IPv4-adresser: Fordeler, ulemper og komplett guide

Introduksjon til IPv4: En Grunnleggende Protokoll for Internett

IPv4, den første versjonen av internettprotokollen, ble utviklet av det amerikanske forsvarsdepartementet under Advanced Research Projects Agency Network (ARPANET). En av de mest karakteristiske egenskapene til IPv4 er dens evne til å generere milliarder av IP-adresser. Lansert tilbake i 1983, står vi nå overfor en potensiell mangel på IP-adresser, spesielt med den raske økningen av IoT-enheter. Denne artikkelen utforsker hva en IPv4-adresse er, i tillegg til å se på dens fordeler og ulemper.

Hva er en IPv4-adresse?

IPv4 representerer den opprinnelige versjonen av internettprotokollen. Den benytter et 32-biters adresseområde, som har etablert seg som den mest brukte typen IP-adresse. Denne 32-biters adressen er skrevet som fire tall adskilt av punktum, der hver tallgruppe kalles en oktett. Hver oktett kan ha verdier mellom 0 og 255. IPv4 har potensial til å generere rundt 4,3 milliarder unike IP-adresser. Et eksempel på en IPv4-adresse er 234.123.42.65. Vi vil også undersøke hvordan en IPv4-adresse kan omformes til binærkode ved hjelp av en IPv4 til binær konverteringsmetode.

Strukturen til en IPv4-adresse

En IP-adresse består typisk av følgende tre elementer:

• Nettverk: Denne delen av IP-adressen identifiserer nettverket adressen tilhører. Nettverksdelen er den venstre delen av IP-adressen.

• Vert: Vertsdelen varierer mellom enheter for å unikt identifisere dem på Internett. Nettverksdelen er imidlertid den samme for alle enheter innenfor samme nettverk.

For IP-adressen 234.123.42.65, er nettverks- og vertsdelene:

234
123
42
65
Nettverksdel
Vertsdel

• Subnettnummer: En valgfri komponent som deler en IP-adresse inn i mindre segmenter. Dette bidrar til å sammenkoble nettverk og redusere trafikkbelastningen.

Konvertering av IPv4-adresser til Binærkode

Selv om vi bruker IPv4 som en 32-biters numerisk adresse, kommuniserer datamaskiner og nettverk ved hjelp av binærspråket. Vi vil nå utforske prosessen for å konvertere en IP-adresse til binær kode ved hjelp av en IPv4 til binær konverteringsmetode. Hver bit i en oktett har en numerisk verdi. Vi skal bruke et 8-biters oktettdiagram.

La oss bruke IP-adressen 234.123.42.65 og konvertere den til binærkode ved hjelp av oktettdiagrammet. Hver bit i oktetten er representert som enten 1 eller 0. Den første oktetten er tallet 234. Vi må finne kombinasjonen av tall fra oktettdiagrammet som gir summen 234. Disse tallene er 128 + 64 + 32 + 8 + 2. I binærkoden representeres disse tallene med 1, mens de andre tallene i oktetten er 0.

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

Den binære representasjonen av 234 er dermed 11101010. Denne prosessen gjentas for alle oktettene.

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

Den binære representasjonen av IP-adressen 234.123.42.65 er dermed: 11101010.01111011.00101010.01000001.

IPv4 og OSI-modellen

International Organization for Standardization (ISO) har utviklet OSI-modellen for kommunikasjonssystemer. OSI står for Open Systems Interconnection. Modellen består av flere lag som beskriver hvordan et system kommuniserer med et annet gjennom ulike protokoller. Hvert lag har en spesifikk rolle i kommunikasjonssystemet. OSI-modellen består av følgende lag:

• Applikasjon (lag 7): Dette laget er nærmest brukeren og håndterer data som sendes til og fra brukerne. Det etablerer kommunikasjon gjennom de lavere lagene. Eksempler inkluderer Telnet og FTP.

• Presentasjon (lag 6): Håndterer dataformatering, som å konvertere data mellom applikasjonsformat og nettverksformat. Kryptering og dekryptering er eksempler.

• Sesjon (lag 5): Dette laget etablerer, koordinerer og avslutter kommunikasjonssesjoner mellom datamaskiner, spesielt i tilfeller der det kreves en respons fra brukeren. Passordbekreftelse er et eksempel.

• Transport (lag 4): Sørger for at data overføres korrekt fra ett nettverk til et annet, inkludert datamengde, hastighet og destinasjon. TCP/IP og UDP opererer på dette laget. Data brytes ned i mindre segmenter før de sendes videre til nettverkslaget.

• Nettverk (lag 3): Ansvarlig for ruting av datapakker eller segmenter til riktig destinasjon. Dette laget velger effektivt den beste ruten.

• Datalink (lag 2): Overfører data fra det fysiske laget til de høyere lagene og håndterer feil som oppstår under overføringen.

• Fysisk (lag 1): Dette er det laveste laget i OSI-modellen og omhandler kommunikasjonsstrukturen og maskinvarekomponenter som kabeltype, lengde, pinout og spenning.

Strukturen til en IPv4-pakke

En IPv4-pakke består av en header og data, og kan bære opptil 65 535 byte. Lengden på en IP-header varierer fra 20 til 60 byte. Headeren inneholder blant annet kilde- og destinasjonsadressene, samt annen informasjon som bidrar til å levere datapakken til riktig sted.

IPv4-pakkeheader

En IPv4-pakkeheader har 13 obligatoriske felt. La oss se nærmere på deres funksjoner:

• Versjon: Et 4-bits felt som angir IP-versjonen som brukes.

• Internet Header Length (IHL): Angir lengden på IP-headeren.

• Tjenestetype: Gir informasjon om prioriteten av pakkene som sendes.

• Total lengde: Indikerer den totale lengden på IP-pakken. Minimumsstørrelsen er 20 byte og maksimum er 65 535 byte.

• Identifikasjon: Hjelper med å identifisere ulike deler av en pakke som er splittet under dataoverføringen.

• ECN: Explicit Congestion Notification, kontrollerer overbelastning av pakker.

• Flagg: Et 3-bits felt som indikerer om en IP-pakke må fragmenteres basert på datastørrelsen.

• Fragment Offset: Et 13-bits felt som muliggjør rekkefølgen og plasseringen av fragmentert data i en IP-pakke.

• Time to Live (TTL): En verdi som reduseres for hver ruter pakken passerer for å unngå endeløs sirkulering. Når TTL når 1, kasseres pakken.

• Protokoll: Et 8-bits felt som informerer nettverkslaget om hvilken protokoll pakken tilhører.

• Header Checksum: Brukes for å oppdage kommunikasjonsfeil i headeren og de mottatte datapakker.

• Kilde IP-adresse: Et 32-bits felt som inneholder IPv4-adressen til avsenderen.

• Destinasjons IP-adresse: Et 32-bits felt som inneholder IPv4-adressen til mottakeren.

• Alternativer: Valgfritt felt som brukes når IHL-lengden er større enn 5.

La oss nå se på egenskapene til IPv4-protokollen, samt fordeler og ulemper.

Kjennetegn ved IPv4

Her er noen kjennetegn ved IPv4:

• IPv4 benytter en 32-biters IP-adresse.
• Tallene i adressen er adskilt med punktum.
• Den støtter unicast, multicast og kringkastingsadresser.
• IPv4 har tolv headerfelt.
• IPv4 støtter Virtual Length Subnet Mask (VLSM).
• Den bruker Post Address Resolution Protocol (ARP) for å tilordne Mac-adresser.
• Nettverk konfigureres med DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) eller manuelt.

Fordeler og Ulemper med IPv4

Nedenfor er en oversikt over fordeler og ulemper ved IPv4:

Fordeler med IPv4

• God nettverkstildeling og kompatibilitet.
• Effektiv rutetjeneste.
• IPv4-adresser har god koding.
• Kan enkelt kobles til flere enheter i et nettverk.
• Primært kommunikasjonsmiddel, særlig i multicast-konfigurasjoner.

Ulemper med IPv4

• IP-adressene begynner å bli oppbrukt.
• Systemadministrasjon er krevende, kompleks og treg.
• Ineffektiv og utilstrekkelig internettruting.
• Valgfri sikkerhetsfunksjon.

Dette var en oversikt over fordeler og ulemper med IPv4.

***

Selv om det pågår en overgang til IPv6, den mer avanserte versjonen av IPv4, fortsetter IPv4 å være i bruk på grunn av sin kompatibilitet. Vi håper denne dokumentasjonen har gitt god innsikt i hva en IPv4-adresse er. Du er velkommen til å legge igjen spørsmål eller forslag i kommentarfeltet nedenfor.