W dzisiejszych czasach praktycznie każde urządzenie jest podłączone do Internetu lub sieci lokalnej, począwszy od telefonu, komputera po lodówki i pralki. Dzisiaj nawet czajnik może być wyposażony w moduł wifi.
Żadne z tych urządzeń nie mogłoby jednak poprawnie komunikować się z siecią bez jednej kluczowej rzeczy – adresu IP.
W tym artykule wyjaśnimy:
- czym jest adres IP,
- jak działa protokół IP,
- jakie są rodzaje adresów IP,
- oraz czym charakteryzuje się IPv4.
Zacznijmy od podstaw.
Czym jest adres IP?
Adres IP (Internet Protocol Address) to unikalny identyfikator przypisany do każdego urządzenia podłączonego do sieci komputerowej – zarówno sieci lokalnej (LAN), jak i Internetu.
Mówiąc prościej:
👉 adres IP identyfikuje urządzenie w sieci i umożliwia przesyłanie danych między innymi urządzeniami.
Adresy IP pozwalają odróżnić od siebie m.in.:
- komputery,
- smartfony,
- drukarki,
- routery,
- serwery.
Adres IP można porównać do adresu mieszkania. Każde mieszkanie ma unikalny adres, dzięki czemu listonosz wie, gdzie dostarczyć przesyłkę. Podobnie jest w Internecie – aby dane mogły trafić do Twojego urządzenia, musi ono posiadać adres IP.
Jak działa protokół IP?
Protokół IP jest protokołem bezpołączeniowym, co oznacza, że:
- nie sprawdza, czy pakiety danych dotarły do celu,
- nie gwarantuje integralności danych.
Za kontrolę poprawności transmisji odpowiadają protokoły warstwy transportowej (np. TCP).
Głównym celem protokołu IP jest szybkie i efektywne przesyłanie pakietów danych.
Kto zarządza adresami IP?
Globalnym zarządzaniem adresami IP zajmuje się organizacja Internet Assigned Numbers Authority (IANA).
IANA:
- przydziela pule adresów IP,
- przekazuje je do 5 regionalnych rejestrów internetowych (RIR),
- a te z kolei rozdzielają adresy dostawcom Internetu (ISP) oraz organizacjom i użytkownikom końcowym.
Czym jest adres IPv4?
IPv4 (Internet Protocol version 4) to najczęściej używana wersja protokołu IP. Jedną z jego mocnych stron jest kompatybilność z istniejącą infrastrukturą sieciową, co oznacza, że można go łatwo zintegrować z istniejącymi sieciami. Jest również szeroko wspierany przez systemy operacyjne i sprzęt sieciowy, co czyni go niezawodnym wyborem do komunikacji sieciowej.
Adres IPv4:
- ma 32 bity,
- zapisywany jest jako cztery liczby oddzielone kropkami,
- każda liczba mieści się w zakresie 0–255.
Przykład adresu IPv4
192.168.20.10/24
Każdą sieć można podzielić na podsieci. Dlatego adres IP składa się z:
- części sieciowej
- części hosta
Podział ten określa maska podsieci, która wskazuje, które bity identyfikują sieć, a które konkretne urządzenie znajdujące się w tej sieci.
Prefix – zapis po ukośniku
Często spotkasz taki zapis maski podsieci:
- /8
- /16
- /24
Jest to tzw. prefix, czyli liczba bitów ustawionych na 1 w masce podsieci.
Przykłady masek podsieci
- /8 → 255.0.0.0
- /16 → 255.255.0.0
- /24 → 255.255.255.0
Na przykład, jeśli maska podsieci to 255.255.255.0, pierwsze trzy oktety identyfikują sieć, a czwarty oktet identyfikuje hosta. Dzięki maskom podsieci administratorzy mogą dzielić sieci na mniejsze podsieci, co pozwala na efektywniejsze zarządzanie adresami IP.
Dzielenie sieci na podsieci nie jest częścią tego artykułu, zainteresowanych odsyłam do tego filmu z kanału pasji informatyki, bo jest to bardzo ważna rzecz do opanowania.
Rodzaje adresów IP
Adresy IP można podzielić na kilka podstawowych kategorii.
Statyczne adresy IP
Są to adresy przypisane ręcznie przez administratora, inaczej mówiąc statycznie. Po przypisaniu takiego adresu pozostaje on przez cały czas taki sam, nie zmienia automatycznie. Powody przypisania takiego adresu mogą być różne. Najczęstszym z nich może być fakt, że niektóre urządzenia powinny mieć przypisane na stałe jeden adres, przykładowo router czy drukarka. Urządzenia te powinny być stale widoczne w sieci pod tym samym adresem w przeciwnym wypadku może wystąpić problem, gdy będziemy chcieli się z nimi skomunikować.
Dynamiczne adresy IP
W przeciwieństwie do adresów statycznych te adresy IP zmieniają się regularnie i automatycznie. Najpopularniejszym przykładem usługi zapewniającej tego typu adresacje jest serwer DHCP. Serwer ten pozwala na skonfigurowanie puli adresów, z której podłączone do sieci urządzenia będą dzierżawiły dane adresowe. Adresy IP mogą być przydzielane na określony przez administratora czas, po którego wygaśnięciu klient musi się zgłosić o ponowne przydzielenie adresu.
Ważną sprawą jest fakt, że klienci korzystają z tego adresu do czasu, gdy są podłączeni do Internetu. W momencie restartu komputera często się zdarza, że urządzenie otrzymuje inny adres. Dzieje się to automatycznie, lecz można skonfigurować tak usługę DHCP, aby każdorazowo dane urządzenie otrzymywało ten sam adres. Innymi słowy, zarezerwować określony adres dla danego komputera.
Adresy publiczne
Są to unikalne adresy przypisane do urządzeń, które są dostępne w publicznej sieci Internet. Adresy te są unikalne w skali świata, tylko jedno urządzenie może mieć przypisany dany adres. Publiczne adresy IP są używane przez serwery, strony internetowe i inne urządzenia, które muszą być dostępne z dowolnego miejsca w Internecie.
Adresy prywatne
Są to adresy przypisane do urządzeń w sieciach prywatnych, które nie są dostępne z publicznego Internetu. Prywatne adresy IP są zwykle używane przez sieci lokalne (LAN) w domach i firmach.
Adresy te są unikalne, ale tylko w obrębie jednej sieci LAN, w innej sieci dany adres może się powtórzyć. Aby móc korzystać z globalnej sieci, adresy prywatne są zamieniane na publiczne dzięki usłudze NAT. Innymi słowy jeśli korzystamy z sieci lokalnej to dla usług i użytkowników w Internecie jesteśmy widoczni pod adresem publicznym.
Zakresy prywatnych adresów IP
- 10.0.0.0 – 10.255.255.255 (/8)
- 172.16.0.0 – 172.31.255.255 (/12)
- 192.168.0.0 – 192.168.255.255 (/16)
- 127.0.0.1 – loopback (localhost) – Adres komputera lokalnego używanego do przekazywania pakietów wychodzących z powrotem do komputera źródłowego.
- 169.254.0.0 – APIPA – Są przydzielane przez klienta DHCP w przypadku braku dostępnych serwerów DHCP.
Rodzaje transmisji IPv4
- Unicast – Rodzaj tej komunikacji jest używany do kontaktu jednego urządzenia z drugim.
- Multicast – Transmisja multicastowa zmniejsza ruch, umożliwiając jednemu urządzeniu wysłanie pojedynczego pakietu do wybranego zestawu urządzeń należącej do danej grupy multicastowej. IPv4 zarezerwował adresy 224.0.0.0 do 239.255.255.255 jako zakres multicastów.
- Broadcast – Jest to adres rozgłoszeniowy. Polega na wysłaniu przez jeden port pakietów do wszystkich komputerów podłączonych do innych portów w danej sieci. W sieci lokalnej Ethernet w warstwie łącza danych broadcastem jest adres MAC, którego wszystkie bity mają wartość 1 (FF-FF-FF-FF-FF-FF).
Klasy adresów IPv4
IPv4 Wykorzystuje w sumie pięć klas adresów 32-bitowych do komunikacji: A, B, C, D i E. Spośród nich klasy A, B i C mają różną długość bitową, pokrywają się one z listą wcześniej wymienionych adresów prywatnych.
- Klasa A – duże sieci (0–127, maska 255.0.0.0)
- Klasa B – średnie sieci (128–191, maska 255.255.0.0)
- Klasa C – małe sieci (192–223, maska 255.255.255.0)
- Klasa D – służy do multicastu, czyli do transmisji grupowych. Mieści się ona w zakresie 224.0.0.0 – 239.255.255.255.
- Klasa E – zarezerwowana do celów badawczych. Klasa ta wykorzystuje zakres adresów od 240.0.0.0 – 255.255.255.255.
Podsumowanie
Adres IP i protokół IPv4 są fundamentem działania Internetu. To dzięki nim urządzenia mogą:
- identyfikować się w sieci,
- wymieniać dane,
- korzystać z usług online.
Głównym ograniczeniem IPv4 jest 32-bitowa przestrzeń adresowa, która oferuje ok. 4,3 miliarda adresów — liczba ta nie wystarcza w erze IoT i miliardów urządzeń.
Rozwiązaniem jest IPv6, który oferuje znacznie większą przestrzeń adresową. Omówię go w kolejnym artykule.
