IP-адрес можно представить как почтовый адрес для устройства в сети. Самый первый и массовый формат такого адреса называется IPv4. Он выглядит привычно: четыре числа от 0 до 255, разделенные точками, например, 192.168.1.1. Когда его создавали, интернет был небольшим научным проектом, и разработчики думали, что адресов, которые можно создать по этой схеме, хватит с лихвой. Давайте посчитаем: сколько всего может быть уникальных IPv4-адресов? Это примерно 4,3 миллиарда комбинаций, так как он использует 32-битное адресное пространство (8 значений в 4 уровнях, то есть это 2 в 32 степени). В 1980-х годах это казалось невообразимо огромным числом! Но сегодня мы живем в мире, где к интернету подключаются не только компьютеры, но и телефоны, телевизоры, холодильники, лампочки, датчики и даже автомобили. Представьте, что у каждого из этих устройств должен быть свой уникальный «адрес».
Кризис перенаселения: почему адресов IPv4 не хватило
Итак, 4,3 миллиарда — это много, но этого катастрофически мало для всей планеты. Процесс истощения IPv4-адресов был похож на исчерпание номеров в старой телефонной сети небольшого города, которая была рассчитана всего на 4 миллиона абонентов, а жить в нем стали 10 миллиардов. Номера просто закончились бы. Основные официальные пулы IPv4-адресов были распределены еще в 2011 году. Это привело к нескольким проблемам: адреса стало трудно получить, их стоимость на «черном рынке» выросла, а для новых сетей и умных устройство их попросту не оставалось.
Нужно было срочное решение. Инженеры подошли к проблеме с двух сторон: они придумали, как временно продлить жизнь старой системе IPv4, и разработали новую, просторную систему на будущее — протокол IPv6.
Временное решение: хитрости и экономия (NAT)
Чтобы хоть как-то справиться с нехваткой адресов, была придумана гениальная и немного хитрая технология — NAT (Network Address Translation), или преобразование сетевых адресов. Именно она стоит за работой вашего домашнего роутера. NAT (трансляция сетевых адресов) работает, подменяя внутренние (частные) IP-адреса устройств на один публичный IP-адрес маршрутизатора при отправке трафика в Интернет. Когда приходит ответ, маршрутизатор по таблице трансляции возвращает пакет к нужному устройству в локальной сети. Это позволяет многим устройствам в локальной сети выходить в интернет, используя один внешний IP-адрес, что экономит адреса и обеспечивает безопасность.
Представьте, что ваш домашний роутер (с одним публичным IP-адресом, например, 203.0.113.1) и ваш компьютер (с частным IP 192.168.1.2) находятся в одной локальной сети.
Входящий трафик:
Веб-сайт отправляет ответ на публичный IP-адрес 203.0.113.1 (IP вашего роутера). Роутер получает этот пакет, смотрит в свою таблицу трансляции и видит, что этот ответ предназначен для внутреннего IP-адреса 192.168.1.2 (вашего компьютера).Роутер заменяет свой публичный IP 203.0.113.1 на частный IP 192.168.1.2 и перенаправляет пакет вашему компьютеру.
Исходящий трафик:
Пакет отправляется в интернет с публичным IP-адресом вашего роутера. Ваш компьютер отправляет запрос на веб-сайт, указывая в пакете свой частный IP-адрес 192.168.1.2 как источник. Роутер перехватывает этот пакет. Он заменяет 192.168.1.2 на свой публичный IP-адрес 203.0.113.1 и запоминает в своей таблице трансляции, что этот запрос был от вашего компьютера.
Основное преимущество NAT в том, что в сети могут быть разные роутеры со своими публичными IP адресами, но частные сети создаваемые этими роутерами, могут дублироваться:
- Ваш сосед в этом же доме имеет свой роутер и свой уникальный публичный IP-адрес (например, 95.165.23.102). Внутри его сети у его устройств те же адреса: 192.168.1.2, 192.168.1.5 и т.д. как и у вас.
- Ваш коллега в другом городе имеет свой роутер и свой публичный IP (допустим, 217.118.84.10). Внутри его офисной сети тоже могут быть адреса 192.168.1.xxx как и у вашей частной сети.
Благодаря NAT ваш интернет-провайдер выдал вашему дому всего один уникальный IPv4-адрес, а ваш роутер раздает внутри сети «частные» адреса (вроде 192.168.x.x), которые не видны из глобального интернета. Это спасло ситуацию на десятилетия, но это всего лишь временное решение. У NAT есть свои минусы: он усложняет некоторые виды связи, например, прямые подключения для онлайн-игр или видеоконференций.
👉 Подписывайтесь на наш тг канал @itextra, где мы делимся удивительными статьями про технологии, факты из мира IT и обзоры современных трендов.
Фундаментальное решение: рождение IPv6
Пока NAT работал как временная мера, инженеры разрабатывали новый протокол с принципиально иным запасом адресов. Так появился IPv6.
Если IPv4 — это старый город с короткими номерами домов, то IPv6 — это мегаполис с невообразимо длинными и просторными адресами. IPv6-адрес выглядит так: 2a0d:1a40:7901:0:0:0:0:1. Он состоит из восьми групп из четырех шестнадцатеричных цифр, разделенных двоеточиями.
Представьте, что номер телефона в старом формате (IPv4) был коротким, например, 55-43-21. А в новом формате (IPv6) он стал очень длинным, например, +7 (123) 456-78-90-12-34-56-78. Количество возможных комбинаций таких номеров практически безгранично.
Давайте вдумаемся в масштаб. Количество уникальных IPv6-адресов составляет 2 в 128-й степени. Это не просто много. Это число настолько велико, что его трудно осознать:
- Это примерно 340 секстиллионов адресов. (Это 340 с 36 нулями!).
- На каждый квадратный метр поверхности Земли (включая океаны!) приходится более 660 триллионов адресов.
- Теперь можно дать уникальный адрес каждой песчинке на всех пляжах планеты, и еще останется.
Помимо невероятного простора, IPv6 решает многие технические проблемы, присущие IPv4:
- Упрощенная маршрутизация: Заголовки пакетов стали проще, что позволяет маршрутизаторам быстрее их обрабатывать.
- Встроенная безопасность: Поддержка IPSec (шифрования) является не опцией, а стандартной частью протокола.
- Автоконфигурация: Устройства могут сами себе назначать адрес без помощи сервера (DHCP), что очень удобно для интернета вещей.
Несмотря на все преимущества, переход на IPv6 идет медленно. Это как переезд со старой, узкой, но привычной дороги на новую, широкую магистраль. Нужно, чтобы все провайдеры, производители оборудования и владельцы сайтов поддержали новый стандарт. Сейчас мир находится в состоянии двойного стека, когда большинство сетей и устройств поддерживают одновременно и IPv4, и IPv6. Это позволяет обеспечивать плавный переход.
История IPv4 и IPv6 — это история технологической эволюции. Мы прошли путь от «небольшого научного городка» с IPv4 до начала строительства «цифровой вселенной» с IPv6. Понимание этой разницы — ключ к видению того, как интернет будет развиваться дальше, чтобы вместить в себя все умные устройства будущего. В следующем уроке мы узнаем, как устройства получают эти адреса — автоматически или вручную.
P.S.
Мы лишь приоткрыли дверь в удивительный мир компьютерных сетей. В нашем новом курсе «Как работают компьютерные сети. Просто о сложном» на Stepik мы проходим через эту дверь и собираем полную картину. Вы избавитесь от мистики: наконец-то поймете, как на самом деледанные путешествуют по проводам и воздуху, почему иногда «лагает» интернет и как защитить свое подключение.
Используйте промокод IT_EXTRA20, чтобы получить скидку 20% на курс. Начните разбираться в технологиях, которые меняют мир!
👍 Ставьте лайки если хотите разбор других интересных тем.
👉 Подписывайся на IT Extra на Дзен чтобы не пропустить следующие статьи
________________________________________________________________________
👇
Понравилась статья? В нашем Telegram-канале ITextra мы каждый день делимся такими же понятными объяснениями, а также свежими новостями и полезными инструментами. Подписывайтесь, чтобы прокачивать свои IT-знания всего за 2 минуты в день!