IP wersja 4

Adresowanie IPv4
W IPv4, czyli obecnym standardzie adresowania internetu, adres IP to liczba 32-bitowa (od 0 do 4294967295), zapisywana w porządku big endian. Liczby w adresie IP nazywają się oktetami, ponieważ w postaci binarnej mają one osiem bitów. Te osiem bitów daje w sumie 256 kombinacji, więc każdy oktet przedstawia liczbę od 0 do 255.
Najpopularniejszy sposób zapisu adresów IP, to przedstawianie ich jako 4 dziesiętnych liczb od 0 do 255 oddzielonych kropkami. W rzeczywistości komputery traktują adres Wikipedii jako liczbę 32-bitową:
3482223596
Taki zapis jest mało czytelny, wobec czego stosuje się podział adresu IP na cztery oktety. Adres Wikipedii zapisujemy binarnie:
11001111 10001110 10000011 11101100
po czym każdą grupę 8-bitów przekształcamy do postaci dziesiętnej:
207 142 131 236
Z adresowaniem IP wiąże się pojęcie maski sieciowej. Wyobraźmy sobie sieć złożoną z 3 komputerów o adresach:
Komputer 1: 192.168.1.1
Komputer 2: 192.168.1.2
Komputer 3: 192.168.1.3
Łatwo zauważyć, że początek adresu dla wszystkich z nich jest ten sam, a końcówka się zmienia. Aby ściśle zdefiniować adresy przynależne do danej sieci wymyślono pojęcie maski podsieci. Umawiamy się, że określona ilość pierwszych bitów adresu IP ma być taka sama, a pozostałe bity w sieci mogą się różnić. W ten sposób powstaje proste kryterium, pozwalające komputerom na określenie swojego położenia na podstawie adresu. Maskę sieci zapisuje się podobnie jak adres IP. Dla przykładu
255.255.255.0
co binarne daje:
11111111 11111111 11111111 00000000
255 255 255 0
Jeżeli komputery oprócz komunikacji w swojej sieci lokalnej mają łączyć się z internetem, to maska sieciowa staje się bardzo ważna. Gdy urządzenie sieciowe stwierdzi, że adres docelowy, z którym chce wymieniać dane nie pasuje do maski, to próbuje się z nim łączyć przez bramę sieciową. Porównywanie opiera się na zerowaniu w adresie bitów równych zeru w masce. Jeżeli komputer 3 łączy się komputerem 2, to wykonuje następujące operacje:
Maska 11111111 11111111 11111111 00000000
255 255 255 0
Mój IP 11000000 10101000 00000001 00000011
192 168 1 3
Wynik a 11000000 10101000 00000001 00000000
192 168 1 0
Maska 11111111 11111111 11111111 00000000
255 255 255 0
Docelowy IP 11000000 10101000 00000001 00000010
192 168 1 2
Wynik b 11000000 10101000 00000001 00000000
192 168 1 0
Wynik a oraz Wynik b są równe wobec czego komputer 3 wie, że komputer 2 jest w tej samej podsieci. Jeżeli komputer 3 będzie chciał pobrać stronę z serwera Wikipedii to operacja porównania będzie następująca:
Maska 11111111 11111111 11111111 00000000
255 255 255 0
Mój IP 11000000 10101000 00000001 00000011
192 168 1 3
Wynik a 11000000 10101000 00000001 00000000
192 168 1 0
Maska 11111111 11111111 11111111 00000000
255 255 255 0
IP Wikipedii 11001111 10001110 10000011 11101100
207 142 131 236
Wynik b 11001111 10001110 10000011 00000000
207 142 131 0
Jak widać wynik a, oraz wynik b są różne. W takiej sytuacji komputer 1 będzie się próbował połączyć z Wikipedią przez skonfigurowaną w nim bramę sieciową.

Rozdzielanie adresów
Nazwa Pierwszy adres IP Ostatni adres IP Klasa Największy ciągły blok
Blok 24-bit 10.0.0.0 10.255.255.255 pojedyncza sieć klasy A 10.0.0.0/8
Blok 20-bit 172.16.0.0 172.31.255.255 16 kolejnych sieci klasy B 172.16.0.0/12
Blok 16-bit 192.168.0.0 192.168.255.255 256 kolejnych sieci klasy C 192.168.0.0/16
Blok 12 bitowy 224.0.0.0 239.255.255.254 Klasa D 224.0.0.0/20
Blok 8 bitowy 240.0.0.0 255.255.255.254 Klasa E 240.0.0.0/24
W adresach klasy A tylko pierwszy oktet wskazuje adres sieci; pozostałe trzy oktety opisują unikatowy adres węzła w sieci. Choć jest tylko 127 adresów sieci klasy A, każdy taki adres może obejmować w przybliżeniu 17 milionów węzłów. Jak nietrudno zgadnąć, adresy klasy A zostały przyznane organizacjom rządowym i wielkim instytucjom.
Adresy klasy B używają pierwszych dwóch oktetów do wskazania adresu sieci i ostatnich dwóch jako unikatowego węzła sieci. Z uwagi na większą długość, adresów klasy B jest więcej, ale w ramach każdego można unikatowo opisać tylko około 65 000 węzłów.
W adresach klasy C używa się pierwszych trzech oktetów jako adresu sieciowego i tylko ostatniego oktetu jako adresu węzła. Stąd istnieje wiele dostępnych adresów klasy C, ale każdy z nich może być użyty tylko do 254 węzłów.
Ze względu na skończoną ilość adresów oraz konieczność ich agregacji dla celów uproszczenia routingu powstały Regionalne Rejestry Internetowe (ang. RIR) - organizacje zajmujące się przydzielaniem puli adresów dla poszczególnych dostawców Internetu (ang. ISP). Organizacją nadrzędną jest Agencja Zarządzania Numeracją Internetową (ang. IANA), która zajmuje się dystrybucją poszczególnych klas A. Do organizacji regionalnych należą:
* APNIC (ang. Asia Pacific Network Information Centre) - dla rejonu Azji i Pacyfiku,
* ARIN (ang. American Registry for Internet Numbers) - dla rejonu Ameryki Północnej,
* LACNIC (ang. Regional Latin-American and Caribbean IP Address Registry) - dla rejonu Ameryki Łacińskiej i wysp Karaibskich,
* RIPE (fr. Réseaux IP Européens) - dla rejonu Europy, Bliskiego Wschodu i centralnej Azji.
Jeżeli ISP potrzebuje więcej adresów zwraca się do właściwej organizacji regionalnej i otrzymuje kolejny zakres numerów IP. Dla przykładu ARIN przydzielił adresy od 64.78.200.0 do 64.78.207.255 firmie Verado, Inc, która przekazała pulę od 64.78.205.0 do 64.78.205.15 firmie Bomis. Bomis adres 64.78.205.6 udostępnił Wikipedii.
Powszechnie panuje pogląd, że pula dostępnych adresów jest na wyczerpaniu, jednak w oficjalnym zestawieniu zajętości adresacji IP jest jeszcze wiele bloków zarezerwowanych przez IANA ([[1]]).
Adresy należące do puli 127.0.0.0/8 (127.x.x.x) są przypisane do urządzenia loopback i zawsze odnoszą się do komputera lokalnego. Adres 0.0.0.0 to adres domyślny (ang. default).

Prywatne adresy IPv4
Istnieje pula prywatnych adresów IP. Mogą być one wykorzystane tylko w sieciach lokalnych. Infrastruktura Internetu ignoruje te adresy IP. IANA (Internet Assigned Numbers Authority) zarezerwował następujące trzy bloki przestrzeni adresów IP dla prywatnych sieci:
* 10.0.0.0 - 10.255.255.255 - dla sieci prywatnych klasy A (maska: 255.0.0.0)
* 172.16.0.0 - 172.31.255.255 - dla sieci prywatnych klasy B (maska: 255.240.0.0)
* 192.168.0.0 - 192.168.255.255 - dla sieci prywatnych klasy C (maska: 255.255.0.0)
Adresy prywatne można wykorzystywać za pomocą lokalnych routerów w sieciach lokalnych, ale nie działają one w publicznej części internetu. Jeżeli administrator sieci lokalnej przydzieli swoim komputerom adresy IP z puli prywatnej, to routery mogą łatwo rozpoznać kiedy komputery chcą się łączyć z internetem. W takiej sytuacji brama internetowa wykorzystuje technikę maskowania adresów sieciowych NAT, która pozwala na łączenie się z internetem komputerom nie posiadającym własnych publicznych adresów IP. Komputery z adresami prywatnymi nie mogą pełnić roli serwerów sieciowych w Internecie chyba, że posłużymy się techniką maskowania adresów docelowych (DNAT).
Automatyczne przydzielanie adresów IPv4 może być realizowane poprzez zastosowanie protokołów DHCP, RARP, BOOTP, PPP.

Wykorzystanie adresów IPv4
Początkowo wszystkie adresy IPv4 były zarządzane bezpośrednio przez IANA, która w zależności od wnioskowanych potrzeb przydzielała określoną pulę adresów klasy A, B lub C. Wielkie firmy, jak Xerox, Ford czy IBM automatycznie otrzymywały po ponad 16 mln adresów internetowych, nawet jeżeli tak duża liczba nie była im potrzebna. Jeżeli mała firma z kilkunastoma węzłami chciała podłączyć się do Internetu przyznawano jej adresy z klasy C. To z kolei dawało jej kontrolę nad ponad dwustoma adresami węzłów, z których nikt inny nie mógłby skorzystać. Ze względu na marnotrawstwo oraz niespodziewanie duże zapotrzebowanie na adresację internetową z całego świata zmieniono zasady i powołano do życia organizacje regionalne, których zadaniem stało się nadzorowanie wykorzystania dostępnych adresów.
Obecnie klasy A przydzielane są organizacjom regionalnym, te dalej rozdzielają je do ISP w blokach po 4 klasy C (1024 adresy), a następnie ISP przydzielają adresy swoim klientom. Duży nacisk kładzie się na wykorzystywanie mechanizmów NAT, umożliwiających korzystanie z jednego adresu zewnętrznego przez wiele urządzeń posiadających adresy lokalne. W ten sposób ogranicza się przydzielanie adresów urządzeniom (tj. drukarki, access pointy, itp) działającym jedynie w obrębie zamkniętych sieci. Wciąż można dostać przypisanie do klasy C dla swojej organizacji, ale staje się to coraz trudniejsze. Trzeba wykazać rzeczywistą potrzebę dysponowania taką liczbą adresów.
Istnieją koncepcje, według których każde urządzenie elektroniczne ma zostać podłączone do Internetu. W takiej sytuacji pula adresów IPv4 będzie stanowczo za mała. Z tego powodu nastąpi prawdopodobnie przejście z protokołu IPv4 na IPv6 który zwiększy o cztery rzędy wielkości pulę dostępnych adresów.
W ramach klasy C adresów istnieje podział na tzw. podsieci (subnets). Rozmiar podsieci wyznaczany jest przez jej maskę. Najmniejszą podsiecią jest sieć składająca się z 4 adresów, największą ze 128. Dla sieci 4 komputerowej maska wynosi: 256 - 4 = 252 (NETMASK = 255.255.255.252). Dla tak wyznaczonej podsieci można określić następujące parametry:
NETWORK = 195.205.36.32 (Adres IP - przykładowa podsieć sieci klasy C przyznana przez dostawcę)
NETMASK = 255.255.255.252 (maska podsieci)
adresy komputerów = 195.205.36.33 i 195.205.36.34
BROADCAST = 195.205.36.35 (adres rozgłoszeniowy)
W praktyce maska 255.255.255.252 oznacza, iż do sieci tej można podłączyć 2 komputery i używana jest przez administratorów sieci komputerowych do spinania poszczególnych segmentów sieci.
Aby znaleźć adres rozgłoszeniowy musimy przekształcić Adres IP oraz maskę podsieci na system binarny:
Adres IP: 11000011 11001101 00100100 00100000
195 205 36 32
Maska podsieci: 11111111 11111111 11111111 11111100
255 255 255 252
Teraz patrzymy na maskę i zamiast zer wpisujemy w adresie IP jedynki. To jest nasz adres rozgłoszeniowy (broadcast):
Broadcast 11000011 11001101 00100100 00100011
195 205 36 35