Τι είναι η διεύθυνση IPv4;

Το IPv4 είναι η πρώτη έκδοση του Πρωτοκόλλου Διαδικτύου που κυκλοφόρησε από το Υπουργείο Άμυνας των Ηνωμένων Πολιτειών στο Δίκτυο Οργανισμών Προηγμένων Ερευνητικών Έργων (ARPANET). Είναι σε θέση να παράγει δισεκατομμύρια διευθύνσεις IP που είναι ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά του IPv4. Από τότε που κυκλοφόρησε το IPv4 το 1983, βρισκόμαστε στα πρόθυρα εξάντλησης των διευθύνσεων IP με την εμφάνιση περισσότερων συσκευών IoT. Σε αυτό το άρθρο μαζί με την εκμάθηση της διεύθυνσης IPv4, θα διαβάσετε και για τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του IPv4.

Τι είναι η διεύθυνση IPv4;

Το IPv4 είναι η πρώτη έκδοση του Πρωτοκόλλου Διαδικτύου. Χρησιμοποιεί χώρο διευθύνσεων 32 bit, που είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη διεύθυνση IP. Αυτή η διεύθυνση 32-bit γράφεται ως τέσσερις αριθμοί που χωρίζονται με δεκαδικό. Κάθε σύνολο αριθμών ονομάζεται οκτάδα. Οι αριθμοί σε κάθε οκτάδα κυμαίνονται από 0-255. Το IPv4 είναι ικανό να δημιουργήσει 4,3 δισεκατομμύρια μοναδικές διευθύνσεις IP. Ένα παράδειγμα του τι είναι IPv4 διεύθυνση είναι 234.123.42.65. Περαιτέρω στο άρθρο, θα δούμε επίσης πώς να μετατρέψετε τη διεύθυνση IPv4 σε δυαδικό κώδικα χρησιμοποιώντας τη μέθοδο IPv4 σε δυαδικό μετατροπέα.

Μέρη του IPv4

Μια διεύθυνση IP αποτελείται από τρία μέρη:

• Δίκτυο: Αυτό το τμήμα της διεύθυνσης IP προσδιορίζει το δίκτυο στο οποίο ανήκει η διεύθυνση IP. Η αριστερή πλευρά της διεύθυνσης IP ονομάζεται τμήμα δικτύου.

• Host: Το τμήμα Host μιας διεύθυνσης IP συνήθως διαφέρει μεταξύ τους για να προσδιορίσει μοναδικά τη συσκευή στο Διαδίκτυο. Ωστόσο, το τμήμα δικτύου είναι παρόμοιο για κάθε κεντρικό υπολογιστή στο δίκτυο.

Για παράδειγμα, τα τμήματα Network και Host αυτής της διεύθυνσης IP (234.123.42.65) είναι:

234
123
42
65
Τμήμα Δικτύου
Μέρος υποδοχής

• Αριθμός υποδικτύου: Είναι προαιρετικό μέρος της διεύθυνσης IP. Είναι η κατάτμηση μιας διεύθυνσης IP σε πολλά μικρότερα τμήματα. Βοηθά τη διασύνδεση των δικτύων και μειώνει την κίνηση.

Μετατροπή διευθύνσεων IPv4 σε δυαδικό κώδικα

Ενώ χρησιμοποιούμε το IPv4 ως αριθμητική διεύθυνση 32-bit, οι υπολογιστές και τα δίκτυα λειτουργούν με τη δυαδική γλώσσα. Ας καταλάβουμε πώς μια διεύθυνση IP μετατρέπεται σε δυαδική γλώσσα χρησιμοποιώντας τη μέθοδο IPv4 σε δυαδικό μετατροπέα. Όπως διαβάσαμε νωρίτερα για το τι είναι οκτάδα, τα bits σε κάθε οκτάδα συμβολίζονται με έναν αριθμό. Θα δούμε τώρα πώς να χρησιμοποιήσετε ένα Οκταδικό Διάγραμμα 8-bit. Αποτελείται από έναν αριθμό που αντιπροσωπεύει την τιμή κάθε bit.

Αυτή είναι η διεύθυνση IP: 234.123.42.65, την οποία θα μετατρέψουμε σε δυαδική γλώσσα χρησιμοποιώντας το γράφημα οκτάδας. Κάθε bit στην οκτάδα αντιπροσωπεύεται είτε ως 1 είτε ως 0. Η πρώτη οκτάδα αποτελείται από τον αριθμό 234. Τώρα θα πρέπει να μάθουμε ποιοι αριθμοί από το γράφημα οκτάδας αθροίζονται σε 234. Οι αριθμοί που αθροίζονται σε 234 είναι 128+ 64+32+8+2. Ομοίως, όλοι οι αριθμοί που αθροίζονται αντιπροσωπεύονται με 1, ενώ οι υπόλοιποι αριθμοί αντιπροσωπεύονται με 0.

128
64
32
16
8
4
2
1
1
1
1
0
1
0
1
0

Έτσι, ο δυαδικός αριθμός για το 234 βγαίνει 11101010. Ομοίως, αυτή η διαδικασία πραγματοποιείται με όλες τις οκτάδες.

128
64
32
16
8
4
2
1
123
0
1
1
1
1
0
1
1
42
0
0
1
0
1
0
1
0
65
0
1
0
0
0
0
0
1

Επομένως, η δυαδική γλώσσα για τη διεύθυνση IP 234.123.42.65 είναι 11101010.01111011.00101010.01000001

Μοντέλο IPv4–OSI

Ο Διεθνής Οργανισμός Προτύπων έχει δώσει το μοντέλο OSI για τα συστήματα επικοινωνίας. OSI σημαίνει Open System Interconnection. Αυτό το μοντέλο αποτελείται από επίπεδα που εξηγούν πώς ένα σύστημα πρέπει να επικοινωνεί με ένα άλλο χρησιμοποιώντας διαφορετικό πρωτόκολλο. Κάθε επίπεδο παίζει καθοριστικό ρόλο στο σύστημα επικοινωνίας. Το μοντέλο OSI αποτελείται από τα ακόλουθα επίπεδα:

• Εφαρμογή (Επίπεδο 7): Το Επίπεδο Εφαρμογής είναι το πιο κοντινό στο χρήστη. Η κύρια λειτουργία του επιπέδου είναι να λαμβάνει και να εμφανίζει δεδομένα από και προς τους χρήστες. Αυτό το επίπεδο βοηθά στη δημιουργία επικοινωνίας μέσω των χαμηλότερων επιπέδων με την εφαρμογή στην άλλη πλευρά. Για παράδειγμα, TelNet και FTP.

• Παρουσίαση (Επίπεδο 6): Το Επίπεδο Παρουσίασης προορίζεται για επεξεργασία. Το τμήμα επεξεργασίας περιλαμβάνει είτε τη μετατροπή δεδομένων από τη μορφή εφαρμογής στη μορφή δικτύου ή από τη μορφή δικτύου στη μορφή εφαρμογής. Για παράδειγμα, κρυπτογράφηση και αποκρυπτογράφηση δεδομένων.

• Περίοδος λειτουργίας (Επίπεδο 5): Το επίπεδο περιόδου λειτουργίας τίθεται σε εφαρμογή όταν δύο υπολογιστές πρέπει να επικοινωνήσουν. Αυτές οι συνεδρίες δημιουργούνται σε περίπτωση που απαιτείται απάντηση από τον χρήστη. Αυτό το επίπεδο είναι υπεύθυνο για τη ρύθμιση, τον συντονισμό και τη λήξη της συνεδρίας. Για παράδειγμα, επαλήθευση κωδικού πρόσβασης.

• Μεταφορά (Επίπεδο 4): Το επίπεδο μεταφοράς διασφαλίζει όλες τις πτυχές της μετάδοσης δεδομένων από το ένα δίκτυο στο άλλο, συμπεριλαμβανομένης της ποσότητας, της ταχύτητας και του προορισμού των δεδομένων. Το TCP/IP και το UDP λειτουργούν σε αυτό το επίπεδο. Λαμβάνει δεδομένα από τα παραπάνω επίπεδα, τα αναλύει σε μικρότερα κομμάτια που ονομάζονται τμήματα και τα παραδίδει περαιτέρω στο επίπεδο δικτύου.

• Δίκτυο (Επίπεδο 3): Το Επίπεδο Δικτύου είναι υπεύθυνο για τη δρομολόγηση των πακέτων ή των τμημάτων δεδομένων στον προορισμό τους. Για να είμαστε συγκεκριμένοι, αυτό το επίπεδο επιλέγει αποτελεσματικά τη σωστή διαδρομή για να φτάσει στο σωστό σημείο.

• Σύνδεσμος δεδομένων (Επίπεδο 2): Το επίπεδο σύνδεσης δεδομένων είναι υπεύθυνο για τη μεταφορά των δεδομένων πηγής από το πρώτο επίπεδο, που είναι το φυσικό επίπεδο, στα προαναφερθέντα επίπεδα. Αυτό το επίπεδο είναι επίσης υπεύθυνο για τη διόρθωση των σφαλμάτων που εμφανίζονται κατά τη μεταφορά.

• Φυσικό (Επίπεδο 1): Το φυσικό επίπεδο είναι το τελευταίο επίπεδο του μοντέλου OSI. Αυτό το επίπεδο περιλαμβάνει τη δομή επικοινωνίας και τα στοιχεία υλικού, όπως ο τύπος και το μήκος του καλωδίου, οι διατάξεις των ακροδεκτών, η τάση κ.λπ.

Δομή πακέτου IPv4

Ένα πακέτο IPv4 αποτελείται από δύο μέρη: κεφαλίδα και δεδομένα. Είναι ικανό να μεταφέρει 65.535 byte. Το μήκος μιας κεφαλίδας IP κυμαίνεται από 20 έως 60 byte. Η κεφαλίδα περιλαμβάνει τον κεντρικό υπολογιστή και τη διεύθυνση προορισμού, καθώς και άλλα πεδία πληροφοριών που βοηθούν το πακέτο δεδομένων να φτάσει στον προορισμό.

Κεφαλίδα πακέτου IPv4

Μια κεφαλίδα πακέτου IPv4 έχει 13 υποχρεωτικά πεδία. Ας τους κατανοήσουμε και τους ρόλους τους:

• Έκδοση: Είναι ένα πεδίο κεφαλίδας 4 bit. Παρέχει πληροφορίες σχετικά με την τρέχουσα έκδοση της IP που χρησιμοποιείται.

• Μήκος κεφαλίδας Internet (IHL): Αυτό είναι το μήκος ολόκληρης της κεφαλίδας IP.

• Τύπος υπηρεσίας: Αυτό το πεδίο παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη σειρά των πακέτων στη μετάδοση.

• Συνολικό μήκος: Αυτό το πεδίο υποδηλώνει το συνολικό μήκος της κεφαλίδας IP. Το ελάχιστο μέγεθος για αυτό το πεδίο είναι 20 byte, ενώ το μέγιστο μέγεθος φτάνει τα 65.535 byte.

• Identification: Το πεδίο Identification του τμήματος κεφαλίδας βοηθά στον εντοπισμό των διαφορετικών τμημάτων των πακέτων που διαχωρίζονται κατά τη μετάδοση δεδομένων.

• ECN: Το ECN σημαίνει ρητή ειδοποίηση συμφόρησης. Αυτό το πεδίο είναι υπεύθυνο για τον έλεγχο του υπερπληθυσμού των πακέτων στη διαδρομή μετάδοσης.

• Σημαίες: Αυτό είναι ένα πεδίο 3-bit που υποδεικνύει εάν ένα πακέτο IP απαιτείται να κατακερματιστεί ή όχι σύμφωνα με το μέγεθος δεδομένων του.

• Fragment Offset: Το Fragment Offset είναι ένα πεδίο 13 bit. Επιτρέπει την ακολουθία και την τοποθέτηση των κατακερματισμένων δεδομένων σε ένα πακέτο IP.

• Time to Live (TTL): Είναι ένα σύνολο τιμών που αποστέλλονται μαζί με κάθε πακέτο δεδομένων, με σκοπό να αποφευχθεί η περικύκλωση του πακέτου δεδομένων. Η αριθμητική τιμή που προσαρτάται σε κάθε πακέτο IP μειώνεται κατά ένα αφού συναντήσει κάθε δρομολογητή στη διαδρομή του. Μόλις η τιμή TTL φτάσει το ένα, το πακέτο IP διαγράφεται.

• Πρωτόκολλο: Το πρωτόκολλο είναι ένα πεδίο 8-bit που είναι υπεύθυνο για τη μεταφορά πληροφοριών του επιπέδου δικτύου σχετικά με το πρωτόκολλο στο οποίο ανήκει ένα πακέτο IP.

• Άθροισμα ελέγχου κεφαλίδων: Αυτό το πεδίο αναλαμβάνει τον εντοπισμό σφαλμάτων επικοινωνίας στις κεφαλίδες και στα ληφθέντα πακέτα δεδομένων.

• Διεύθυνση IP πηγής: Αυτό είναι ένα πεδίο 32-bit, το οποίο αποτελείται από τη διεύθυνση IPv4 του αποστολέα.

• Διεύθυνση IP προορισμού: Αυτό είναι ένα πεδίο 32 bit, το οποίο αποτελείται από τη διεύθυνση IPv4 του δέκτη.

• Επιλογές: Το πεδίο Επιλογές τίθεται σε χρήση όταν το μήκος του IHL είναι μεγαλύτερο από 5.

Τώρα, ας μάθουμε για τα χαρακτηριστικά του πρωτοκόλλου IPv4 και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του IPv4.

Χαρακτηριστικά του IPv4

Παρακάτω αναφέρονται τα χαρακτηριστικά του IPv4:

• Το IPv4 χρησιμοποιεί μια διεύθυνση IP 32-bit.
• Οι αριθμοί στη διεύθυνση χωρίζονται με δεκαδικό που ονομάζεται τελεία.
• Αποτελείται από τύπους διεύθυνσης unicast, multicast και εκπομπής.
• Το IPv4 είναι δομημένο με δώδεκα πεδία κεφαλίδας.
• Το Virtual Length Subnet Mask (VLSM) υποστηρίζεται από το IPv4.
• Χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο ανάλυσης διεύθυνσης ανάρτησης για αντιστοίχιση στη διεύθυνση Mac.
• Τα δίκτυα σχεδιάζονται με DHCP (Dynamic Host Configuration Program) ή με χρήση χειροκίνητης λειτουργίας.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του IPv4

Ας ρίξουμε μια ματιά στα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του IPv4:

Πλεονεκτήματα του IPv4

• Η κατανομή και η συμβατότητα του δικτύου του IPv4 είναι αξιέπαινη.
• Διαθέτει παραγωγική υπηρεσία δρομολόγησης.
• Οι διευθύνσεις IPv4 παρέχουν τέλεια κωδικοποίηση.
• Μπορεί εύκολα να συνδεθεί σε πολλές συσκευές μέσω δικτύου.
• Είναι το συγκεκριμένο μέσο επικοινωνίας, κυρίως στον οργανισμό multicast.

Μειονεκτήματα του IPv4

• Οι διευθύνσεις IPv4 βρίσκονται στα όρια της εξάντλησης.
• Η διαχείριση του συστήματος IPv4 είναι εντατική, πολύπλοκη και αργή.
• Παρέχει αναποτελεσματική και ανεπαρκή δρομολόγηση Διαδικτύου.
• Το προαιρετικό χαρακτηριστικό ασφαλείας του.

Ως εκ τούτου, αυτά ήταν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του πρωτοκόλλου IPv4.

***

Αν και, έχει συμβεί μια στροφή στην προηγμένη έκδοση του IPv4 που είναι το IPv6. Παρά την εξάντληση των διευθύνσεων IPv4, εξακολουθεί να χρησιμοποιείται λόγω της συμβατότητάς του. Ελπίζουμε ότι το έγγραφό μας σας καθοδήγησε πολύ καλά στο να μάθετε τι είναι η διεύθυνση IPv4. Αφήστε τις απορίες ή τις προτάσεις σας, εάν υπάρχουν, στην παρακάτω ενότητα σχολίων.