Hur fungerar IP-adresser?

Varje enhet som är ansluten till en nätverksdator, surfplatta, kamera, vad som helst, behöver en unik identifierare så att andra enheter vet hur de ska nås. I världen av TCP / IP-nätverk är den identifieraren Internet Protocol (IP) -adressen.

Om du har arbetat med datorer under en viss tid har du antagligen blivit utsatt för IP-adresser - de numeriska sekvenser som ser ut som 192.168.0.15. För det mesta behöver vi inte hantera dem direkt, eftersom våra enheter och nätverk tar hand om det där bakom kulisserna. När vi måste ta itu med dem följer vi ofta instruktioner om vilka nummer som ska sättas var. Men om du någonsin velat dyka lite djupare in i vad dessa siffror betyder är den här artikeln för dig.

Varför ska du bry dig? Tja, det är viktigt att förstå hur IP-adresser fungerar, om du någonsin vill felsöka varför ditt nätverk inte fungerar rätt, eller varför en viss enhet inte ansluter hur du förväntar dig det. Och om du någonsin behöver konfigurera något lite mer avancerat - som värd för en spelserver eller mediaserver som vänner från internet kan ansluta - behöver du veta något om IP-adressering. Dessutom är det lite fascinerande.

Obs! Vi kommer att täcka grunderna för IP-adressering i den här artikeln, vilken typ av saker som människor som använder IP-adresser, men aldrig trodde mycket på dem, kanske vill veta. Vi kommer inte att täcka några av de mer avancerade eller professionella nivåerna, som IP-klasser, klasslös routing och anpassad subnetting ... men vi kommer att peka på några källor för vidare läsning när vi går längs.

Vad är en IP-adress?

En IP-adress identifierar en enhet på ett nätverk. Du har sett dessa adresser innan; de ser ut som 192.168.1.34.

En IP-adress är alltid en uppsättning med fyra nummer så. Varje nummer kan sträcka sig från 0 till 255. Så går hela IP-adresseringsintervallet från 0.0.0.0 till 255.255.255.255.

Anledningen till att varje nummer endast kan nå upp till 255 är att var och en av siffrorna verkligen är ett åtta siffrigt binärt nummer (kallas ibland en oktett). I en oktett skulle numret noll vara 00000000, medan numret 255 skulle vara 11111111, det maximala antalet oktet kan nå. Den IP-adress som vi nämnde tidigare (192.168.1.34) i binär skulle se ut så här: 11000000.10101000.00000001.00100010.

Datorer arbetar med binärformatet, men vi människor tycker det är mycket lättare att arbeta med decimalformatet. Att veta att adresserna faktiskt är binära siffror hjälper oss att förstå varför vissa saker som omger IP-adresser fungerar som de gör.

Oroa dig inte! Vi kommer inte att kasta mycket binär eller matematik åt dig i den här artikeln, så bara bära med oss lite längre.

De två delarna av en IP-adress

En enhetens IP-adress består egentligen av två separata delar:

Nätverks ID: Nätverks-ID är en del av IP-adressen från vänster som identifierar det specifika nätverk som enheten ligger på. I ett typiskt hemnätverk, där en enhet har IP-adressen 192.168.1.34, kommer 192.168.1-delen av adressen att vara nätverks-ID. Det är anpassat att fylla i den saknade slutdelen med en noll, så vi kan säga att nätverks-ID för enheten är 192.168.1.0.
Värd-ID: Värd-ID är den del av IP-adressen som inte tas upp av nätverks-ID. Det identifierar en specifik enhet (i TCP / IP-världen kallar vi enheter "värdar") på det nätverket. Genom att fortsätta vårt exempel på IP-adressen 192.168.1.34 skulle värd-ID vara 34-värdens unika ID på 192.168.1.0-nätverket.

På ditt hemnätverk ser du kanske flera enheter med IP-adress som 192.168.1.1, 192.168.1.2, 192.168.1 30 och 192.168.1.34. Alla dessa är unika enheter (med värd-ID 1, 2, 30 och 34 i det här fallet) på samma nätverk (med nätverks-ID 192.168.1.0).

För att bilda allt detta lite bättre, låt oss vända oss till en analogi. Det är ungefär som hur gatuadresser fungerar inom en stad. Ta en adress som 2013 Paradise Street. Gatunamnet är som nätverks-ID, och husnumret är som värd-ID. Inom en stad kommer inga två gator att vara samma, precis som inga två nätverks-ID på samma nätverk heter samma. På en viss gata är varje husnummer unikt, precis som alla värd-ID inom ett visst nätverks-ID är unika.

Subnetmasken

Så, hur bestämmer din enhet vilken del av IP-adressen som är nätverks-ID och vilken del värd-ID? Därför använder de ett andra nummer som du alltid ser i samband med en IP-adress. Det numret heter subnetmasken.

På de flesta enkla nätverk (som i hem eller småföretag) ser du subnätmasker som 255.255.255.0, där alla fyra siffrorna är antingen 255 eller 0. Positionen för ändringarna från 255 till 0 anger uppdelningen mellan nätverks- och värd-ID. 255-talet "maskerar ut" nätverks-id från ekvationen.

Obs! De grundläggande subnätmaskerna som vi beskriver här är kända som vanliga subnätmasker. Saker blir mer komplicerade än detta på större nätverk. Människor använder ofta anpassade subnätmasker (där positionen av pausen mellan nollor och de skiftar inom en oktett) för att skapa flera delnät i samma nätverk. Det är lite bortom omfattningen av den här artikeln, men om du är intresserad, har Cisco en ganska bra guide på subnetting.

Standard Gateway Adress

Förutom själva IP-adressen och den associerade subnätmasken ser du också en standard gatewayadress som anges tillsammans med IP-adresseringsinformation. Beroende på vilken plattform du använder kan den här adressen kallas något annorlunda. Det kallas ibland routern, routerns adress, standardrutan eller bara "gateway". Dessa är alla samma sak. Det är standard IP-adressen till vilken en enhet skickar nätverksdata när den data är avsedd att gå till ett annat nätverk (ett med ett annat nätverks-ID) än den som enheten är på.

Det enklaste exemplet på detta finns i ett typiskt hemnätverk.

Om du har ett hemnätverk med flera enheter har du antagligen en router som är ansluten till internet via ett modem. Den routern kan vara en separat enhet, eller det kan vara en del av en modem / router-kombinationsenhet som tillhandahålls av din internetleverantör. Routern sitter mellan datorerna och enheterna i ditt nätverk och de mer offentliga enheterna på internet, passerar (eller dirigerar) trafik fram och tillbaka.

Säg att du slår upp din webbläsare och går till www.howtogeek.com. Din dator skickar en begäran till vår webbplatss IP-adress. Eftersom våra servrar är på internet istället för på ditt hemnätverk skickas den trafiken från din dator till din router (gatewayen) och din router vidarebefordrar begäran till vår server. Servern skickar rätt information tillbaka till din router, som sedan ruter informationen tillbaka till den enhet som begärde det, och du ser vår webbplats dyka upp i din webbläsare.

Vanligtvis är routrar konfigurerad som standard för att ha deras privata IP-adress (deras adress på det lokala nätverket) som första värd-ID. Så, till exempel, på ett hemnätverk som använder 192.168.1.0 för ett nätverks-ID, kommer routern vanligen att vara 192.168.1.1. Naturligtvis kan du som de flesta saker konfigurera det för att vara något annat om du vill.

DNS-servrar

Det finns en slutlig del av informationen som du får se utöver en enhetens IP-adress, subnätmask och standardgatewayadress: adresserna på ett eller två standard domännamnssystem (DNS) -servrar. Vi människor arbetar mycket bättre med namn än numeriska adresser. Att skriva www.howtogeek.com i webbläsarens adressfält är mycket enklare än att komma ihåg och skriva in vår webbplatss IP-adress.

DNS fungerar som en telefonbok, tittar på mänskliga läsbara saker som webbplatsnamn och konverterar dem till IP-adresser. DNS gör det genom att lagra all den informationen på ett system med länkade DNS-servrar över internet. Dina enheter måste känna till adresserna på DNS-servrar som de ska skicka sina frågor till.

I ett typiskt litet eller hemnätverk är DNS-serverns IP-adresser ofta desamma som standardgatewayadressen. Enheter skickar sina DNS-frågor till din router, som sedan vidarebefordrar förfrågningarna till vilken DNS-servrar routern är konfigurerad att använda. Som vanliga är det vanligtvis vilka DNS-servrar din ISP tillhandahåller, men du kan ändra de för att använda olika DNS-servrar om du vill. Ibland kan du få bättre framgång med hjälp av DNS-servrar som tillhandahålls av tredje part, som Google eller OpenDNS.

Vad är skillnaden mellan IPv4 och IPv6?

Du kan också ha märkt medan du bläddrar genom inställningar en annan typ av IP-adress, som heter en IPv6-adress. De typer av IP-adresser som vi har pratat om hittills är adresser som används i IP-version 4 (IPv4) -a-protokollet som utvecklades i slutet av 70-talet. De använder de 32 binära bitarna vi pratade om (i fyra oktetter) för att ge totalt 4,29 miljarder möjliga unika adresser. Medan det låter som mycket, var alla offentliga adresser länge sedan tilldelade företagen. Många av dem är oanvända, men de är tilldelade och otillgängliga för allmänt bruk.

I mitten av 90-talet, oroad över den potentiella bristen på IP-adresser, designade Internet Engineering Task Force (IETF) IPv6. IPv6 använder en 128-bitars adress i stället för 32-bitars adress för IPv4, så det totala antalet unika adresser mäts i undecillions-ett tal som är tillräckligt stort för att det osannolikt aldrig kommer att gå tom.

Till skillnad från den prickade decimalnotationen som används i IPv4 uttrycks IPv6-adresser som åtta nummergrupper dividerad med kolon. Varje grupp har fyra hexadecimala siffror som representerar 16 binära siffror (så kallas det en hexet). En typisk IPv6-adress kan se ut så här:

2601: 7C1: 100: ef69: b5ed: ed57: dbc0: 2c1e

Saken är att bristen på IPv4-adresser som orsakade allt bekymmer slutade att mildras i stor utsträckning av ökad användning av privata IP-adresser bakom routrar. Fler och fler personer skapade egna privata nätverk, med de privata IP-adresserna som inte exponeras offentligt.

Så även om IPv6 fortfarande är en stor aktör och övergången fortfarande kommer att hända, hände det aldrig så mycket som förutspådd-åtminstone inte än. Om du är intresserad av att lära dig mer, kolla in denna historia och tidslinje för IPv6.

Hur får en enhet sin IP-adress?

Nu när du vet grunderna om hur IP-adresser fungerar, låt oss prata om hur enheter får sina IP-adresser i första hand. Det finns egentligen två typer av IP-uppdrag: dynamisk och statisk.

En dynamisk IP-adress tilldelas automatiskt när en enhet ansluter till ett nätverk. Den stora majoriteten av nätverk idag (inklusive ditt hemnätverk) använder något som heter DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) för att detta ska ske. DHCP är inbyggt i din router. När en enhet ansluter till nätverket skickar den ett broadcastmeddelande som begär en IP-adress. DHCP avbryter detta meddelande och tilldelar sedan en IP-adress till den enheten från en pool av tillgängliga IP-adresser.

Det finns vissa privata IP-adressområden som routrar kommer att använda för detta ändamål. Vilket som används beror på vem som gjorde din router, eller hur du har ställt upp saker själv. Dessa privata IP-områden inkluderar:

10.0.0.0 - 10.255.255.255: Om du är en Comcast / Xfinity-kund, tilldelar routern som tillhandahålls av din ISP adresser i det här intervallet. Vissa andra Internetleverantörer använder också dessa adresser på sina routrar, liksom Apple på sina AirPort-routrar.
192.168.0.0 - 192.168.255.255: De flesta kommersiella routrar är inställda för att tilldela IP-adresser i detta intervall. Till exempel använder de flesta Linksys-routrar 192.168.1.0-nätverket, medan D-Link och Netgear båda använder 198.168.0.0-sortimentet
172.16.0.0 - 172.16.255.255: Detta sortiment används som vanligt av några kommersiella leverantörer.
169.254.0.0 - 169.254.255.255: Detta är ett speciellt sortiment som används av ett protokoll som heter Automatic Private IP Addressing. Om din dator (eller annan enhet) är konfigurerad att hämta sin IP-adress automatiskt, men inte kan hitta en DHCP-server, tilldelas den en adress i det här intervallet. Om du ser en av dessa adresser berättar den att din enhet inte kunde nå DHCP-servern när det kom dags att hämta en IP-adress och du kan ha problem med nätverket eller problem med din router.

Saken med dynamiska adresser är att de ibland kan förändras. DHCP-servrar hyr IP-adresser till enheter, och när dessa hyreskontrakt är upp måste enheterna förnya leasingavtalet. Ibland kommer enheterna att få en annan IP-adress från poolen av adresser som servern kan tilldela.

För det mesta är det inte en stor sak, och allt kommer bara att fungera. Ibland kanske du vill ge en enhet en IP-adress som inte ändras. Till exempel kanske du har en enhet som du behöver komma åt manuellt, och det är lättare att komma ihåg en IP-adress än ett namn. Eller kanske har du vissa appar som bara kan ansluta till nätverksenheter med hjälp av deras IP-adress.

I sådana fall kan du tilldela en statisk IP-adress till dessa enheter. Det finns ett par sätt att göra detta. Du kan manuellt konfigurera enheten med en statisk IP-adress själv, även om det ibland kan vara janky. Den andra mer eleganta lösningen är att konfigurera routern för att tilldela statiska IP-adresser till vissa enheter under vad som normalt skulle vara dynamisk tilldelning av DHCP-servern. På så sätt ändras IP-adressen aldrig, men du avbryter inte DHCP-processen som gör att allt fungerar smidigt.