IPv4: подробное объяснение

IPv4-адрес — это 32-битное число, обозначающее сетевой интерфейс. Люди записывают его в десятичной форме с точками: четыре числа от 0 до 255, каждое из которых соответствует 8 битам (октету). 192.0.2.10 на самом деле — 11000000 00000000 00000010 00001010.

32 бита дают около 4,3 миллиарда адресов (2³²). В 1981 году, когда протокол описал RFC 791, этого казалось достаточно. Для сегодняшних миллиардов телефонов, компьютеров и серверов этого мало — поэтому существует IPv6, а большинство сетей IPv4 теперь используют адреса совместно.

Публичный адрес уникален во всём мире и маршрутизируется в интернете. Он есть у вашего домашнего маршрутизатора или мобильного оператора; через него до вас доходят сайты.

Частные адреса (RFC 1918) можно повторно использовать внутри любой сети, и они никогда не маршрутизируются в публичном интернете:

Устройства с частными адресами выходят в интернет через NAT (преобразование сетевых адресов): маршрутизатор переписывает исходящие пакеты так, чтобы они несли его публичный адрес. Поэтому адрес, который показывает этот сайт, обычно принадлежит вашему маршрутизатору, а не ноутбуку.

CGNAT и 100.64.0.0/10

Многие провайдеры, особенно мобильные, добавляют второй уровень NAT — операторский NAT (CGNAT). Тогда маршрутизатор получает адрес из общего диапазона 100.64.0.0/10 (RFC 6598), а сотни клиентов используют один публичный IPv4-адрес. Если WAN-адрес вашего маршрутизатора отличается от показанного здесь, вы, вероятно, за CGNAT.

Бесклассовая междоменная маршрутизация (CIDR, RFC 4632) записывает блок адресов как адрес/длина-префикса. Длина префикса показывает, сколько начальных битов фиксировано — это сетевая часть; остальное — часть узла.

• /24 → 8 бит узла → 256 адресов (например, 192.168.1.0 – 192.168.1.255)
• /16 → 16 бит узла → 65 536 адресов
• /32 → один адрес

В обычной подсети первый адрес — адрес сети, а последний — широковещательный, поэтому в /24 254 пригодных адреса. На соединениях «точка — точка» можно использовать /31, где пригодны оба адреса (RFC 3021).

До CIDR адреса выдавали фиксированными классами — A (/8), B (/16) и C (/24). Классы расходовали пространство впустую, и от них отказались в 1993 году, но термины встречаются до сих пор.

Некоторые блоки IANA зарезервировала для особых целей, и их никогда не выдают клиентам. Таблица ниже построена по реестру адресов специального назначения IANA, по которому этот сайт классифицирует каждый запрос.

IANA передала последние свободные блоки /8 пяти региональным интернет-регистраторам в феврале 2011 года. Затем запасы регистраторов иссякли один за другим — у APNIC в 2011 году, у RIPE NCC, который обслуживает и Эстонию, для обычных выделений в 2019 году. Сегодня новое пространство IPv4 появляется только через передачи на вторичном рынке, где один адрес стоит десятки долларов.

Ответ отрасли состоит из трёх частей: NAT для совместного использования адресов, CGNAT у провайдеров и IPv6, адресное пространство которого делает совместное использование ненужным.