Internet

IP-osoite

IP-osoite, eli Internet Protocol -osoite, on numero, joka yksilöi jokaisen tietokoneen joka on kytketty Internet-verkkoon. Se on Internetin alimman tason protokolla, ja kaikki Internet-verkon tietoliikenne kulkee IP-paketteina. IP-osoitteen perusteella IP-paketti löytää perille ja vastaukset tulevat takaisin. Tyypillisesti IP-osoitteita ei käytetä suoraan vaan DNS-järjestelmä muuttaa selväkieliset osoitteet (esim. www.suomi.fi) IP-osoitteiksi.

Protokollat

Tietoliikenteen toiminnan ja sanomarakenteiden määrittelyä sanotaan yhteyskäytännöksi, eli protokollaksi, ja koska päälaitteet ovat tietokoneita se pitää määritellä tarkasti. Protokolleja voitaisiin verrata siihen, miten ihmisten välisessä kommunikoinnissa osapuolet tietävät miten keskustelu aloitetaan, miten vuoropuhelu etenee, miten käyttäydytään häiriötilanteissa ja miten keskustelu päätetään.

Tietoliikennetehtävät jaetaan kerroksiin, jossa jokainen kerros vastaa vain sille määritellyistä tehtävistä. Jokainen kerros tarjoaa palvelun seuraavalle ylemmälle kerrokselle SAP-rajapinnan (Service Access Point) kautta, ja jokainen kerros keskustelee vain vertaiskerroksensa (Peer Layer) kanssa ja lisää tätä varten dataan otsikon. Otsikko ja data muodostavat kyseisen kerroksen protokolladatayksikön (PDU).

Kerroskohtaiset protokollat määritellään standarteissa, ja joka kerrokselle tarvitaan oma protokolla. Aseman protokollien kokonaisuutta sanotaan protokollapinoksi. Saman kerroksen eri toteutukset ovat vaihtokelpoisia, koska rajapinnat ovat samanlaisia.

IPv (IP -versio)

IPv4 on edelleen yleisempi käytössä, vaikka IPv6 onkin kehitetty. Kaikki käytössä olevat verkkolaitteet eivät kuitenkaan tue IPv6-protokollaa.

IPv4-protokollan heikkoutena on osoiteavaruuden ”pienuus”, 32 bittiä, jolloin verkossa voi olla ”vain” noin neljä miljardia solmua. IPv6-protokollassa osoiteavaruus on 128 bittinen, tarjoten näin lähes ”rajattoman” määrän IP-osoitteita.

IPv4-osoitteiden loppumista on kyetty siirtämään käyttämällä osoitteenmuunnostekniikoita ja muuttamalla IP-osoitteiden jakamista tehokkaammaksi. Osoitteenmuutoksien avulla suurikin joukko koneita voi jakaa yhtä aikaa yhden IP-osoitteen. Toisaalta juuri osoitteenmuunnostekniikat vaikeuttavat monien uusien palvelujen, kuten IP-puheen tai vertaisverkkojen, käyttöä. Osoitteiden jakamista on tehostettu jakamalla organisaatioille entistä sopivamman kokoisia osoitenippuja, mikä on vähentänyt käyttämättömien mutta varattujen osoitteiden määrää.

IP-osoite on 32-bittinen luku (0 – 4294967295) ja se kirjoitetaan neljän kahdeksanbittisen luvun (0 – 255) jonona, jotka on erotettu pistein. Luku esitetään desimaalilukuna. Vaikka esitystapa on kömpelö, erityisesti aliverkkojen määrittelyssä, muut esitystavat ovat äärimmäisen harvinaisia. Osoite 145.97.39.155 tarkoittaa siis binäärisenä osoitetta 1001 0001 0110 0001 0010 0111 1001 1011.

IPv6-osoite esitetään heksalukuina, kahdeksan heksadesimaalimerkin ryhmänä (numerot 0 – 9 ja kirjaimia A – F) kaksoispistein erotettuina, esim.  3ffe:ffff:0000:2f3b:02aa:00ff:fe28:9c5a. Osan alussa olevat nollat voidaan jättää pois, esim. 3ffe:ffff:0:2f3b:2aa:ff:fe28:9c5a. Kaksi kaksoispistettä tarkoittaa sitä, että osoitetta on lyhennetty jättämällä pelkkiä nollia sisältävä osoitteen osa pois, esim. IPv6-osoite fe80:0:0:0:2aa:ff:fe9a:4ca2 voidaan kirjoittaa seuraavasti fe80::2aa:ff:fe9a:4ca2.

Osoiteavaruudet (IPv4)

IANA ja alueelliset RIR-organisaatiot (Euroopassa RIPE) jakavat osoitteita operaattoreille. Nämä jaetaan osoiteavaruuksina, joissa operaattori saa kaikki osoitteet, jossa on sama alkuosa. Samalla operaattorilla voi olla useita osoiteavaruuksia. Internetin ylimmän tason reititys perustuu näihin osoiteavaruuksiin.

Alun perin IP-osoitteet jaettiin viiteen eri osoiteluokkaan. Tällöin osoitteesta pystyi päättelemään operaattoriosan. Tästä kuitenkin luovuttiin, koska IP-osoitteita tarvittiin käyttöön tarkemmalla osoiteavaruusjaolla. Luokat olivat:

Verkon luokka	Verkon peite	Verkon osoite
A	255.0.0.0	1.0.0.0 – 126.255.255.255
B	255.255.0	128.0.0.0 – 191.255.255.255
C	255.255.255.0	192.0.0.0 – 223.255.255.255
D (Ryhmälähetys)	255.255.255.0	224.0.0.0 – 239.255.255.255
E (Varattu)	-	240.0.0.0 – 255.255.255.255

IP-paketti

IP-paketti on Internet-protokollan perusyksikkö. Kaikki Internetistä liikennöitävä tieto pakataan IP-paketteihin, joita Internetin reitittimet siirtelevät keskenään. IP-paketin omissa otsakkeissa tärkein tieto on kohdeosoite. Se on itse asiassa ainoa tieto koko IP-paketissa ml. sisimmät otsakkeet, jota pakettia kuljettavat reitittimet yleensä tutkivat. Tästä syystä IP-osoitteen väärentäminen on useimmiten helppoa. Vastaanottajaa taas useimmiten kiinnostaa eniten lähdeosoite, johon hän lähettää vastauksena.

Periaatteessa IP-paketin maksimikoko on 65 535 tavua, mutta useimmiten liikennöivät koneet pyrkivät käyttämään suurinta mahdollista 2.tason verkkotekniikoille sopivaa pakettikokoa, joka on yleisesti n. 1500 tavua tai jopa vain 500 tavua. Mikäli koneet lähettävät sitä suurempia paketteja, joutuu liian ahtaan verkon reunalla oleva laite lohkomaan paketit pienempiin osiin. Jottei hidasta lohkomista tapahtuisi, liikennöivät koneet pyrkivät tunnistamaan ahtaimman verkon, jota väliltä löytyy.

Aliverkot

Usein IP-osoitteen määrittelyn yhteydessä on kerrottava verkon aliverkkopeite. Tämä kuvaa tietokoneen kanssa samassa lähiverkossa olevien tietokoneiden osoitteet. Tämä siis yleensä ei ole sama kuin reitityksen pohjana oleva operaattoriverkko.

Verkko peite (IPv4)

Verkon peitteitä käytetään, kun pitää merkitä se osa osoitteesta, joka kuuluu verkkoon. Peite määritellään kahdella tavalla. Tavallisempi on se, että käytetään samanlaista merkintää kuin osoitteille, mitta luvun bitit joilla on arvo 1 kuvaavat verkko-osoitetta ja nollat kuvaavat aliverkon osoitetta. Esim. 145.97.39.155/255.255.255.0 kuvaa verkon jossa on tietokoneet 145.97.39.1 – 145.97.39.254 (verkon osoitteet 0 ja 255 on varattu erikoiskäyttöön). Toinen tapa kuvata sama verkko on 145.97.39.155/24 eli ensimmäiset 24 bittiä kuvaavat verkkoa.

Kun tietokone lähettää IP-paketin samassa aliverkossa olevalle tietokoneelle, se lähetetään suoraan esim. Ethernet-verkon mekanismeja käyttäen. Jos IP-paketti on menossa aliverkon ulkopuolelle, se aina lähetetään määritellylle välitintietokoneelle (default gateway). Aliverkkoon voi lähettää monilähetysviestin lähettämällä sen aliverkon ylimpään osoitteeseen.

Osoitteenmuunnos (IPv4)

Nykyisin hyvin usein tietokoneita ei ole kytketty suoraan Internet-verkkoon, vaan ne on kytketty osoitteenmuunnoksen (NAT) tekevän reitittimen kautta. Tällöin NAT-muunnin muuttaa osoitteet siten, että yhteydet näyttävät tulevan suoraan NAT-muuntimen osoitteella.

Dynaamiset osoitteet (IPv4)

Tietokoneelle ei nykyään yleensä anneta kiinteää (staattista) IP-osoitetta, vaan tietokone pyytää uuden dynaamisen IP-osoitteen kytkeytyessään verkkoon. Tähän käytetään yleensä DHCP-protokollaa.

Yksityisosoitteet (IPv4)

RFC 1918 määrittää kolme ryhmää IP-osoitteita, jotka on varattu yksityiskäyttöön. Standardin mukaan niitä ei saa reitittää julkisessa Internetissä. Haluttaessa kytkeä Internetiin tietokone, jolla on yksityisosoite, on käytettävä osoitteen muuntavaa reititintä. Yksityisosoitteet ovat:

·       10.0.0.0/255.0.0.0 (eli 10.0.0.1 – 10.255.255.255)

·       172.16.0.0/255.240.0.0 (eli 172.16.0.1 – 172.31.255.255)

·       192.168.0.0/255.255.255.0 (eli 192.168.0.1 – 192.168.255.255)

Paikallisosoitteet (IPv4)

Osoite 127.0.0.1 viittaa aina tietokoneeseen itseensä (localhost). Kaikki 127-alkuiset osoitteet (127.0.0.0/255.0.0.0) ovat käytettävissä tähän tarkoitukseen.

Ryhmälähetys

Alkuperäisen D-luokan osoitteet on tarkoitettu ryhmälähetykseen. Ryhmälähetyksessä viesti lähetetään usealle eri aliverkoissa olevalle vastaanottajalle. 


Lähteet

• Tietoliikenteen perusteet kurssimateriaali, Esa Niiranen