IPv4的講解？

1.1 介紹

定義

IPv4（Internet Protocol Version 4）協(xié)議族是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議族。它工作在TCP/IP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)層，該層與OSI參考模型的網(wǎng)絡(luò)層相對應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)層提供了無連接數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，即網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送分組時不需要先建立連接，每一個分組（也就是IP數(shù)據(jù)報文）獨(dú)立發(fā)送，與前后的分組無關(guān)。

目的

網(wǎng)絡(luò)層的IPv4協(xié)議族為數(shù)據(jù)鏈路層和傳輸層實(shí)現(xiàn)互通提供了保障。IPv4協(xié)議族可以屏蔽各鏈路層的差異，為傳輸層提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)層傳輸標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 原理描述

1.2.1 IPv4簡介

IPv4協(xié)議族

IPv4協(xié)議族是TCP/IP協(xié)議族中最為核心的協(xié)議族。IPv4協(xié)議族主要包括地址解析協(xié)議ARP（Address Resolution Protocol）、逆地址解析協(xié)議RARP（Reverse Address Resolution Protocol）、互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(xié)議ICMP（Internet Control Message Protocol）、傳輸控制協(xié)議TCP（Transmission Contronl Protocol）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP（User Datagram Protocol）等協(xié)議。

從圖以看出來，ARP和RARP的功能是地址解析，介于數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層之間，所以常常被調(diào)用。ICMP協(xié)議的功能是為了更有效地轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報文和提高數(shù)據(jù)報文交付成功的機(jī)會，是介于網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層之間的協(xié)議。

ARP協(xié)議

ARP是用來將IP地址解析為MAC地址的協(xié)議，可以分為動態(tài)和靜態(tài)兩種類型。另外ARP還有擴(kuò)展應(yīng)用功能，包括Proxy ARP功能、免費(fèi)ARP、ARP安全以及ARP-Ping。

RARP協(xié)議

RARP和ARP正好相反，是將主機(jī)的MAC地址解析為IP地址的協(xié)議。

ICMP協(xié)議

為了更有效地轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報文和提高數(shù)據(jù)報文交付成功的機(jī)會，在網(wǎng)絡(luò)層使用ICMP協(xié)議。ICMP允許主機(jī)或路由器報告差錯情況和提供有關(guān)異常情況的報告。ICMP報文作為IP層數(shù)據(jù)報文的數(shù)據(jù)，加上數(shù)據(jù)報文的首部，組成IP數(shù)據(jù)報文發(fā)送出去。

1.2.2 IPv4地址

在IP網(wǎng)絡(luò)上，如果用戶要將一臺計算機(jī)連接到Internet上，就需要向因特網(wǎng)服務(wù)提供方ISP（Internet Service Provider）申請一個IP地址。

IP地址是在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中被用來唯一標(biāo)識一臺設(shè)備的一組數(shù)字。IPv4地址由32位二進(jìn)制數(shù)值組成，但為了便于用戶識別和記憶，采用了“點(diǎn)分十進(jìn)制表示法”。采用了這種表示法的IP地址由4個點(diǎn)分十進(jìn)制整數(shù)來表示，每個十進(jìn)制整數(shù)對應(yīng)一個字節(jié)。例如，IPv4地址使用二進(jìn)制的表示形式為00001010 00000001 00000001 00000010，采用點(diǎn)分十進(jìn)制表示法表示為10.1.1.2。

IPv4地址由如下兩部分組成：

網(wǎng)絡(luò)號碼字段（Net-id）。IP地址的網(wǎng)絡(luò)號碼字段用來標(biāo)識一個網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)號碼字段的前幾位用來區(qū)分IP地址的類型。

主機(jī)號碼字段（Host-id）。主機(jī)號碼字段用來區(qū)分一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的不同主機(jī)。對于網(wǎng)絡(luò)號相同的設(shè)備，無論實(shí)際所處的物理位置如何，它們都是處在同一個網(wǎng)絡(luò)中。

IPv4地址的特點(diǎn)

IPv4地址的主要特點(diǎn)有：

IP地址是一種非等級的地址結(jié)構(gòu)，IP地址不能反映任何有關(guān)主機(jī)位置的地理信息，只能通過網(wǎng)絡(luò)號碼字段判斷出主機(jī)屬于哪個網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)一臺主機(jī)同時連接到兩個網(wǎng)絡(luò)上時，該主機(jī)就必須同時具有兩個相應(yīng)的IP地址，其網(wǎng)絡(luò)號碼Net-id是不同的，這種主機(jī)稱為多地址主機(jī)（Multihomed Host）。主機(jī)上的每個接口都對應(yīng)著一個IP地址，因此多接口主機(jī)會有多個IP地址。

在IP地址中，所有分配到網(wǎng)絡(luò)號碼Net-id的網(wǎng)絡(luò)都是平等的。

IPv4地址分類

為了方便IP地址的管理及組網(wǎng)，IP地址分成五類，

目前大量使用的IP地址屬于A、B、C三類IP地址中的一種。D類地址是組播地址，E類地址保留。A、B、C、D、E類的類別字段分別是二進(jìn)制數(shù)0、10、110、1110、1111，通過網(wǎng)絡(luò)號碼字段的前幾個比特就可以判斷IP地址屬于哪一類，這是區(qū)分各類地址最簡單的方法。在IETF（Internet Engineering Task Force）發(fā)布的RFC1166 Internet Numbers中詳細(xì)描述了各類IP地址。

在使用IP地址時要注意，一些IP地址是保留作為特殊用途的，一般的用戶不能使用。表1-1列出各類IP地址的范圍。