IP-адреса и маски

Как вы думаете можно ли отследить компьютер, с которого вышли в Интернет?

Можно ли узнать о компьютере, работающем в Интернете из какой он страны и из какого региона? Думаю вы сталкивались с такими ситуациями в жизни или в фильмах, где кто-то утверждал, что сможет обнаружить ваш компьютер по IP-адресу. Давайте узнаем возможно ли это.

Приведем такой пример:

Для отправки письма по почте необходимо указать точный адрес получателя, включая область, город, улицу, номер дома и квартиру. Аналогично, IP-адрес компьютера является его адресом в сети, необходимым для передачи информации. Без указания IP-адреса невозможно передать данные конкретному устройству.

Основные понятия

IP-адрес – это уникальный идентификатор, который используется для отправки и получения данных между устройствами в сети. Пример IP-адреса: 123.45.67.89

Узел — это индивидуальное устройство, которое имеет возможность подключения к сети и обмена данными с другими узлами. Это может быть как персональный компьютер или смартфон, так и устройства более высокого уровня, такие как коммутаторы и маршрутизаторы. Узел играет ключевую роль в обеспечении связи и передачи информации в сети, что делает его неотъемлемой частью любой сетевой инфраструктуры. IP-адрес может быть назначен устройству независимо от размера сети, к которой оно подключено – это может быть как глобальный доступ в Интернет, так и локальная сеть с несколькими устройствами.

Структура IP-адреса

IP-адрес – это уникальная последовательность двоичных цифр, состоящая из 32 бит, которые в свою очередь делятся на четыре группы по 8 бит, образуя октеты.

Октет — это одна из восьми частей IP-адреса, каждая из которых состоит из одного байта и служит для уникальной идентификации компьютера в сети.

IP-адрес в 32-разрядном виде: 00001010.00000000.00000010.00001111

IP-адрес при записи в десятичной форме: 10.0.2.15 – привычная форма записи для нас. В этой форме IP-адрес состоит из 4 чисел от 0 до 255. Например, вам может встретиться такое задание:

Из имеющихся частей, представленных в таблице, восстановите и правильно запишите IP-адрес.

Ответ:ACBD

Но последние номера IP-адреса не могут принимать значения 0, 63, 64, 127, 128, 191, 192 и 255, то есть адреса, которые состоят только из единиц или нулей, не используются для адресации сетевых узлов. Например, 255₁₀=11111111₂

Важно отметить, что каждый компьютер имеет уникальный IP-адрес, но один узел может иметь несколько IP-адресов. На данный момент существуют две основные версии IP-адресов: IPv4 и IPv6. IPv4 был введен в 1981 году и использует 32-битные адреса, что сделало его самым популярным протоколом в сети. Пример такого адреса: 123.45.67.89. 

Все было хорошо до определенного момента, а именно до того пока устройств на планете не стало больше чем возможных адресов. Здесь произошел взрыв и IPv4 сказал: “хватит с меня, я уже не могу дарить свои последние адреса”. Несмотря на то, что в IPv4 возможных адресов более четырех миллиардов, этого не хватает на покрытие всех устройств, выходящих в сеть. В 1996 году была разработана новая версия — IPv6, чтобы решить проблему нехватки доступных IP-адресов путем увеличения их количества. IPv6 имеет адреса длиной 128 бит, что обеспечивает больше возможных комбинаций, чем IPv4 в 1028 раз. Это делает IPv6 более уникальным и обеспечивает большую вариативность адресов. Пример такого IP-адреса: 

2001:0DB8:1234:5678:9ABC:DEF0:1234:5678.

Для оценки масштабности шестой версии IP, давайте проанализируем количество возможных адресов. Например, в IPv4 используется 32-битный адрес. Это означает, что каждый из 32 бит может принимать два возможных значения — 0 или 1.

Таким образом количество адресов в четвертой версии равно 2³²  или 4 294 967 296, а в шестой версии доступно 79 228 162 514 265 337 593 543 950 336 адресов. Этого пока должно хватить.

Классы IP-адресов

Существует пять классов IP-адресов: A, B, C, D и E. Различаются они по количеству выделенных битов на номер сети и имя хоста. Класс A имеет 8 бит для номера сети и 24 бита для имени хоста, класс В — 16 и 16 битов соответственно, а класс С — 24 и 8 битов. Класс D представляет собой специализированный инструмент для отправки сообщений одновременно нескольким адресатам, обладая возможностью массовой рассылки информации. А класс E является зарезервированным и в настоящее время не используется.

Виды IP-адресов

Существует два вида IP-адресов: 

1. Внутренние IP-адреса
2. Внешние IP-адреса

Внутренние или частные IP-адреса не используются в сети Интернет. К внутренним относятся адреса, используемые в локальных сетях. Доступ к внутреннему IP-адресу можно получить лишь в пределах локальной подсети. К частным относятся IP-адреса, значения которых лежат в следующих 

диапазонах:

• 10.0.0.0 – 10.255.255.255
• 172.16.0.0 – 172.31.255.255
• 192.168.0.0 – 192.168.255.255

IP-адреса присваиваются провайдерам.

Провайдер – это организация, предоставляющая услуги доступа к интернету и другие сетевые услуги.

Внешние или публичные IP-адреса используются для связи с другими устройствами в интернете и отличаются своей уникальностью на глобальном уровне. Как уже говорилось невозможно существование двух идентичных IP-адресов. Они позволяют устройствам быть видимыми из любой точки мира. Например, сетевой компонент получает внешний IP-адрес для обмена данными с другими компьютерами в Интернете, в то время как внутренние IP-адреса компьютеров в локальной сети используются только внутри этой сети и не могут напрямую иметь выход к глобальной сети. Внешний IP-адрес может быть как статическим, так и динамическим, что влияет на способы взаимодействия с другими устройствами в Интернете.

Статический IP-адрес устанавливается в настройках устройства или предоставлен провайдером и останется постоянным, неизменным для данного устройства, не подлежащим изменениям в будущем.

Динамический IP-адрес предоставляется провайдером на ограниченный период времени, после чего он автоматически меняется. Если вы хотите узнать, какой тип IP-адреса у вашего компьютера, вы можете воспользоваться специальными онлайн-сервисами. Если вы каждый раз заходите на сайт и видите один и тот же IP-адрес, то скорее всего у вас статический IP. В случае, если IP-адрес меняется, это означает, что у вас динамический IP-адрес.

Маски сети

IP-адрес назначается в соответствии с местоположением узла в определенном сегменте. Если узел перемещается в иной сегмент, то IP-адрес должен измениться. Определение границ сегментов осуществляется маршрутизаторами. Компьютерная сеть становится единым сегментом при подключении к коммутатору. Все компьютеры в данном сегменте имеют общую часть IP-адреса — номер сегмента. Вторая часть IP-адреса будет представлена номером устройства в данном сегменте. Из-за чего IP-адрес разделяется на две части, и вместе с ним указывается маска подсети. В основном в различных сегментах сети применяется одна и та же маска подсети для определения диапазона IP-адресов.

Таким образом, помимо IP-адреса компьютеров существует также маска подсети, определяющая границы конкретной подсети. Эта маска разделяет IP-адрес на части, указывая, какая из них относится к самой сети, а какая к конкретному устройству в данной сети. Следовательно, маска подсети является ключевым элементом, который отличает два разных адреса. Адрес относящийся к сети и адреса устройства.

Маска сети занимает также 4 группы по 8 бит, как и IP-адрес. В данной последовательности нули и единицы не могут чередоваться — сначала всегда идут единицы, а затем нули. Например, маска не должна выглядеть следующим образом:

300.255.255.0 = 100101100.11111111.11111111.00000000.

То как маска должна выглядеть:

255.255.255.240 = 11111111.11111111.11111111.11110000.

Маска IP-адреса помогает выделить часть адреса, относящуюся к сети, и часть, относящуюся к конкретному устройству в этой сети.

Например, рассмотрим следующий IP-адрес:123.45.67.89. 

Адрес сети здесь равен 123.45.67, а 89 – это номер устройства.

Чтобы определить количество компьютеров в сети, сначала мы преобразуем данные и запишем их с помощью нулей и единиц. Затем мы ищем в маске сети количество нулей. После этого мы их считаем и используем его в формуле для вычисления количества компьютеров.

Формула для нахождения количества компьютеров в сети: K = 2ⁿ – 2, где n – количество нулей.

Рассмотрим такой пример: 

Маска сети: 255.255.255.240. 

При переводе она будет равна: 11111111.11111111.11111111.11110000. 

В конце у нас 4 нулей, значит подставив в формулу количество компьютеров в сети будет равно 2⁴ – 2 = 16 — 2 = 14

Чтобы выяснить номер компьютера в сети нам потребуется знать маску подсети и IP-адрес. Например:

IP-адрес: 145.92.137.88

Маска сети: 255.255.255.240. 

Сначала мы конвертируем маску подсети и IP-адрес в двоичное представление.

IP-адрес: 10010001.01011100.10001001.01011000

Маска сети: 11111111.11111111.11111111.11110000

 В маске у нас в конце 4 нуля, значит мы берем 4 значения с конца в IP-адресе. Это равно 1000. Следующий шаг – это число необходимо перевести обратно в десятичную систему. 1000₂= 8₁₀

Значит номер компьютера в сети – 8.

И последнее, что мы можем найти используя IP-адрес и маску сети – это адрес подсети. Как его находить? Возьмем данные с предыдущей задачи, где

IP-адрес: 10010001.01011100.10001001.01011000

Маска сети: 11111111.11111111.11111111.11110000

Нам необходимо применить побитовое умножение, то есть каждый элемент IP-адреса умножить на каждый элемент маски сети.

   10010001.01011100.10001001.01011000

х

   11111111.11111111.11111111.11110000

   10010001.01011100.10001001.01010000 = 145.92.137.80

Адрес 145.92.137.80, полученный в результате логического умножения, называется адресом подсети.

Вывод

IP-адреса и маски сети играют значительную роль в организации сетевой инфраструктуры, определяя адреса устройств и обеспечивая сегментацию сети. Понимание и корректное применение этих концепций необходимо для успешной работы современных компьютерных сетей.

При определении местоположения через IP-адрес могут быть ограничения в точности. Например, IP способен указывать на расположение провайдера интернет-услуг, а не на точную локацию компьютера. В результате использование IP-адреса для точного определения местоположения может быть неполным или неточным. Таким образом, несмотря на то, что IP-адрес может дать общее представление о местонахождении компьютера, его использование для точного определения местоположения может оставаться ограниченным.

Фактчек

• С помощью IP-адресов устройства в сети могут идентифицировать друг друга и обмениваться данными.
• Существует две основные версии протоколов Интернета: IPv4 и IPv6. IPv4 использует 32-битные адреса, в то время как IPv6 использует 128-битные адреса.
• Маска сети определяет, какая часть IP-адреса относится к сети, а какая – к устройствам в этой сети.
• Маска сети состоит из последовательности единиц, за которыми следует последовательность нулей.

Задания для самопроверки:

Задание 1

Какие две версии IP-адресов существует на сегодняшний день?

1. IPv4, IPv6
2. IPv4, IPv5
3. IPv1, IPv2
4. IPv4v1, IPv4v2

Задание 2

Определите диапазон, к которому относятся частные IP-адреса

1. 0.0.0.0 — 127.255.255.255
2. 128.0.0.0 — 191.255.255.255
3. 172.16.0.0 — 172.31.255.255
4. 240.0.0.0 — 247.255.255.255

Задание 3

Составьте правильно IP-адрес:

Ответы: 1 – 1; 2 – 3; 3 – DCAB.