Основи мережевої адресації: IP-адреси та маски підмереж¶

Вступ¶

Цей гайд пояснює базові концепції мережевої адресації — як комп'ютери знаходять один одного в мережі, що таке IP-адреса, навіщо потрібні маски підмереж, і як це все працює разом.

Частина 1: Що таке IP-адреса?¶

Аналогія з поштовою адресою¶

IP-адреса — це як поштова адреса для комп'ютера в мережі. Коли ти відправляєш листа, потрібно вказати:
- Країну
- Місто
- Вулицю
- Номер будинку

IP-адреса працює схоже — вона вказує де саме в мережі знаходиться пристрій.

Формат IPv4 адреси¶

IPv4 адреса складається з 4 чисел (октетів), розділених крапками:

192.168.1.100
 │   │   │  │
 │   │   │  └── Четвертий октет (0-255)
 │   │   └───── Третій октет (0-255)
 │   └───────── Другий октет (0-255)
 └───────────── Перший октет (0-255)

Кожен октет — це число від 0 до 255.

Чому саме 0-255?¶

Кожен октет — це 8 біт (1 байт). В двійковій системі:
- 8 біт можуть представити числа від 00000000 до 11111111
- В десятковій системі це 0-255
- Всього 256 можливих значень

Двійково:    11000000.10101000.00000001.01100100
Десятково:   192     .168     .1       .100

Загальна кількість IPv4 адрес¶

4 октети × 8 біт = 32 біти

2³² = 4,294,967,296 адрес (приблизно 4.3 мільярди)

Здається багато? Насправді це вже замало для сучасного інтернету!

Частина 2: Структура IP-адреси¶

Дві частини адреси¶

Кожна IP-адреса складається з двох частин:

┌─────────────────────┬─────────────────────┐
│   МЕРЕЖЕВА ЧАСТИНА  │   ХОСТОВА ЧАСТИНА   │
│   (Network ID)      │   (Host ID)         │
├─────────────────────┼─────────────────────┤
│   Визначає мережу   │   Визначає пристрій │
│   (вулиця)          │   (номер будинку)   │
└─────────────────────┴─────────────────────┘

Приклад:

IP: 192.168.1.100
    └──┬───┘ └┬┘
       │      └── Хост #100 в цій мережі
       └───────── Мережа 192.168.1.x

Звідки знати де закінчується мережа і починається хост?¶

Саме для цього потрібна маска підмережі (subnet mask)!

Частина 3: Маска підмережі¶

Що таке маска?¶

Маска підмережі — це спеціальне число, яке показує яка частина IP-адреси відноситься до мережі, а яка — до хоста.

Формат маски¶

Маска виглядає як IP-адреса:

255.255.255.0

Але в двійковому вигляді вона особлива — спочатку йдуть всі одиниці, потім всі нулі:

255  .255  .255  .0
│      │      │    │
▼      ▼      ▼    ▼
11111111.11111111.11111111.00000000
└────────────┬───────────┘└───┬────┘
             │                │
        Мережева           Хостова
        частина            частина

Як маска працює?¶

Маска накладається на IP-адресу:
- Де в масці 1 — це мережева частина
- Де в масці 0 — це хостова частина

IP-адреса:    192.168.1.100
              11000000.10101000.00000001.01100100

Маска:        255.255.255.0
              11111111.11111111.11111111.00000000
              ├────────────────────────┤├───────┤
                    Мережа (24 біти)    Хост (8 біт)

Результат:    Мережа = 192.168.1.0
              Хост = .100

CIDR нотація (скорочений запис)¶

Замість писати повну маску, можна вказати кількість "одиничних" біт:

Маска	CIDR	Біти мережі	Біти хоста
255.0.0.0	/8	8	24
255.255.0.0	/16	16	16
255.255.255.0	/24	24	8
255.255.255.128	/25	25	7
255.255.255.192	/26	26	6
255.255.255.224	/27	27	5
255.255.255.240	/28	28	4
255.255.255.248	/29	29	3
255.255.255.252	/30	30	2

Приклад записів:

192.168.1.100/24     = 192.168.1.100 з маскою 255.255.255.0
10.0.0.1/8           = 10.0.0.1 з маскою 255.0.0.0
172.16.0.1/16        = 172.16.0.1 з маскою 255.255.0.0

Частина 4: Розрахунок підмереж¶

Скільки хостів в підмережі?¶

Формула: 2^(кількість нульових біт) - 2

Чому мінус 2?
- Перша адреса — адреса мережі (network address)
- Остання адреса — широкомовна адреса (broadcast)

Маска	Біти хоста	Всього адрес	Доступно хостів
/24	8	256	254
/25	7	128	126
/26	6	64	62
/27	5	32	30
/28	4	16	14
/29	3	8	6
/30	2	4	2

Приклад розрахунку для 192.168.1.0/24¶

Мережа:     192.168.1.0/24
Маска:      255.255.255.0

Адреса мережі:      192.168.1.0     (не можна присвоїти хосту)
Перший хост:        192.168.1.1
Останній хост:      192.168.1.254
Broadcast:          192.168.1.255   (не можна присвоїти хосту)

Всього хостів:      254

Приклад розрахунку для 192.168.1.0/26¶

Мережа:     192.168.1.0/26
Маска:      255.255.255.192

Чому 192? В двійковій: 11000000 = 128 + 64 = 192

Адреса мережі:      192.168.1.0
Перший хост:        192.168.1.1
Останній хост:      192.168.1.62
Broadcast:          192.168.1.63

Всього хостів:      62

Частина 5: Приватні та публічні адреси¶

Публічні адреси¶

Унікальні адреси в глобальному інтернеті. Видаються провайдерами.

Приватні адреси (RFC 1918)¶

Зарезервовані діапазони для локальних мереж:

Діапазон	CIDR	Кількість адрес	Типове використання
10.0.0.0 – 10.255.255.255	10.0.0.0/8	16,777,216	Великі корпоративні мережі
172.16.0.0 – 172.31.255.255	172.16.0.0/12	1,048,576	Середні мережі
192.168.0.0 – 192.168.255.255	192.168.0.0/16	65,536	Домашні мережі

Спеціальні адреси¶

Адреса	Призначення
127.0.0.0/8	Loopback (localhost)
169.254.0.0/16	Link-local (APIPA)
0.0.0.0	"Будь-яка адреса"
255.255.255.255	Глобальний broadcast

Частина 6: Практичні приклади¶

Приклад 1: Домашня мережа¶

Роутер:     192.168.1.1/24
Комп'ютер:  192.168.1.100/24
Телефон:    192.168.1.101/24
Принтер:    192.168.1.200/24

Всі в одній мережі 192.168.1.0/24 — бачать один одного напряму.

Приклад 2: Офіс з відділами¶

Відділ продажів:    192.168.10.0/24  (254 хости)
Відділ розробки:    192.168.20.0/24  (254 хости)
Бухгалтерія:        192.168.30.0/24  (254 хости)
Сервери:            192.168.100.0/24 (254 хости)

Кожен відділ — окрема мережа. Для комунікації між ними потрібен роутер.

Приклад 3: Точка-точка з'єднання¶

Роутер A:   10.0.0.1/30
Роутер B:   10.0.0.2/30

/30 дає тільки 2 хости — ідеально для з'єднання двох роутерів.
Економимо адреси!

Частина 7: Як визначити чи хости в одній мережі?¶

Алгоритм¶

Візьми IP-адресу першого хоста
Застосуй маску (AND операція)
Отримай адресу мережі
Повтори для другого хоста
Якщо адреси мережі однакові — хости в одній мережі

Приклад¶

Хост A: 192.168.1.100/24
Хост B: 192.168.1.200/24
Хост C: 192.168.2.50/24

Хост A: 192.168.1.100 AND 255.255.255.0 = 192.168.1.0
Хост B: 192.168.1.200 AND 255.255.255.0 = 192.168.1.0
Хост C: 192.168.2.50  AND 255.255.255.0 = 192.168.2.0

Результат: A і B в одній мережі, C — в іншій.

Швидка шпаргалка¶

Швидкий розрахунок¶

/24 = 256 адрес, крок 1
/25 = 128 адрес, крок 128
/26 = 64 адреси, крок 64
/27 = 32 адреси, крок 32
/28 = 16 адрес, крок 16
/29 = 8 адрес, крок 8
/30 = 4 адреси, крок 4

Наступна частина: IPv6 адресація

CIDR	Маска	Хостів	Використання
/8	255.0.0.0	16M	Величезні мережі
/16	255.255.0.0	65K	Великі організації
/24	255.255.255.0	254	Стандартна LAN
/25	255.255.255.128	126	Половина /24
/26	255.255.255.192	62	Четвертина /24
/27	255.255.255.224	30	Невеликий офіс
/28	255.255.255.240	14	Мала група
/29	255.255.255.248	6	DMZ, сервери
/30	255.255.255.252	2	Point-to-point
/32	255.255.255.255	1	Один хост