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Come funzionano gli indirizzi IP?


Ogni dispositivo connesso a un computer di rete, un tablet, una telecamera, qualsiasi cosa, necessita di un identificatore univoco in modo che altri dispositivi sappiano come raggiungerlo. Nel mondo del networking TCP / IP, quell'identificatore è l'indirizzo IP (Internet Protocol).

Se hai lavorato con i computer per un certo periodo di tempo, probabilmente sei stato esposto agli indirizzi IP, quelle sequenze numeriche che assomiglia a 192.168.0.15. La maggior parte delle volte non abbiamo a che fare direttamente con loro, dal momento che i nostri dispositivi e le nostre reti si occupano di queste cose dietro le quinte. Quando abbiamo a che fare con loro, spesso seguiamo semplicemente le istruzioni su quali numeri mettere dove. Ma, se hai mai voluto approfondire il significato di questi numeri, questo articolo è per te.

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Perché dovrebbe interessarti? Bene, capire come funzionano gli indirizzi IP è di vitale importanza se si desidera risolvere il motivo per cui la rete non funziona correttamente o perché un particolare dispositivo non si connette come ci si aspetterebbe. E se hai bisogno di creare qualcosa di più avanzato come un server di gioco o un server multimediale a cui gli amici di Internet possono connettersi, devi sapere qualcosa sull'indirizzamento IP. Inoltre, è affascinante.

Nota: in questo articolo tratteremo le basi dell'indirizzamento IP, il tipo di cose che le persone che usano gli indirizzi IP, ma che non hanno mai pensato molto su di loro, potrebbero voler conoscere. Non copriremo alcune delle cose di livello più avanzato o professionale, come le classi IP, il routing senza classi e il subnetting personalizzato ... ma punteremo ad alcune fonti per ulteriori letture man mano che procediamo.

Cosa È un indirizzo IP?

Un indirizzo IP identifica in modo univoco un dispositivo su una rete. Hai già visto questi indirizzi prima; assomigliano a 192.168.1.34.

Un indirizzo IP è sempre un insieme di quattro numeri come quello. Ogni numero può variare da 0 a 255. Quindi, l'intervallo di indirizzamento IP completo va da 0.0.0.0 a 255.255.255.255.

Il motivo per cui ogni numero può raggiungere solo fino a 255 è che ognuno dei numeri è in realtà una cifra di otto cifre numero binario (a volte chiamato un ottetto). In un ottetto, il numero zero sarebbe 00000000, mentre il numero 255 sarebbe 11111111, il numero massimo che l'ottetto può raggiungere. Quell'indirizzo IP che abbiamo menzionato prima (192.168.1.34) in binario sarebbe simile a questo: 11000000.10101000.00000001.00100010.

I computer funzionano con il formato binario, ma noi umani troviamo molto più facile lavorare con il formato decimale. Tuttavia, sapere che gli indirizzi sono in realtà numeri binari ci aiuterà a capire perché alcune cose che circondano gli indirizzi IP funzionano come fanno loro.

Non ti preoccupare, però! In questo articolo non pubblicheremo molti binari o calcoli matematici, quindi portaci un po 'più a lungo.

Le due parti di un indirizzo IP

L'indirizzo IP di un dispositivo consiste in realtà di due parti separate:

  • ID di rete: L'ID di rete è una parte dell'indirizzo IP a partire da sinistra che identifica la rete specifica su cui si trova il dispositivo. In una tipica rete domestica, in cui un dispositivo ha l'indirizzo IP 192.168.1.34, la parte 192.168.1 dell'indirizzo sarà l'ID di rete. È abitudine compilare la parte finale mancante con uno zero, quindi potremmo dire che l'ID di rete del dispositivo è 192.168.1.0.
  • ID host: L'ID host è la parte dell'indirizzo IP non utilizzata in alto dall'ID di rete. Identifica un dispositivo specifico (nel mondo TCP / IP, chiamiamo dispositivi "host") su quella rete. Continuando il nostro esempio dell'indirizzo IP 192.168.1.34, l'ID host sarebbe 34, l'ID univoco dell'host sulla rete 192.168.1.0.

Sulla rete domestica, quindi, potresti vedere diversi dispositivi con indirizzo IP come 192.168. 1.1, 192.168.1.2, 192.168.1 30 e 192.168.1.34. Tutti questi sono dispositivi univoci (con ID host 1, 2, 30 e 34 in questo caso) sulla stessa rete (con l'ID di rete 192.168.1.0).

Per visualizzare tutto questo un po 'meglio, passiamo a un'analogia. È molto simile a come gli indirizzi stradali funzionano all'interno di una città. Prendi un indirizzo come 2013 Paradise Street. Il nome della via è come l'ID di rete e il numero civico è come l'ID host. All'interno di una città, non ci saranno due strade uguali, proprio come non ci saranno due ID di rete sulla stessa rete. Su una determinata strada, ogni numero civico è unico, proprio come tutti gli iD host all'interno di un particolare ID di rete sono unici.

Subnet Mask

Quindi, in che modo il dispositivo determina quale parte dell'indirizzo IP è l'ID di rete e quale parte dell'ID host? Per questo, usano un secondo numero che vedrai sempre in associazione con un indirizzo IP. Quel numero è chiamato subnet mask.

Sulla maggior parte delle reti semplici (come quelle di case o piccole imprese), vedrai maschere di sottorete come 255.255.255.0, in cui tutti e quattro i numeri sono 255 o 0. La posizione di le modifiche da 255 a 0 indicano la divisione tra la rete e l'ID host. I 255 "mascherano" l'ID di rete dall'equazione.

Nota: le maschere di sottorete di base che stiamo descrivendo qui sono note come subnet mask predefinite. Le cose si complicano più di tanto su reti più grandi. Le persone usano spesso maschere di sottorete personalizzate (dove la posizione dell'interruzione tra zero e uno cambia all'interno di un ottetto) per creare più sottoreti sulla stessa rete. Questo è un po 'oltre lo scopo di questo articolo, ma se sei interessato, Cisco ha una buona guida per il subnetting.

L'indirizzo del gateway predefinito

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Oltre all'indirizzo IP stesso e alla subnet mask associata, vedrai anche un indirizzo gateway predefinito elencato insieme alle informazioni di indirizzamento IP. A seconda della piattaforma che stai utilizzando, questo indirizzo potrebbe essere chiamato qualcosa di diverso. A volte viene chiamato "router", "indirizzo router", "percorso predefinito" o semplicemente "gateway". Sono la stessa cosa. È l'indirizzo IP predefinito a cui un dispositivo invia i dati di rete quando i dati sono destinati ad andare su una rete diversa (uno con un ID di rete diverso) rispetto a quello su cui è acceso il dispositivo.

L'esempio più semplice di questo si trova in una tipica rete domestica.

Se si dispone di una rete domestica con più dispositivi, è probabile che un router sia connesso a Internet tramite un modem. Quel router potrebbe essere un dispositivo separato o potrebbe far parte di un'unità combinata modem / router fornita dal tuo provider internet. Il router si trova tra i computer e i dispositivi sulla rete e più dispositivi pubblici su Internet, passando (o instradando) il traffico avanti e indietro.

Supponi di accendere il browser e andare su www.phhsnews.com. Il tuo computer invia una richiesta all'indirizzo IP del nostro sito. Poiché i nostri server sono su Internet anziché sulla rete domestica, tale traffico viene inviato dal PC al router (il gateway) e il router inoltra la richiesta al nostro server. Il server invia le informazioni corrette al router, che quindi reindirizza le informazioni al dispositivo che lo ha richiesto, e nel browser appare il nostro sito.

In genere, i router sono configurati per impostazione predefinita per avere il loro IP privato indirizzo (il loro indirizzo sulla rete locale) come primo ID host. Quindi, ad esempio, su una rete domestica che utilizza 192.168.1.0 per un ID di rete, il router sarà in genere 192.168.1.1. Naturalmente, come la maggior parte delle cose, puoi configurarlo come qualcosa di diverso, se lo desideri.

Server DNS

C'è un'ultima informazione che vedrai assegnata accanto all'indirizzo IP, alla subnet mask e al gateway predefinito di un dispositivo indirizzo: gli indirizzi di uno o due server DNS (Domain Name System) predefiniti. Noi umani lavoriamo molto meglio con i nomi che con gli indirizzi numerici. Digitare www.phhsnews.com nella barra degli indirizzi del tuo browser è molto più facile che ricordare e digitare l'indirizzo IP del nostro sito.

DNS funziona come una rubrica, cercando le cose leggibili come i nomi dei siti web e convertendole in IP indirizzi. DNS lo fa memorizzando tutte le informazioni su un sistema di server DNS collegati su Internet. I tuoi dispositivi devono conoscere gli indirizzi dei server DNS a cui inviare le loro query.

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Su una tipica rete piccola o domestica, il DNS gli indirizzi IP del server sono spesso identici all'indirizzo del gateway predefinito. I dispositivi inviano le loro query DNS al router, che quindi inoltra le richieste a qualsiasi server DNS configurato dal router. Per impostazione predefinita, si tratta in genere di qualsiasi server DNS fornito dal provider di servizi Internet, ma è possibile cambiarli per utilizzare server DNS diversi, se lo si desidera. A volte, potresti avere un successo migliore utilizzando server DNS forniti da terze parti, come Google o OpenDNS.

Qual è la differenza tra IPv4 e IPv6?

Potresti aver notato durante la navigazione tra le impostazioni un diverso tipo di indirizzo IP, chiamato indirizzo IPv6. I tipi di indirizzi IP di cui abbiamo parlato finora sono gli indirizzi utilizzati da IP versione 4 (IPv4), un protocollo sviluppato alla fine degli anni '70. Usano i 32 bit binari di cui abbiamo parlato (in quattro ottetti) per fornire un totale di 4,29 miliardi di possibili indirizzi unici. Anche se sembra molto, tutti gli indirizzi disponibili pubblicamente sono stati assegnati per molto tempo alle aziende. Molti di questi sono inutilizzati, ma sono assegnati e non disponibili per uso generale.

A metà degli anni '90, preoccupati per la potenziale carenza di indirizzi IP, Internet Engineering Task Force (IETF) ha progettato IPv6. IPv6 utilizza un indirizzo a 128 bit anziché l'indirizzo a 32 bit di IPv4, quindi il numero totale di indirizzi univoci è misurato nei undecillions, un numero abbastanza grande da non essere mai in grado di esaurirsi.

A differenza della notazione decimale puntata utilizzato in IPv4, gli indirizzi IPv6 sono espressi come otto gruppi di numeri, divisi per due punti. Ogni gruppo ha quattro cifre esadecimali che rappresentano 16 cifre binarie (quindi, si riferisce a come un hextet). Un tipico indirizzo IPv6 potrebbe essere qualcosa del tipo:

2601: 7c1: 100: ef69: b5ed: ed57: dbc0: 2c1e

Il problema è che la carenza di indirizzi IPv4 che ha causato la preoccupazione è stata mitigata per in larga misura dall'aumento dell'uso di indirizzi IP privati ​​dietro i router. Sempre più persone hanno creato le proprie reti private, utilizzando quegli indirizzi IP privati ​​che non sono esposti pubblicamente.

Quindi, anche se IPv6 è ancora un giocatore importante e tale transizione avverrà ancora, non è mai avvenuta pienamente come previsto- almeno non ancora. Se sei interessato a saperne di più, controlla questa cronologia e la cronologia di IPv6.

Come fa un dispositivo ad ottenere il suo indirizzo IP?

Ora che conosci le basi su come funzionano gli indirizzi IP, parliamo di come i dispositivi ottenere i loro indirizzi IP in primo luogo. Esistono realmente due tipi di assegnazioni IP: dinamica e statica.

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Un indirizzo IP dinamico viene assegnato automaticamente quando un dispositivo si connette a una rete. La stragrande maggioranza delle reti oggi (compresa la rete domestica) utilizza qualcosa chiamato DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) per far sì che ciò accada. DHCP è integrato nel router. Quando un dispositivo si connette alla rete, invia un messaggio broadcast che richiede un indirizzo IP. DHCP intercetta questo messaggio e quindi assegna un indirizzo IP a quel dispositivo da un pool di indirizzi IP disponibili.

Ci sono determinati intervalli di indirizzi IP privati ​​che i router utilizzeranno a tale scopo. Che viene utilizzato dipende da chi ha creato il router o da come lo hai impostato tu stesso. Tali intervalli IP privati ​​includono:

  • 10.0.0.0 - 10.255.255.255: Se sei un cliente Comcast / Xfinity, il router fornito dal tuo ISP assegna gli indirizzi in questo intervallo. Alcuni altri ISP utilizzano questi indirizzi anche sui loro router, così come Apple sui loro router AirPort.
  • 192.168.0.0 - 192.168.255.255: La maggior parte dei router commerciali sono configurati per assegnare indirizzi IP in questo intervallo. Ad esempio, la maggior parte dei router Linksys utilizza la rete 192.168.1.0, mentre D-Link e Netgear utilizzano entrambi la gamma 198.168.0.0
  • 172.16.0.0 - 172.16.255.255: Questa gamma è utilizzata raramente da qualsiasi fornitore commerciale predefinito.
  • 169.254.0.0 - 169.254.255.255: Questo è un intervallo speciale utilizzato da un protocollo denominato Indirizzamento IP privato automatico. Se il tuo computer (o altro dispositivo) è impostato per recuperare automaticamente il suo indirizzo IP, ma non riesce a trovare un server DHCP, assegna a se stesso un indirizzo in questo intervallo. Se vedi uno di questi indirizzi, ti dice che il tuo dispositivo non è riuscito a raggiungere il server DHCP quando è arrivato il momento di ottenere un indirizzo IP, e potresti avere un problema di rete o problemi con il router.

La questione della dinamica gli indirizzi è che a volte possono cambiare. I server DHCP prendono in affitto gli indirizzi IP sui dispositivi e, quando tali lease sono attivi, i dispositivi devono rinnovare il lease. A volte, i dispositivi ottengono un indirizzo IP diverso dal pool di indirizzi che il server può assegnare.

Il più delle volte, questo non è un grosso problema e tutto funzionerà "semplicemente". Occasionalmente, tuttavia, potresti voler assegnare a un dispositivo un indirizzo IP che non cambi. Ad esempio, forse hai un dispositivo a cui devi accedere manualmente, e trovi più facile ricordare un indirizzo IP di un nome. O forse hai alcune app che possono collegarsi solo ai dispositivi di rete usando il loro indirizzo IP.

In questi casi, puoi assegnare un indirizzo IP statico a quei dispositivi. Ci sono un paio di modi per farlo. Puoi configurare manualmente il dispositivo con un indirizzo IP statico, anche se a volte può essere janky. L'altra soluzione più elegante è configurare il router in modo che assegni gli indirizzi IP statici a determinati dispositivi durante la normale assegnazione dinamica da parte del server DHCP. In questo modo, l'indirizzo IP non cambia mai, ma non interrompi il processo DHCP che mantiene tutto perfettamente funzionante.


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