-адрес и порт, к которому он подключен, в таблицу ARP. Он также проверяет, какие IP-адреса доступны, и выделяет один
7. Каждое устройство теперь может получить доступ к Интернету через маршрутизатор

Да, это довольно сложно, но большая часть этого происходит за кулисами. Ваш маршрутизатор и интернет-провайдер позаботятся о большинстве этих задач, даже если вы об этом не узнаете.

Краткое изложение того, как вы получаете IP-адрес

Вот краткий обзор того, как назначаются IP-адреса:

• Адреса сетевого уровня назначаются вашим провайдером.
• Локальные IP-адреса назначаются вашим маршрутизатором
• Ваш маршрутизатор сопоставляет локальные IP-адреса с портом маршрутизатора (для проводных подключений) и устройствами, использующими кэш ARP.
• Кэш ARP сопоставляет MAC-адрес вашей сетевой карты с назначенным вам IP-адресом.
• Маршрутизатор использует преобразование сетевых адресов для изменения локального IP-адреса на собственный IP-адрес, чтобы он мог отправлять и получать трафик через Интернет.
• Затем маршрутизатор переводит трафик обратно на локальные IP-адреса и перенаправляет его на ваше устройство.

IP-адресация и просмотр веб-страниц

Как вы теперь знаете, устройства используют MAC-адреса и IP-адреса для связи друг с другом.

Так почему бы нам не ввести IP-адреса в наш веб-браузер, чтобы посетить веб-сайт?

Вы могли бы, если бы захотели, но можете ли вы представить, что запоминаете десятки IP-адресов только для того, чтобы посещать ваши любимые сайты?

Мы тоже не можем, поэтому и был изобретен DNS.

Доменные имена были введены для того, чтобы их можно было запомнить. Их можно было покупать и продавать, брендировать и изобретать все более сложные доменные имена.

Но в конце концов серверы используют IP-адреса для связи.

Так как же ваш браузер узнает, что ввод www.google.com в строке URL означает, что ему нужно перейти на веб-сервер по адресу 172.217.14.206?

Использование ДНС.

Каждое доменное имя связано с определенным IP-адресом.

DNS и IP-адресация

Эта связь осуществляется через систему доменных имен (DNS). DNS похож на адресную книгу для доменных имен.

Думайте об этом как об огромном кеше ARP, содержащем миллионы доменов и их IP-адресов.

Например, веб-сайт www.amazingwebsitename.com может иметь IP-адрес веб-сервера 62.62.621.621.

Таким образом, запись DNS может выглядеть так:

www.amazingwebsitename.com = 62.62.621.621

Это не будет выглядеть точно так, но так оно и работает.

Существует два типа DNS-серверов: авторитетный DNS и рекурсивный DNS.

Авторитетный DNS-сервер

Авторитетные DNS-серверы — это центральные серверы, принадлежащие крупным интернет-компаниям, таким как Google, Cloudflare и другим.

Это мощные серверы, которые поддерживают точные записи DNS для миллионов веб-сайтов.

Рекурсивный DNS-сервер

Рекурсивный DNS-сервер обычно принадлежит вашему интернет-провайдеру. Он будет поддерживать тысячи, возможно, миллионы собственных записей.

Он будет запрашивать авторитетный DNS-сервер, если не сможет найти то, что ищет.

DNS, IP-адреса и просмотр веб-страниц

Когда вы пытаетесь получить доступ к веб-сайту, вы вводите доменное имя в строке URL.

Ваш маршрутизатор запрашивает DNS для поиска IP-адреса веб-сервера, на котором размещен веб-сайт.

1. Если DNS вашего интернет-провайдера имеет запись, он возвращает IP-адрес веб-сервера в ваш браузер.
2. Затем ваш браузер запрашивает посещение этого IP-адреса. Ваш маршрутизатор ищет адрес, видит, что он не подключен, и запрашивает маршрутизатор вашего интернет-провайдера.
3. Этот маршрутизатор проверяет, подключен ли этот IP-адрес. Если да, то это связывает вас.
4. Если это не так, он запрашивает основной маршрутизатор глубоко в Интернете, чтобы узнать, где находится этот IP-адрес.
5. Основной маршрутизатор знает, где находится этот IP-адрес, и отправляет сообщение обратно на ваш маршрутизатор.
6. Ваш маршрутизатор передает эту информацию, и ваш браузер переходит непосредственно к веб-серверу, на котором размещен этот веб-сайт.

Сайт загружается и все довольны.

Если DNS вашего интернет-провайдера не имеет записи, он запросит ее у своего ближайшего авторитетного DNS-сервера.

Если он есть на этом сервере, ваш сервер интернет-провайдера сообщает вашему браузеру и сохраняет свою собственную копию этой записи, чтобы в следующий раз сэкономить усилия.

Обычно имеется только один или два DNS-запроса, но иногда ближайшему полномочному серверу необходимо обратиться к другому полномочному серверу.

Теоретически это будет продолжаться до тех пор, пока один из них не найдет запись!

Все это происходит за считанные секунды и останется незамеченным для большинства пользователей сети.

Как видите, здесь происходит два разных запроса.

Во-первых, поиск DNS, когда ваш маршрутизатор пытается найти IP-адрес введенного вами доменного имени.

Во-вторых, поиск IP-адреса, где находится ваш маршрутизатор через вашего интернет-провайдера и основные маршрутизаторы, попытайтесь определить, где в мире находится веб-сервер для этого домена.

Все это происходит в течение секунды или двух, несмотря на то, что расстояния часто составляют тысячи миль.

Краткое изложение IP-адресации и просмотра веб-страниц

Вот краткий обзор IP-адресации и просмотра веб-страниц:

• Несмотря на то, что серверы используют MAC- и IP-адреса, людям нравятся доменные имена.
• DNS (система доменных имен) сопоставляет доменные имена с IP-адресом веб-сервера, на котором размещен веб-сайт.
• Каждый раз, когда вы вводите доменное имя в свой браузер, он через ваш маршрутизатор запрашивает DNS, чтобы узнать, куда идти.
• У вашего интернет-провайдера будет рекурсивный DNS-сервер с большим количеством сопоставленных адресов.
• Такие компании, как Google и Cloudflare, используют крупные авторитетные DNS-серверы.
• Запросы выполняются за кулисами и невидимы для пользователей.
• Как только ваш маршрутизатор получит IP-адрес веб-сервера, он должен отправить еще один запрос, чтобы попытаться найти его.
• Этот запрос будет отправлен по цепочке на основные маршрутизаторы сети, пока кто-нибудь не узнает, где находится этот сервер.
• После обнаружения ваш маршрутизатор будет отправлять весь трафик на этот веб-сервер для загрузки запрошенной вами страницы.

Вывод

IP-адресация — обширная и часто сложная тема. Тем не менее, это имеет решающее значение для того, как мы используем Интернет и управляем веб-сайтами.

Хотя вам не нужно понимать, как работают IP-адреса, чем больше вы информированы, тем больше у вас возможностей устранять проблемы и удивлять своих друзей своими знаниями!

Кроме того, если вы управляете веб-сайтами, всегда полезно знать, как на самом деле посетители попадают на ваш сайт, не так ли?

Достаточно ли подробно мы рассмотрели IP-адресацию? У вас есть вопросы? Поделитесь своими мыслями в комментариях ниже!