1. IP-адрес: «адрес» в мире интернета

Когда вы просматриваете веб-сайт или отправляете сообщение другу в LINE, данные достигают смартфона вашего собеседника, не потерявшись в огромном интернете. Это становится возможным благодаря IP-адресу (Internet Protocol Address). Это «адрес» (номер дома) в сети, который назначается всем устройствам, подключенным к интернету (смартфонам, компьютерам, серверам, маршрутизаторам и т. д.).

Сегодня до сих пор широко используется стандарт IPv4 (Internet Protocol version 4), который был стандартизирован в 1981 году. Адрес IPv4 состоит из 32 цифр битов «0 и 1», которые обрабатывает компьютер (32 бита). Для удобства чтения человеком он разделен на 4 блока по 8 битов, преобразован в десятичную систему счисления и разделен точками. (Пример: 192.168.1.1)

2. 4,3 миллиарда адресов «определенно нельзя исчерпать»

Поскольку адрес IPv4 является 32-битным, количество комбинаций равно «2 в 32-й степени», то есть можно создать около 4,3 миллиарда (а точнее, 4 294 967 296) адресов.

В 1980-х годах интернет (например, тогдашний ARPANET) предназначался для соединения больших компьютеров в некоторых университетах, военных учреждениях и гигантских корпорациях. Исследователи того времени нисколько не сомневались и верили: «Даже если мы подключим все компьютеры в мире, их будет всего несколько десятков тысяч. С 4,3 миллиарда адресов мы никогда не сможем использовать их все до конца света». Из-за этого они распределяли адреса довольно расточительно, например, щедро выделяя 16 миллионов (класс А) адресов одной организации, такой как крупная американская корпорация или университет.

3. Взрывной рост интернета и «проблема исчерпания IP-адресов»

Однако история сильно обманула их ожидания. С появлением Windows 95 в 1990-х годах, что привело к распространению персональных компьютеров в обычных домах, а также со взрывным распространением смартфонов со второй половины 2000-х годов наступила эра, когда у одного человека есть несколько интернет-терминалов. Более того, сегодня даже бытовой технике и автомобилям нужны IP-адреса из-за IoT (интернета вещей).

В то время как население мира составляет около 8 миллиардов человек, адресов всего 4,3 миллиарда. В феврале 2011 года мы наконец столкнулись с исторической ситуацией, когда пул для новых назначений IPv4-адресов от IANA (главной организации, управляющей мировыми IP-адресами) был полностью исчерпан (нулевой запас).

4. Меры по продлению жизни: NAT и частные IP-адреса

По идее, в 2011 году в интернете должна была начаться паника. Однако этого не произошло благодаря технологии продления жизни, называемой NAT (Network Address Translation).

NAT — это технология, которая переводит «глобальные адреса в интернете» в «локальные адреса только внутри дома или компании». Представьте себе домашний Wi-Fi маршрутизатор.

  graph LR
    Internet["Интернет"] -->|"1 глобальный IP (напр. 203.0.113.1)"| Router["Домашний Wi-Fi маршрутизатор (функция NAT)"]
    Router -->|"Частный IP (192.168.1.2)"| PC["ПК папы"]
    Router -->|"Частный IP (192.168.1.3)"| Smartphone["Смартфон мамы"]
    Router -->|"Частный IP (192.168.1.4)"| TV["Смарт-ТВ"]

«Настоящий адрес (глобальный IP-адрес)», предоставляемый маршрутизатору провайдером, всего один. Маршрутизатор назначает «временный адрес (частный IP-адрес)», который можно использовать только дома, каждому терминалу в семье, и при каждом взаимодействии маршрутизатор действует как представитель, переводит адрес и взаимодействует с интернетом. Благодаря этой технологии десятки миллиардов устройств по всему миру делят между собой ограниченные глобальные IP-адреса, экономя их, и поэтому мир IPv4 как-то умудряется не рухнуть.

5. Появление спасителя следующего поколения «IPv6»

Однако NAT — это лишь временная мера, которая не является фундаментальным решением. Кроме того, процесс преобразования адреса при каждом соединении также вызывает задержки.

Вот где на сцену выходит протокол следующего поколения IPv6. Адреса IPv6 были расширены до 128 битов, и их количество составляет «2 в 128-й степени», то есть астрономическое число около 340 ундециллионов (в 1 триллион раз по 1 триллиону раз больше, чем 340 триллионов). Часто говорят: «Даже если каждому зернышку песка на Земле присвоить IP-адрес, их все равно останется с избытком».

6. Заключение

Переход от IPv4 к IPv6 — это грандиозный инфраструктурный проект глобального масштаба. Из-за отсутствия совместимости всем маршрутизаторам, провайдерам и веб-серверам в интернете необходимо поддерживать IPv6, и в настоящее время продолжается переходный период, в котором сосуществуют оба стандарта. История IPv4, когда первые разработчики думали, что «4,3 миллиарда будет достаточно», — это интересный урок, который рассказывает нам о том, насколько сложно делать прогнозы в мире ИТ и насколько взрывным было развитие человеческих технологий (особенно мобильных и IoT).