IPv4 – что это такое протокол интернета версии 4: его виды, структура и из чего состоит

В современном мире глобальной сети, которая беспрерывно развивается, нереально пропустить IPv4. Сейчас это наиболее часто используемый IP-протокол, и он всё ещё не уступает место более новому и улучшенному IPv6. Почему это происходит и в чём особенность IPv4? Это мы выясним в нашей статье.

Что такое IPv4 протокол

IPv4 — это сокращение от «протокол интернета версии 4». Четвёртая версия интернет-протокола (IP) по-прежнему является популярной для связи через интернет.

Протокол устанавливает правила и ограничения для взаимодействия в интернете или в локальной сети. Благодаря IP, у нас может быть взаимосвязанная сетевая маршрутизация с пересылкой пакетов, она определяет формат и связь, использует адреса IPv4 и маршрутизирует данные.

IPv4 был впервые описан в 1981 году Инженерной группой интернета (IETF, RFC 791), а затем был принят Министерством обороны США в 1982 году, SATNET в 1982 году и ARPANET в 1983 году.

Принципы работы интернета

Вопреки распространённому мнению, интернет — это не множество облаков, обменивающихся данными по беспроводной сети.

Интернет, скорее кабельное сетевое соединение между множеством центров обработки данных, разбросанных по всему миру, и клиентами, которые хотят им пользоваться.

Между океанами проложены гигантские кабели, соединяющие важные сетевые точки. В этой большой сети взаимосвязанных устройств и небольших сетях нам нужен порядок и чёткая идентификация, подключённых устройств и их адресов.

Клиентам нужны IP-адреса для идентификации, так же, как и серверам. Серверам также требуются имена хостов. У веб-серверов есть доменное имя (имя хоста), как Google.com, и когда захотите добраться до него, то увидите содержимое страницы.

Контент каждого веб-сайта размещается на веб-серверах в центрах обработки данных. Веб-сайтам и приложениям нужны серверы для размещения служб, чтобы вы могли получить к ним доступ.

Зарождение IPv4

Всё и началось с ARPAnet (Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США) предоставило финансирование исследовательской сети, известной как ARPAnet.

Впервые он стал доступен в 1969 году и разрешал соединения между 4 хостами. У каждого хоста был свой определённый адрес для онлайн-общения. Сеть со временем росла, и в 1981 году к ней было подключено 213 хостов. ARPA оказала значительное влияние на университеты и исследовательские центры в Соединённых Штатах.

Как только появились разные типы сетей, возникла необходимость связать их в единую обширную сеть.

Цель состояла в том, чтобы сохранить неоднородность каждой сети, обеспечивая при этом возможность взаимодействия пользователей между сетями. Чтобы добиться этого, Винт Серф (NCP) и Роберт Хан (DARPA) работали над программой управления передачей в первой половине 1970-х годов и опубликовали свою первую статью в 1974 году.

Протокол управления передачей (TCP) и интернет-протокол (IP) были разделены на отдельные версии в третьей из четырёх его реализаций. Первоначальный проект TCP/IP v4 был выпущен в 1978 г. К 1981 г. он стал нормой, а 1 января 1983 г. ARPANET заменила NCP протоколом TCP/IP IPv4.

Из чего состоит IPv4-адрес

Адрес IPv4 — это 32-битный адрес, который идентифицирует устройство в сети. Он состоит из 4 групп цифр (октетов) по 3 цифры в каждой.

IPv4 идентифицирует сеть и отдельный хост в сети. Вот пример IPv4-адреса: 185.107.80.231.

Вы можете узнать IP-адрес веб-сайта, выполнив простую команду на компьютере. Перейдите в командную строку в Windows или терминал в macOS и Linux, введите эту команду и нажмите Enter: nslookup domainname.com.

Классы адресов интернет протокола версии 4

Мы можем выделить пять классов IPv4: A, B, C, D и E, каждый имеет собственный набор IP-адресов.

Давайте выделим их:

1. Класс A – первый бит, равный 0, охватывает значения от 0.0.0.0 до 127.255.255.255. Этот класс, имеющий 8 бит для сети и 24 бита для хостов, предназначен для больших сетей.
2. Класс B – предназначен для сетей среднего и крупного размера. Первые два бита, равные 10, находятся между 128.0.0.0 и 191.255.255.255. Он также содержит 16 бит для хостов и 16 бит для сети.
3. Класс C – мы используем его для небольших локальных сетей (LAN). Сеть в этом классе имеет отступ в три октета. И IP-адрес имеет диапазон от 192.0.0.0 до 223.255.255.255, 24 бита сети и 8 бит хоста.
4. Класс D – используют только программы, требующие многоадресной рассылки. Это означает, что мы не используем класс D для стандартных сетевых функций. Вместо этого первые три бита устанавливаются в «1», а четвёртый бит используется для «0». Кроме того, 32-битные сетевые адреса составляют адреса класса D.
5. Класс E — мы используем его для экспериментов или исследований. Этот класс IP-адресов охватывает значения первого октета от 240.0.0.0 до 255.255.255.255. Первые четыре бита IP-адреса класса E, равны единице в двоичном формате.

Отличия IPv4 от IPv6

Между старым IPv4 и новым IPv6 есть несколько важных различий:

• 32-битные адреса по сравнению со 128-битными адресами, что обеспечивает гораздо больше адресов в случае IPv6.
• 4 294 967 296 IP-адресов против 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 456 IP-адресов.
• Конфигурация адресов вручную или с помощью DHCP по сравнению с SLAAC или DHCP6.
• Опциональный IPsec или часть стандарта. IPv6 поддерживает сквозное шифрование и позволяет избежать атак «человек посередине».
• Трансляция NAT по сравнению с отсутствием необходимости в IPv6.

Преимущества и недостатки IPv4

Основной целью IPv4 является подключение устройств по сети. Миллионы устройств поддерживают этот протокол. Это делает его самым простым совместимым интернет-протоколом.

Вот ещё несколько преимуществ протокола:

1. Отличная поддержка системы – IPv4 поддерживается на всех сетевых устройствах.
2. Простая топология – проще настроить и управлять сетью IPv4.
3. Длина IP-адреса короткая – это облегчает их запись и даже запоминание.
4. Совместимость с любым устройством.

Проблемы протокол интернета версии 4 tcp IPv4:

1. Исчерпание IP-адресов. Потребности в IP-адресах не могут быть удовлетворены только адресами IPv4, поэтому они уже переходят на IPv6.
2. Нет поддержки IPsec по умолчанию. Вы можете включить его, но с более новым IP-адресом это намного проще.
3. Ограниченный заголовок, в который нельзя добавлять дополнительные параметры.
4. Это становится слишком дорогим с ценами выше 25 долларов за IP-адрес.

Быстродействие

Теоретически IPv6 по части скорости сети идёт впереди старого протокола.

Но на практике всё не так просто, потому что современный протокол ещё нуждается в шлифовке. Это приводит к тому, что нередко IPv4 лучше по скорости.

Что такое CIDR

В 1993 году было введено огромное улучшение распределения адресов IPv4, которое получило название бесклассовой междоменной адресации (CIDR).

Благодаря CIDR, теперь у нас есть суффикс, который представляет собой число от 0 до 32 и показывает, сколько бит представляет сеть. Выглядит так: 192.168.100.14/24. CIDR позволяет использовать подсеть переменной длины, адаптирующаяся к текущим потребностям.

Уменьшив количество неиспользуемых адресов, которые мешали системе классов, CIDR задержал расширение таблиц маршрутизации и продлил срок службы IPv4. Этот трюк очень помог с исчерпанием адресов IPv4, но больше похож на временное исправление, чем на окончательное решение.

Будущее протокола

Мы живём во время перехода от IPv4 к IPv6. Это небыстрая миграция, и многие компании пока решают придерживаться модели с двумя стеками. Им сложнее управлять, но он надёжнее, чем просто IPv6.

Из-за исчерпания адресов IPv4 в итоге мы движемся к будущему с одним IPv6, что займёт некоторое время. Ведущими странами в этом отношении являются Индия, Бельгия, Германия, Малайзия и Греция.

В настоящее время глобальный уровень внедрения составляет чуть больше 30%, но этот процент растёт.

Итог

По сей день самым популярным протоколом является IPv4. Когда впервые появился IPv4, оказалось, что адресов хватает для всех устройств, подключённых к сети. Однако население мира быстро растёт вместе с числом устройств, имеющих доступ к интернету, что увеличивает потребность в IP-адресах.

Кроме того, в результате продолжающихся технологических достижений почти во всех сферах общества выросло больше сетей. Следовательно, это подразумевает увеличение количества IP-адресов. Это привело к разработке нового типа IP-адреса, такого как IPv6, который обладает более выдающимися характеристиками и ёмкостью. Он, как мы ожидаем, однажды заменит IPv4.

Значительная часть выделенных адресов IPv4 относится к Северной Америке. И привело к тому, что в регионах, где произошёл быстрый рост использования интернета, купили значительные части IP-пространства на так называемом сером рынке. Это отрицательно повлияло, потому что маршрутизация интернет-трафика стала более сложной.

Всё осложняется тем, что два протокола несовместимы между собой, и задача по полному переходу не из простых.

IPv4 адреса и маски подсетей – видео

Станислав Шаман

Пишет Станислав уже на протяжении почти двух десятилетий. Первоначально для местных СМИ собирал новости в области технологий. Его любовь к научной фантастике разбудила огромную жажду знаний. Пытаясь понять, как это работает и может ли работать лучше, он настолько увлекается, словно погружается в транс. За это, среди коллег в TehnObzor он и получил прозвище — Шаман.