Что такое IPv4: полное руководство по протоколу, на котором держится интернет

Что такое IPv4

Что такое IPv4 — это фундаментальный протокол, который лежит в основе работы всего современного интернета. Если говорить простыми словами, IPv4 (Internet Protocol version 4) — это система уникальных числовых адресов, которые присваиваются каждому устройству, подключенному к сети, будь то ваш компьютер, смартфон или даже умный холодильник. Этот уникальный идентификатор позволяет устройствам находить друг друга и обмениваться данными. Представьте его как почтовый адрес для вашего гаджета в огромном цифровом мире: без него пакеты информации просто не будут знать, куда им отправляться.

Каждый IPv4-адрес представляет собой 32-битное число, но для удобства восприятия человеком его записывают в виде четырех десятичных чисел, разделенных точками. Каждое из этих чисел находится в диапазоне от 0 до 255. Такой формат называется десятично-точечной нотацией.

Пример типичного IPv4-адреса: 192.168.1.1 или 8.8.8.8. Именно по таким координатам происходит вся коммуникация в глобальной паутине.

Структура и принципы работы

Как уже упоминалось, адрес состоит из 32 бит. Это двоичное число, которое для простоты разделяют на четыре блока по 8 бит каждый. Эти блоки называют октетами. Каждый октет затем преобразуется в десятичное число. Например, IP-адрес 192.168.1.1 в двоичной системе будет выглядеть так: 11000000.10101000.00000001.00000001. Компьютеры оперируют именно двоичными значениями, а десятичная запись создана для удобства сетевых администраторов и пользователей.

Каждый такой идентификатор состоит из двух логических частей:

Идентификатор сети (Network ID): Указывает, к какой конкретной сети принадлежит устройство. Все компьютеры в одной локальной сети будут иметь одинаковую первую часть своего IP.

Идентификатор хоста (Host ID): Указывает на конкретное устройство (хост) внутри этой сети. Эта часть является уникальной для каждого гаджета в пределах одной подсети.

Разделение на эти две части определяется так называемой маской подсети. Маска — это еще одно 32-битное число, которое помогает маршрутизаторам и компьютерам понять, какая часть IP относится к сети, а какая — к хосту. Это ключевой механизм для правильной маршрутизации трафика.

Публичные и частные IPv4-адреса

Не все IP-идентификаторы одинаковы. Они делятся на две большие категории: публичные (внешние) и частные (внутренние). Понимание этой разницы помогает разобраться, как устроены домашние и корпоративные сети.

Публичные IP-адреса — это уникальные идентификаторы в масштабах всего интернета. Их выдает интернет-провайдер. Именно по этому адресу ваш роутер виден из глобальной паутины. Сайты, серверы и другие общедоступные ресурсы имеют именно такие внешние идентификаторы. Их количество строго ограничено.
Частные IP-адреса используются внутри локальных сетей (например, у вас дома или в офисе). Они не уникальны в глобальном масштабе и могут повторяться в разных изолированных сетях. Существуют специальные диапазоны, зарезервированные для частного использования.

Самые распространенные диапазоны для частных сетей:

От 10.0.0.0 до 10.255.255.255
От 172.16.0.0 до 172.31.255.255
От 192.168.0.0 до 192.168.255.255

Ваш ноутбук, подключенный к домашнему Wi-Fi, скорее всего, имеет IP из диапазона 192.168.x.x. Но как же он выходит в интернет? Здесь в игру вступает технология NAT.

Технология NAT: как много устройств выходят в сеть через один IP

NAT (Network Address Translation или преобразование сетевых адресов) — это механизм, который позволяет множеству устройств в локальной сети использовать один-единственный публичный IPv4-адрес для выхода в интернет. Ваш домашний роутер как раз и выполняет эту функцию.

Процесс работает так: когда ваш компьютер с частным IP 192.168.1.5 отправляет запрос, например, на google.com, роутер перехватывает этот запрос. Он заменяет частный IP-отправителя на свой собственный публичный IP, запоминает, кто именно отправил запрос, и пересылает его дальше. Когда приходит ответ от Google, роутер выполняет обратное преобразование и доставляет пакет данных именно на ваш компьютер.

Благодаря NAT удалось значительно замедлить исчерпание пула доступных IPv4-адресов, ведь целой компании или многоквартирному дому для выхода в интернет нужен всего один внешний идентификатор.

Проблема исчерпания IPv4-адресов

Протокол IPv4 был создан в те времена, когда никто не мог предсказать взрывной рост интернета и появление миллиардов подключенных устройств. 32-битная структура позволяет создать примерно 4,3 миллиарда уникальных комбинаций. На первый взгляд, это огромное число, но для мира, где у каждого человека по несколько гаджетов, этого оказалось недостаточно.

Еще в 2011 году организация IANA, отвечающая за глобальное распределение IP-адресов, объявила о том, что последний свободный блок был выдан. Региональные регистраторы исчерпали свои запасы чуть позже. Это не значит, что интернет перестал работать. Существующие адреса перераспределяются, продаются и используются повторно, а технология NAT помогает экономить их. Но для дальнейшего роста глобальной сети этого мало. Проблема дефицита стала главной причиной для разработки и внедрения нового протокола.

IPv6 — решение проблемы и будущее интернета

На смену четвертой версии пришел протокол IPv6 (Internet Protocol version 6). Его главное отличие — использование 128-битных адресов вместо 32-битных. Это обеспечивает практически неисчерпаемый запас уникальных идентификаторов. Количество возможных IPv6-адресов настолько велико, что его трудно даже представить: 340 ундециллионов (это 340 с 36 нулями). Этого хватит, чтобы присвоить уникальный IP каждой песчинке на Земле.

Пример IPv6-адреса: 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334. Как видно, он длиннее и использует шестнадцатеричную систему счисления.

Несмотря на очевидные преимущества, переход на IPv6 происходит медленно. Причины этого:

Отсутствие обратной совместимости. Устройства с IPv4 и IPv6 не могут общаться друг с другом напрямую. Для этого нужны специальные шлюзы и туннели.
Затраты на обновление. Провайдерам и компаниям необходимо обновлять сетевое оборудование и программное обеспечение.
Эффективность NAT. Технология NAT настолько хорошо справляется со своей задачей, что у многих нет острой необходимости в срочном переходе.

Тем не менее, внедрение IPv6 продолжается. Большинство современных операционных систем и устройств поддерживают оба протокола одновременно, обеспечивая плавный переходный период.

Как узнать свой IPv4-адрес?

Узнать свой IP-идентификатор довольно просто. Важно различать внутренний (частный) и внешний (публичный) адреса.

Внешний IP: Самый простой способ — зайти на любой специализированный сайт, например, 2ip.ru или whatismyip.com. Браузер отправит запрос с вашего публичного адреса, и сайт его покажет.
Внутренний IP:
- Windows: Откройте командную строку (cmd) и введите команду ipconfig. Найдите строку «IPv4-адрес» в информации о вашем сетевом подключении.
- macOS: Откройте «Системные настройки» → «Сеть», выберите активное подключение (Wi-Fi или Ethernet), и ваш локальный IP будет указан там.
- Linux: В терминале введите команду ifconfig или ip a.

Знание своего IP может понадобиться для настройки сетевого оборудования, организации удаленного доступа или диагностики проблем с подключением. IPv4 остается краеугольным камнем интернета, и понимание его принципов работы помогает лучше ориентироваться в мире цифровых технологий.

IP-адрес Протокол Интернет

Что такое IPv4: полное руководство по протоколу, на котором держится интернет