Adres IP jest adresem logicznymadres logicznyadresem logicznym interfejsu sieciowego (karty sieciowej). Każde urządzenie pracujące w sieci komputerowej (komputer, tablet, telefon komórkowy itp.) potrzebuje tego adresu do komunikacji z innymi urządzeniami w tej sieci. Przełączniki oraz punkty dostępowe mogą mieć przypisany adres IP; z kolei rutery muszą mieć przynajmniej dwa adresy  IP. (routery mają minimum dwa interfejsy sieciowe).

Adres IP nazywany jest adresem logicznym, ponieważ nie jest przypisywany urządzeniu na stałe i może się zmieniać. W sieci lokalnej administrator może nadawać adresy IP, ale w większości przypadków jest to robione poprzez DHCP na serwerze.

Adresowanie IP jest adresowaniem hierarchicznym. Oznacza to, że pewna część adresu IP wskazuje sieć, w której pracuje urządzenie, zaś inna część adresu pokazuje konkretne urządzenie.

Taki mechanizm przypomina system adresów korespondencyjnych. Mieszkamy w miastach lub wsiach, na konkretnych ulicach i w określonych budynkach. Tradycyjny list najpierw jest przesyłany do wskazanego w adresie miasta, a dopiero później trafia na tę, a nie inną ulicę i do tego, a nie sąsiedniego domu. W przypadku adresowania urządzeń pakiet danych najpierw zostaje przekazany do sieci, w której pracuje wybrane urządzenie, a następnie przesyłany jest do konkretnego tabletu, komputera albo smartfona podłączonego do tej sieci.

RqTXw6uCJLX72

Ilustracja przedstawia adres IP z wizualnym oznaczeniem pierwszych trzech liczb jako adresu sieci i wszystkich czterech jako adresu urządzenia.

Obecnie w sieciach komputerowych wykorzystuje się dwa rodzaje adresów IP: IPv4 oraz IPv6. Należy zaznaczyć, że adresowanie IPv6 nie jest jeszcze powszechnie stosowane w sieciach komputerowych. Większość operatorów wciąż korzysta z adresów IPv4.

W tabeli porównano obydwa typy adresów.

Postać binarna adresu IPv4

Każdy adres IPv4 składa się w rzeczywistości z ciągu bitów (zer i jedynek). Stosowanie zapisu dziesiętnego jest wygodne dla ludzi; w przypadku komputerów oraz innych urządzeń sieciowych przykładowy adres: 192.168.32.64 będzie interpretowany jako 32‑bitowy ciąg cyfr binarnych 11000000.10101000.00100000.01000000.

Wiedząc, że adres IPv4 to 32‑bitowy ciąg zer i jedynek, jesteśmy w stanie określić maksymalną wartość liczbową, jaka może pojawić się w każdym z czterech oktetówoktetoktetów (8‑bitowych części adresu).

Jeden oktet to 8 bitów (adres składa się z 32 bitów, czyli czterech oktetów), a za pomocą 8 bitów da się zapisać maksymalnie dziesiętną liczbę 255 (pamiętaj, że liczba 255 to binarnie 11111111). Właśnie taka wartość jest zatem największą liczbą pojawiającą się w każdym oktecie adresu.

Klasy adresów IPv4

Adresy IPv4 podzielone zostały na 5 klas, określających ich zastosowanie oraz liczbę hostów, które mogą pracować w sieci. Jednak ze względu na rozwój sieci internet obecnie z klas adresów IPv4 nie korzystamy.

• Klasa A – stosowana w bardzo dużych sieciach komputerowych, w których liczba hostów może być większa niż 16 milionów. Tak duża liczba wynika z faktu, że w tej klasie tylko pierwszy oktet adresu wskazuje sieć (np. 45.X.X.X), w której pracują poszczególne hosty; pozostałe trzy oktety wykorzystywane są do adresowania poszczególnych urządzeń. Trzy oktety to 24 bity, po podniesieniu liczby 2 do potęgi 24 i odjęciu od wyniku liczby 2 (w każdej sieci 2 adresy nie są stosowane do adresowania urządzeń), otrzymamy liczbę przekraczającą 16 milionów (16 777 214.). Zakres adresów IP klasy A mieści się w przedziale od 0.0.0.0 do 127.255.255.255, przy czym należy zaznaczyć, że nie wszystkie z nich stosuje się do adresowania hostów. Część adresów jest wyłączona z użycia.

• Klasa B – stosowana w dużych sieciach komputerowych, w których liczba hostów może przekraczać 65 tysięcy (osiąga wartość 65 534). W tej klasie dwa pierwsze oktety oznaczają adres sieci, zaś pozostałe są wykorzystywane do adresowania hostów (2Indeks górny 16¹⁶ - 2 = 65534). Zakres adresów IP klasy B mieści się w przedziale od 128.0.0.0 do 191.255.255.255.

• Klasa C – stosowana w małych i średnich sieciach komputerowych, w których liczba hostów wynosi maksymalnie 254. W tej klasie trzy pierwsze trzy oktety wskazują adresy sieci, natomiast ostatni wykorzystywany jest do adresowania hostów (2Indeks górny 8⁸ - 2 = 254). Zakres adresów IP klasy C mieści się w przedziale od 192.0.0.0 do 223.255.255.255.

• Klasa D – specjalny rodzaj adresów sieciowych stosowanych w komunikacji grupowej (ang. multicast), która polega na przesyłaniu danych do wielu urządzeń jednocześnie. Zakres takich adresów mieści się w przedziale od 224.0.0.0 do 239.255.255.255.

• Klasa E – specjalny rodzaj adresów sieciowych, stosowanych w laboratoriach i ośrodkach badawczych – nie jest wykorzystywany do adresowania urządzeń w działających sieciach komputerowych. Zakres adresów eksperymentalnych mieści się w przedziale od  240.0.0.0 do 247.255.255.255.

Adresy publiczne i prywatne

W przypadku adresowania IPv4 istnieje jeszcze jeden system podziału. Określa on, czy urządzenie pracuje w sieci lokalnej, czy też w sieci publicznej (np. w internecie).

W tym przypadku adresy IPv4 dzielimy na:

• publiczne (czasami nazywane zewnętrznymi);

• prywatne (czasami nazywane wewnętrznymi).

Adresy publiczne są wykorzystywane w celu umożliwienia komunikacji w sieciach rozległych (WAN), w tym również w internecie. Adresy te są unikatowe. Oznacza to, że tylko jeden host w całej globalnej sieci może mieć przypisany pewien adres. Jeśli chcemy korzystać z internetu, to albo nasz komputer ma przypisany taki adres, albo ma go ruter działający w naszej sieci LAN (tak jest z reguły).

W sieciach lokalnych (LAN) stosuje się natomiast adresy prywatne, które również są unikatowe, ale tylko w obrębie sieci LAN. Oznacza to, że w jednej sieci lokalnej każdy komputer ma unikatowy adres IP, ale w innej sieci LAN adresy te mogą się powtórzyć.

Stosowanie adresacji prywatnej w sieciach lokalnych zostało wymuszone kończącą się pulą adresów IPv4. Budowa adresu IPv4 (32 bity) powoduje, że do adresowania wykorzystać można nieco ponad 4 miliardy adresów (2Indeks górny 32³²=4 294 967 296), a liczba ta – biorąc pod uwagę obecny rozwój technologii informatycznych – zdecydowanie jest niewystarczająca, aby „obsłużyć” wszystkie urządzenia na świecie, które można podłączyć do sieci Internet.

NAT

Jeśli urządzenia w twojej sieci szkolnej lub domowej mają dostęp do internetu –  a zapewne tak jest – to muszą korzystać również z adresu (lub adresów) publicznych. Adres publiczny przydzielany jest przez usługodawcę telekomunikacyjnego (tzw. providera – ISP, Internet Service Provider), czyli firmę, która obsługuje łącze sieciowe. Zazwyczaj bez dodatkowych opłat provider udostępnia tylko jeden adres publiczny.

Dlaczego wszystkie urządzenia w domowej sieci LAN (a może ich być przecież bardzo dużo) są w stanie korzystać z internetu, skoro mamy do dyspozycji tylko jeden publiczny adres IP?

W sieciach komputerowych wykorzystywana jest usługa zwana NAT (ang. Network Address Translation), która „tłumaczy” adresy prywatne na publiczne. Zazwyczaj usługę tę uruchamia się na ruterze lub serwerze, który łączy sieć lokalną z internetem. NAT pozwala urządzeniom włączonym do sieci LAN na korzystanie z sieci globalnej.

R1AHmiE7kMHgv

Ilustracja przedstawia 4 komputery z kolejnymi adresami rozpoczynającymi się od 192.168.1.11 aż do 192.168.1.14, które podłączone są do NAT, który mapuje adres 192.168.1.1 do 83.102.45.200 a następnie łączy się z internetem.

Kiedy komputer działający w sieci lokalnej chce połączyć się z internetem – np. wyświetlić pewną stronę WWW – żądanie wywołania witryny trafia najpierw do rutera łączącego sieć lokalną z internetem. Ruter zastępuje adres prywatny komputera, z którego pochodzi żądanie własnym adresem. Jak już wyjaśnialiśmy, jest to unikatowy adres publiczny. Następnie żądanie jest przekazywane odpowiedniemu serwerowi WWW. Przekazuje on ruterowi pakiety danych opisujące wywołaną stronę internetową. Ruter przesyła informacje pod ten adres prywatny, z którego pochodziło żądanie wyświetlenia witryny internetowej (czyli do właściwego komputera w sieci lokalnej).

Jeśli zatem korzystasz z internetu za pośrednictwem komputera w sieci lokalnej, to użytkownicy globalnej sieci widzą cię pod adresem publicznym. Każdy komputer działający w sieci lokalnej będzie komunikował się z internetem poprzez urządzenie mające ten sam adres (o ile oczywiście usługodawca przydzielił tylko jeden adres publiczny).

Liczba prywatnych adresów IP jest określona i mieści się w następujących przedziałach:

• od 10.0.0.0 do 10.255.255.255;

• od 172.16.0.0 do 172.31.255.255;

• od 192.168.0.0 do 192.168.255.255.

Słownik