Pv4簡介
介紹IPv4的定義和目的。
定義
IPv4（Internet Protocol Version 4）協議族是TCP/IP協議族中最為核心的協議族。它工作在TCP/IP協議棧的網絡層，該層與OSI參考模型的網絡層相對應。網絡層提供了無連接數據傳輸服務，即網絡在發送分組時不需要先建立連接，每一個分組（也就是IP數據報文）獨立發送。
目的
網絡層的IPv4協議族為數據鏈路層和傳輸層實現互通提供了保障。IPv4協議族可以屏蔽各鏈路層的差異，為傳輸層提供統一的網絡層傳輸標准。
IPv4協議族
IPv4協議族是TCP/IP協議族中最為核心的協議族。IPv4協議族主要包括地址解析協議ARP（Address Resolution Protocol）、逆地址解析協議RARP（Reverse Address Resolution Protocol）、互聯網控制報文協議ICMP（Internet Control Message Protocol）、傳輸控制協議TCP（Transmission Contronl Protocol）和用戶數據報協議UDP（User Datagram Protocol）。
圖1-1 IPv4協議族
從圖1-1可以看出來，ARP和RARP的功能是地址解析，介於數據鏈路層和網絡層之間。ICMP協議的功能是為了更有效地轉發IP數據報文和提高IP數據報文交付成功的機會，是介於網絡層和傳輸層之間的協議。
ARP協議
ARP是用來將IP地址解析為MAC地址的協議，可以分為動態和靜態兩種類型。另外ARP還有擴展應用功能，包括Proxy ARP功能、免費ARP、ARP安全以及ARP-Ping。
RARP協議
RARP和ARP正好相反，是將MAC地址解析為IP地址的協議。
ICMP協議
為了更有效地轉發IP數據報文和提高數據報文交付成功的機會，在網絡層使用ICMP協議。ICMP允許主機或設備報告差錯情況和提供有關異常情況的報告。ICMP報文作為IP報文的數據部分，再封裝上IP報文首部，組成完整的IP報文發送出去。
IPv4地址
在IP網絡上，如果用戶要將一台計算機連接到Internet上，就需要向因特網服務提供方ISP（Internet Service Provider）申請一個IP地址。
IP地址是在計算機網絡中被用來唯一標識一台設備的一組數字。IPv4地址由32位二進制數值組成，但為了便於用戶識別和記憶，采用了“點分十進制表示法”。采用了這種表示法的IPv4地址由4個點分十進制整數來表示，每個十進制整數對應一個字節。例如，IPv4地址使用二進制的表示形式為00001010 00000001 00000001 00000010，采用點分十進制表示法表示為10.1.1.2。
IPv4地址由如下兩部分組成：
網絡號碼字段（Net-id）：用來標識一個網絡。
主機號碼字段（Host-id）：用來區分一個網絡內的不同主機。對於網絡號相同的設備，無論實際所處的物理位置如何，它們都是處在同一個網絡中。
IPv4地址的特點
IPv4地址的主要特點有：
IP地址不能反映任何有關主機位置的地理信息，只能通過網絡號碼字段判斷出主機屬於哪個網絡。
當一台主機同時連接到兩個網絡上時，該主機就必須同時具有兩個相應的IP地址，其網絡號碼Net-id是不同的，這種主機稱為多地址主機（Multihomed Host）。
在IP地址中，所有分配到網絡號碼Net-id的網絡都是平等的。
IPv4地址分類
為了方便IP地址的管理及組網，IP地址分成五類，如圖1-2所示。
圖1-2 五類IP地址
目前大量使用的IP地址屬於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制數0、10、110、1110、1111，通過網絡號碼字段的前幾個比特就可以判斷IP地址屬於哪一類，這是區分各類地址最簡單的方法。RFC1166中詳細描述了各類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。
表1-1 IP地址分類及范圍
網絡類型
地址范圍
說明
A
0.0.0.0～127.255.255.255
全0的主機號碼表示該IP地址就是網絡的地址，用於網絡路由；全1的主機號碼表示廣播地址，即對該網絡上所有的主機進行廣播。
B
128.0.0.0～191.255.255.255
全0的主機號碼表示該IP地址就是網絡的地址，用於網絡路由；全1的主機號碼表示廣播地址，即對該網絡上所有的主機進行廣播。
C
192.0.0.0～223.255.255.255
全0的主機號碼表示該IP地址就是網絡的地址，用於網絡路由；全1的主機號碼表示廣播地址，即對該網絡上所有的主機進行廣播。
D
224.0.0.0～239.255.255.255
D類地址是一種組播地址。
E
240.0.0.0～255.255.255.255
保留。255.255.255.255用於局域網廣播地址。
特殊IPv4地址表1-2 特殊情況的IP地址
IP地址網絡號
IP地址主機號
能否作為源端地址
能否作為目的端地址
描述
全0
全0
可以
不可以
用於本網絡上的本主機
全0
主機號
可以
不可以
用於網絡上的特定主機
127
非全0或全1的任何值
可以
可以
用於環回地址
全1
全1
不可以
可以
用於受限的廣播（永遠不被轉發）
Net-id
全1
不可以
可以
用於向以Net-id為目的的網絡廣播
說明：
Net-id表示不全為0和不全為1以及不為127的對應字段。
私有IPv4地址
為了解決IP地址短缺的問題，提出了私有地址的概念。私有地址是指內部網絡或主機地址，這些地址只能用於某個內部網絡，不能用於公共網絡。RFC1918描述了為私有網絡預留的3個IP地址段。
表1-3 私有IP地址
網絡類型
地址范圍
A
10.0.0.0～10.255.255.255
B
172.16.0.0～172.31.255.255
C
192.168.0.0～192.168.255.255