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网际协议版本4(英语:Internet Protocol version 4,IPv4),又称互联网通信协议第四版,是网际协议开发过程中的第四个修订版本,也是此协议第一个被广泛部署的版本。IPv4是互联网的核心,也是使用最广泛的网际协议版本,其后继版本为IPv6,直到2011年,IANA IPv4位址完全用尽时,IPv6仍处在部署的初期。IPv4在IETF于1981年9月发布的 RFC 791 中被描述,此RFC替换了于1980年1月发布的 RFC 760。IPv4是一种无连接的协议,操作在使用分组交换的链路层(如以太网)上。此协议会尽最大努力交付数据包,意即它不保证任何数据包均能送达目的地,也不保证所有数据包均按照正确的顺序无重复地到达。这些方面是由上层的传输协议(如传输控制协议)处理的。2019年11月26日,全球所有43亿个IPv4地址已分配完毕,这意味着没有更多的IPv4地址可以分配给ISP和其他大型网络基础设施提供商。 [1] 展开全文
网际协议版本4(英语:Internet Protocol version 4,IPv4),又称互联网通信协议第四版,是网际协议开发过程中的第四个修订版本,也是此协议第一个被广泛部署的版本。IPv4是互联网的核心,也是使用最广泛的网际协议版本,其后继版本为IPv6,直到2011年,IANA IPv4位址完全用尽时,IPv6仍处在部署的初期。IPv4在IETF于1981年9月发布的 RFC 791 中被描述,此RFC替换了于1980年1月发布的 RFC 760。IPv4是一种无连接的协议,操作在使用分组交换的链路层(如以太网)上。此协议会尽最大努力交付数据包,意即它不保证任何数据包均能送达目的地,也不保证所有数据包均按照正确的顺序无重复地到达。这些方面是由上层的传输协议(如传输控制协议)处理的。2019年11月26日,全球所有43亿个IPv4地址已分配完毕,这意味着没有更多的IPv4地址可以分配给ISP和其他大型网络基础设施提供商。 [1]
信息
外文名
IPv4
简    称
网协版4
地址长度
32位,4字节
中文名
网际协议版本4
全    称
Internet Protocol Version 4
IPv4简介
网际协议版本4(英语:InternetProtocolversion4,IPv4),又称互联网通信协议第四版,是网际协议开发过程中的第四个修订版本,也是此协议第一个被广泛部署的版本。IPv4是互联网的核心,也是使用最广泛的网际协议版本,其后继版本为IPv6,直到2011年,IANAIPv4位址完全用尽时,IPv6仍处在部署的初期。IPv4在IETF于1981年9月发布的RFC 791中被描述,此RFC替换了于1980年1月发布的RFC 760。
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  • IPv4

    2019-05-24 10:37:00
    网际协议版本4(英语:InternetProtocolversion4,IPv4),又称互联网通信协议第四版,是网际协议开发过程中的第四个修订版本,也是此协议第一个被广泛部署的版本。IPv4是互联网的核心,也是使用最广泛的网际协议...

    网际协议版本4(英语:Internet Protocol version 4,IPv4),又称互联网通信协议第四版,是网际协议开发过程中的第四个修订版本,也是此协议第一个被广泛部署的版本。IPv4是互联网的核心,也是使用最广泛的网际协议版本,其后继版本为IPv6,直到2011年,IANA IPv4位址完全用尽时,IPv6仍处在部署的初期。

    IPv4是一种无连接的协议,操作在使用分组交换的链路层(如以太网)上。此协议会尽最大努力交付数据包,意即它不保证任何数据包均能送达目的地,也不保证所有数据包均按照正确的顺序无重复地到达。这些方面是由上层的传输协议(如传输控制协议)处理的。

     

     

    转载于:https://www.cnblogs.com/lyswan/p/10916633.html

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  • ipv4

    2018-11-21 23:18:34
    ipv4收发实验https://blog.csdn.net/junruitian/article/details/80291631 Ipv4转发实验 https://blog.csdn.net/xzylr1411/article/details/78745501
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  • IPV4与IPV6的区别(史上最详细)

    万次阅读 多人点赞 2019-01-09 13:25:39
    IPv4 IPv6 地址 长度为 32 位(4 个字节)。地址由网络和主机部分组成,这取决于地址类。根据地址的前几位,可定义各种地址类:A、B、C、D 或 E。IPv4 地址的总数为 4 294 967 296。 IPv4 地址的文本...
    描述 IPv4 IPv6
    地址 长度为 32 位(4 个字节)。地址由网络和主机部分组成,这取决于地址类。根据地址的前几位,可定义各种地址类:A、B、C、D 或 E。IPv4 地址的总数为 4 294 967 296。

    IPv4 地址的文本格式为 nnn.nnn.nnn.nnn,其中 0<=nnn<=255,而每个 n 都是十进制数。可省略前导零。最大打印字符数为 15 个,不计掩码。

    长度为 128 位(16 个字节)。基本体系结构的网络数字为 64 位,主机数字为 64 位。通常,IPv6 地址(或其部分)的主机部分将派生自 MAC 地址或其他接口标识。

    根据子网前缀,IPv6 的体系结构比 IPv4 的体系结构更复杂。

    IPv6 地址的数目比 IPv4 地址的数目大 1028(79 228 162 514 264 337 593 543 950 336)倍。IPv6 地址的文本格式为 xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx,其中每个 x 都是十六进制数,表示 4 位。可省略前导零。可在地址的文本格式中使用一次双冒号(::),用于指定任意数目的 0 位。例如,::ffff:10.120.78.40 表示 IPv4 映射的 IPv6 地址。

    地址分配 最初,按网络类分配地址。随着地址空间的消耗,使用“无类域间路由”(CIDR)进行更小的分配。没有在机构和国家或地区之间平均分配地址。 分配尚处于早期阶段。“因特网工程任务组织”(IETF )和“因特网体系结构委员会”(IAB)建议基本上为每个组织、家庭或实体分配一个 /48 子网前缀长度。它将保留 16 位供组织进行子网划分。地址空间是足够大的,可为世界上每个人提供一个其自己的 /48 子网前缀长度。
    地址生存期 通常,除使用 DHCP 分配的地址之外,此概念不适用于 IPv4 地址。 IPv6 地址有两个生存期:首选生存期和有效生存期,而首选的生存期总是小于等于有效的生存期。

    首选生存期到期后,如果有同样好的首选地址可用,那么该地址便不再用作新连接的源 IP 地址。 有效生存期到期后,该地址不再用作入局信息包的有效目标 IP 地址或源 IP 地址。

    根据定义,某些 IPv6 地址有无限多个首选生存期和有效生存期,如本地链路(请参阅地址作用域)。

    地址掩码 用于从主机部分指定网络。 未使用(请参阅地址前缀)。
    地址前缀 有时用于从主机部分指定网络。有时根据地址的表示格式写为 /nn 后缀。 用于指定地址的子网前缀。按照打印格式写为 /nnn(最多 3 位十进制数字,0 <= nnn <= 128)后缀。例如 fe80::982:2a5c/10,其中前 10 位组成子网前缀。
    地址解析协议(ARP) IPv4 使用 ARP 来查找与 IPv4 地址相关联的物理地址(如 MAC 或链路地址)。 IPv6 使用因特网控制报文协议版本 6(ICMPv6)将这些功能嵌入到 IP 自身作为无状态自动配置和邻节点发现算法的一部分。因此,不存在类似于 ARP6 之类的东西。
    地址作用域 此概念不适用于单点广播地址。有指定的专用地址范围和回送地址。将该范围之外的地址假设为全局地址。

    在 IPv6 中,地址作用域是该体系结构的一部分。单点广播地址有两个已定义的作用域,包括本地链路和全局链路;而多点广播地址有 14 个作用域。为源和目标选择缺省地址时要考虑作用域。

    作用域区域是特定网络中作用域的实例。因此,有时必须输入 IPv6 地址或使它与区域标识相关联。语法是 %zid,其中 zid 是一个数字(通常较小)或名称。区域标识写在地址之后前缀之前。 例如,2ba::1:2:14e:9a9b:c%3/48。

    地址类型 IPv4 地址分为三种基本类型:单点广播地址、多点广播地址和广播地址。 IPv6 地址分为三种基本类型:单点广播地址、多点广播地址和任意广播地址。有关描述,请参阅 IPv6 地址类型
    通信跟踪 通信跟踪是一个收集进入和离开系统的 TCP/IP(及其他)信息包的详细跟踪资料的工具。 同样支持 IPv6。
    配置 新安装的系统必须在进行配置之后才能与其他系统通信;即,必须分配 IP 地址和路由。 根据所需的功能,配置是可选的。IPv6 可与任何以太网适配器配合使用并且可通过回送接口运行。IPv6 接口是使用 IPv6 无状态自动配置进行自我配置的。还可手工配置 IPv6 接口。这样,根据网络的类型以及是否存在 IPv6 路由器,系统将能与其他本地和远程的 IPv6 系统通信。
    域名系统(DNS) 应用程序使用套接字 API gethostbyname() 接受主机名,然后使用 DNS 来获得 IP 地址。

    应用程序还接受 IP 地址,然后使用 DNS 和 gethostbyaddr() 获得主机名。

    对于 IPv4,逆向查找域为 in-addr.arpa。

    同样支持 IPv6。使用 AAAA(四个 A)记录类型和逆向查找(IP 到名称)支持 IPv6。应用程序可选择(是否)从 DNS 接受 IPv6 地址,然后(是否)使用 IPv6 进行通信。

    套接字 API gethostbyname() 仅支持 IPv4。对于 IPv6,使用新的 getaddrinfo() API 以仅获取 IPv6 或获取 IPv4 和 IPv6 地址(在应用选择上)。

    对于 IPv6,用于逆向查找的域为 ip6.arpa,如果找不到,那么会使用 ip6.int。(请参阅 API getnameinfo() - 获取套接字地址的名称信息,以获取详细信息。)

    动态主机配置协议(DHCP) DHCP 用于动态获取 IP 地址及其他配置信息。IBM i 支持对 IPv4 使用 DHCP 服务器。 通过 IBM i 实现的 DHCP 不支持 IPv6。但是,可以使用 ISC DHCP 服务器实现。
    文件传输协议(FTP) FTP 允许通过网络发送和接收文件。 同样支持 IPv6。
    片段 如果一个信息包对于要传送它的下一链路来说太大,那么可由发送方(主机或路由器)对其分段。 对于 IPv6,只能在源节点进行分段,且只能在目标节点完成重新装配。使用分段扩展报头。
    主机表 将因特网地址与主机名关联的可配置表,例如,127.0.0.1 用于回送。在开始 DNS 查找之前或者 DNS 查找失败之后(由主机名搜索优先级确定),套接字名称解析器将使用此表。 同样支持 IPv6。
    IBM Navigator for i支持 IBM Navigator for i提供完整的 TCP/IP 配置解决方案。 同样支持 IPv6。
    接口 概念性或逻辑实体,由 TCP/IP 用来发送和接收信息包,即使不以 IPv4 地址命名也始终与 IPv4 地址紧密关联。有时称为逻辑接口。

    可使用 IBM Navigator for i以及使用 STRTCPIFC 和 ENDTCPIFC 命令彼此独立并独立于 TCP/IP 启动和停止 IPv4 接口。

    同样支持 IPv6。
    因特网控制报文协议(ICMP) 由 IPv4 用来进行网络信息通信。 由 IPv6 的使用情况类似;然而,因特网控制报文协议版本 6(ICMPv6)提供一些新的属性。

    保留了基本错误类型,如目标不可到达、回传请求和应答。 添加了新的类型和代码以支持邻节点发现和相关的功能。

    因特网组管理协议(IGMP) IGMP 由 IPv4 路由器用来查找需要特定多点广播组通信的主机,并由 IPv4 主机用来向 IPv4 路由器通告(主机上)现有的多点广播组侦听器。 IGMP 在 IPv6 中由 MLD(多播侦听器发现)协议取代。MLD 执行 IGMP 对 IPv4 所执行的必要操作,但通过添加一些特定于 MLD 的 ICMPv6 类型值来使用 ICMPv6。
    IP 报头 根据提供的 IP 选项,有 20-60 个字节的可变长度。 40 个字节的固定长度。没有 IP 报头选项。通常,IPv6 报头比 IPv4 报头简单。
    IP 报头选项 IP 报头(在任何传输报头之前)可能附带各种选项。 IPv6 报头没有选项。而 IPv6 添加了附加(可选)的扩展报头。扩展报头包括 AH 和 ESP(和 IPv4 的一样)、逐跳扩展、路由、分段和目标。目前,IPv6 支持一些扩展报头。
    IP 报头协议字节 传输层或信息包有效负载的协议代码,例如,ICMP。 报头类型紧跟在 IPv6 报头后面。使用与 IPv4 协议字段相同的值。此结构的作用是允许以后的报头使用当前定义的范围并且易于扩展。下一个报头将是传输报头、扩展报头或 ICMPv6。
    IP 报头“服务类型”字节 由 QoS 和差别服务用来指定通信类。 但使用不同的代码来指定 IPv6 流量类。目前,IPv6 不支持 TOS。
    LAN 连接 LAN 连接由 IP 接口用来到达物理网络。存在许多类型,例如,令牌环和以太网。有时,它称为物理接口、链路或线路。 IPv6 可与任何以太网适配器配合使用并且可通过虚拟以太网在逻辑分区间使用。
    第 2 层隧道协议(L2TP) 可将 L2TP 看作是虚拟 PPP,并通过任何支持的线路类型工作。 同样支持 IPv6。
    回送地址 回送地址是地址为 127.*.*.*(通常是 127.0.0.1)的接口,只能由节点用来向自身发送信息包。该物理接口(线路描述)被命名为 *LOOPBACK。 与 IPv4 的概念相同。单个回送地址为 0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001 或 ::1(简短版本)。虚拟物理接口被命名为 *LOOPBACK。
    最大传输单元(MTU) 链路的最大传输单元是特定链路类型(如以太网或调制解调器)支持的最大字节数。对于 IPv4,最小值一般为 576。 IPv6 的 MTU 下限为 1280 个字节。也就是说,IPv6 不会在低于此极限时对信息包分段。要通过字节数小于 1280 的 MTU 链路发送 IPv6,链路层必须以透明方式对 IPv6 信息包进行分段及合并。
    Netstat Netstat 是一个用于查看 TCP/IP 连接、接口或路由状态的工具。在使用 IBM Navigator for i和字符界面时可用。 同样支持 IPv6。
    网络地址转换(NAT) 集成到 TCP/IP 中的基本防火墙功能,是使用 IBM Navigator for i配置的。 目前,NAT 不支持 IPv6。通常,IPv6 不需要 NAT。IPv6 扩展了地址空间,这样就解决了地址短缺问题并使重新编号变得更加容易。
    网络表 IBM Navigator for i上一个将网络名称与无掩码的 IP 地址相关联的可配置表。例如,主机网络 14 与 IP 地址 1.2.3.4。 对于 IPv6,目前此表不变。
    节点信息查询 不存在。 一种简易的网络工具,其工作方式应类似于 ping,只是内容不同:IPv6 节点可查询目标 DNS 名称的另一个 IPv6 节点、IPv6 单点广播地址或 IPv4 地址。 目前不受支持。
    开放式最短路径优先协议(OSPF) OSPF 是在优先于 RIP 的较大型自治系统网络中使用的路由器协议。 同样支持 IPv6。
    信息包过滤 信息包过滤是集成到 TCP/IP 中的基本防火墙功能。它是通过使用 IBM Navigator for i配置的。 信息包过滤不支持 IPv6。
    信息包转发

    可将 IBM i TCP/IP 堆栈配置为转发其接收到的非本地 IP 地址的 IP 信息包。通常,入站接口和出站接口各自连接到不同的 LAN。

    信息包转发对 IPv6 的支持有限。IBM i TCP/IP 堆栈不支持作为路由器而执行的邻节点发现。

    PING PING 是测试可达性的基本 TCP/IP 工具。在使用 IBM Navigator for i和字符界面时可用。 同样支持 IPv6。
    点到点协议(PPP) PPP 支持基于各种调制解调器和线路类型的拨号接口。 同样支持 IPv6。
    端口限制 IBM Navigator for i 允许客户配置已选择的 TCP 或用户数据报协议 (UDP) 端口号或端口号范围,以便其只对特定概要文件可用。 IPv6 的端口限制与 IPv4 的端口限制完全相同。
    端口 TCP 和 UDP 有独立的端口空间,分别由范围为 1-65535 之间的端口号标识。 对于 IPv6,端口的工作与 IPv4 相同。因为它们处于新地址系列,现在有四个独立的端口空间。 例如,有应用程序可绑定的两个 TCP 端口 80 空间,一个在 AF_INET 中,一个在 AF_INET6 中。
    专用地址和公用地址 除由 IETF RFC 1918 指定为专用的三个地址范围 10.*.*.* (10/8)、172.16.0.0 至 172.31.255.255 (172.16/12) 和 192.168.*.* (192.168/16) 之外,所有 IPv4 地址都是公用的。专用地址域通常在组织内部使用。专用地址不能通过因特网路由。 IPv6 有类似的概念,但还有重要差别。

    地址是公用或临时的,先前称为匿名地址。 请参阅 RFC 3041。与 IPv4 专用地址不同,临时地址可进行全局路由。动机也不一样:IPv6 临时地址要在它开始通信时屏蔽其客户机的身份(涉及隐私)。临时地址的生存期有限,且不包含是链路(MAC)地址的接口标识。它们通常与公用地址没有区别。

    IPv6 具有受限地址作用域的概念,它使用其设计的作用域指定(请参阅地址作用域)。

    协议表 在 IBM Navigator for i中,协议表是将协议名称与其分配的协议号关联(例如,将 UDP 与 17 关联)的可配置表。随系统交付的只有少量的项:IP、TCP、UDP 和 ICMP。 该表可与 IPv6 直接配合使用而不需要更改。
    服务质量(QoS) 服务质量允许为 TCP/IP 应用程序请求信息包优先级和带宽。 目前,通过 IBM i 实现的 QoS 不支持 IPv6。
    重新编号 重新编号通过手工重新配置完成,可能存在 DHCP 的例外情况。通常,对于站点或组织,重新编号是应尽可能避免的复杂且烦琐的过程。 重新编号是 IPv6 的一个重要结构元素,特别是在 /48 前缀中已很大程度上实现自动化。
    路由 从逻辑上讲,是一组 IP 地址(可能只包含 1 个)的映射,这些 IP 地址映射为物理接口和单个下一中继段 IP 地址。使用该线路将其目标地址定义为该组的一部分的 IP 信息包转发至下一中继段。IPv4 路由与 IPv4 接口关联,因此,它是一个 IPv4 地址。

    缺省路由为 *DFTROUTE。

    从概念上讲,与 IPv4 类似。一个重要差别是:IPv6 路由与物理接口(链路,如 ETH03)而不是接口相关联(绑定)。路由与物理接口相关联的一个原因是 IPv6 与 IPv4 的源地址选择功能不同。请参阅源地址选择

    路由信息协议(RIP) RIP 是路由守护程序支持的路由协议。 目前,RIP 不支持 IPv6。
    服务表

    IBM i 上的一个可配置表,它将服务名称与端口和协议关联(例如,将服务名称 FTP 与端口 21、TCP 及用户数据报协议(UDP)关联)。

    服务表中列示了大量众所周知的服务。许多应用程序使用此表来确定要使用哪个端口。

    对于 IPv6,此表不变。
    简单网络管理协议(SNMP) SNMP 是一个用于系统管理的协议。 同样支持 IPv6。
    套接字 API 应用程序通过使用这些 API 来使用 TCP/IP。不需要 IPv6 的应用程序不受为支持 IPv6 所做的套接字更改的影响。 IPv6 使用新的地址系列:AF_INET6 增强了套接字以便应用程序现在可使用 IPv6。

    设计了这些增强以便现有的 IPv4 应用程序完全不受 IPv6 和 API 更改的影响。希望支持并发 IPv4 和 IPv6 通信或纯 IPv6 通信的应用程序可以容易地适应使用 IPv4 映射的 IPv6 地址格式 ::ffff:a.b.c.d,其中 a.b.c.d 是客户机的 IPv4 地址。

    新的 API 还支持从文本至二进制及从二进制至文本的 IPv6 地址转换。

    有关 IPv6 的套接字增强的更多信息,请参阅使用 AF_INET6 地址系列

    源地址选择 应用程序可指定源 IP(通常,使用套接字 bind())。如果它绑定至 INADDR_ANY,那么根据路由来选择源 IP。 与 IPv4 一样,应用程序可使用 bind() 指定源 IPv6 地址。和 IPv4 类似,它可通过使用 in6addr_any 让系统选择 IPv6 源地址。但是,因为 IPv6 线路有许多 IPv6 地址,所以选择源 IP 的内部方法不同。
    启动和停止 请使用 STRTCP 或 ENDTCP 命令来启动或结束 IPv4。当运行 STRTCP 命令来启动 TCP/IP 时,IPv4 始终处于启动状态。 请使用 STRTCP 或 ENDTCP 命令的 STRIP6 参数来启动或结束 IPv6。当 TCP/IP 已启动时,IPv6 可能未启动。稍后,可独立启动 IPv6。

    如果 AUTOSTART 参数设置为 *YES(缺省值),那么任何 IPv6 接口都会自动启动。IPv6 必须与 IPv4 配合使用或配置。当启动 IPv6 时,会自动定义并激活 IPv6 回送接口 ::1。

    Telnet Telnet 允许登录并使用远程计算机,就好象直接与其连接一样。 同样支持 IPv6。
    跟踪路由 跟踪路由是进行路径确定的基本 TCP/IP 工具。在使用 IBM Navigator for i和字符界面时可用。 同样支持 IPv6。
    传输层 TCP、UDP 和 RAW。 IPv6 中存在相同的传输。
    未指定地址 顾名思义,未定义的地址。套接字编程将 0.0.0.0 用作 INADDR_ANY。 定义为 ::/128(128 个 0 位)。 它在某些邻节点发现信息包和各种其他的上下文(如套接字)中用作源 IP。套接字编程将 ::/128 用作 in6addr_any。
    虚拟专用网络(VPN) 虚拟专用网络(使用 IPsec)允许在现有的公用网络上扩展安全的专用网络。

    同样支持 IPv6。有关详细信息,请参阅虚拟专用网络

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  • ipv4转ipv6

    2019-01-03 18:16:57
    ipv4转ipv6工具
  • IPv4 地址

    千次阅读 2017-05-24 17:16:39
    IPv4 地址

    摘自:《深入理解计算机网络》 王达著 机械工业出版社
    相关知识链接
    1. IPV4数据报头部格式
    2. IPv4数据报的封装与解封装
    3. IPv4数据报的分段与重组

    IPv4 地址

    OSI/RM 的网络层和 TCP/IP 协议体系结果的网际互连层最重要的一个协议就是 IP 协议,目前正处于 IPv4 和 IPv6 这两个版本的交替、过渡时间。这篇博客主要介绍 IPv4 地址。

    IPv4 地址基本格式

    IPv4 使用 32 位(4 字节)地址,因此整个地址空间有 4 294 967 296(232)个地址,也就是近43亿个地址。不过,有一些地址是特殊用途而保留的,如局域网专用地址(约1800万个地址)和组播地址(约2700万个地址),这样一来可直接在广域网上使用、路由的公网 IP 地址数量就更加少了。


    说明:公网 IP 地址是指可以子啊广域网上直接使用的,直接被路由(也就是可以被指路径查到),并需向 IP 地址管理机构申请、注册、购买,且全球唯一(不存在多个用户拥有、使用相同的公网 IP 地址的情况)的 IPv4 地址。打个比方,公网 IP 地址就像公民的身份证号码,每个身份证号都是全国唯一的,并且通过这个号码可以查到我们的基本信息,找到我们。公网 IP 地址直接分配给互联网上的主机、服务器或其他设备,可以通过它在全球范围内找到对应的主机、服务器和设备。如各大企业网站通常都是直接使用公网 IP 地址的。

    与公网 IP 地址相对应的自然是私网 IP 地址,又称为专用网络 IP 地址或者局域网 IP 地址。私网 IP 地址是指仅可以在各用户自己的局域网内部使用,且不同用户可以重复使用,无须向 IP 地址管理机构申请、注册,也无须购买的 IPv4 地址。私网 IP 地址就相当于我们企业内部的员工编号,仅在内部使用,不能通过这个员工编号来在全国范围内找到我们。企业内部局域网使用的就是私网 IP 地址,具体有哪些地址属于私网 IP 地址我们将会在后面进行详细的介绍。


    随着公网地址不断被分配给最终的用户,IPv4 地址枯竭问题也随之产生。虽然基于可变的子网掩码(VLSM)、无类别域间路由(CIDR)和网络地址转换(NAT)的地址结构重构显著地减少了地址的枯竭的速度,但在 2011 年 2 月 3 日,在最后 5 个地址块被分配给 5 个区域互联网注册管理机构之后,IANA 的主要地址池空了,所以现在正在积极推动 IPv6,我们将会在下一篇博客讲解 IPv6 地址。

    IPv4 地址在计算机内部是以二进制形式表示的,每个地址都有 32 位,由数字 0 和 1 构成。在这 32 位的二进制数中,其实每个 8 位之间并没有我们所看到的那个用来分隔各段的一个小圆点,只是为了方便我们自己阅读,在每个字节之间用一个小圆点分隔。因为整个 IP 地址有 32 位,无论是书写还是记忆都很不方便,于是我们在日常的 IP 地址管理中把这个 32 位长的二进制 IP 地址分段转换成对应的十进制,在每个字节间用小圆点分隔。引用某个 IPv4地址时,可使用 W.X.Y.Z 的点分十进制表示形式,如 192.168.1.10 等。

    由前面介绍的数据转换内容可以知道,每个 8 位二进制所能表示的最大数就是 281=2561=255 (最小数为0),所以 IPv4地址转换成十进制数后,每段8位二进制组的取值范围是 0~255。因为 IP 地址在计算机是以二进制表示的,32位就相当于 4 字节,所以在 IPv4 协议数据报格式,无论是源 IP 字段,还是目的 IP 地址字段都占 4 字节。

    子网掩码

    我们为设备配置 IP 地址时,通常是不能仅配置 IPv4 地址,而必须同时配置所谓的子网掩码,如下图所示。那么子网掩码是什么?它有什么用呢?


    子网掩码
    子网掩码

    要想理解什么是子网掩码,就不能不先了解 IPv4 地址的构成。互联网是由很多小型网络构成的,每个网络上有很多主机,这样便构成了一个有层次的结构。IPv4 地址在设计时就考虑到地址分配的层次特点,将每个 IP 地址都分割成网络 ID 和主机 ID 两部分,以便于 IPv4 地址的寻址操作。那么 IPv4 地址的网络 ID 和主机 ID 各是多少位呢?如果不指定,在寻址时就不知道对应 IPv4 地址中哪些位代表网络 ID、哪些位代表主机 ID,这就需要通过这里所说的子网掩码来实现了。

    与二进制 IPv4 相同,子网掩码也有 1 和 0 组成,且长度也是 32 位,我们也可以把它分成网络 ID 和主机 ID 两部分,且各自长度与 IPv4 地址的网络 ID 和主机 ID 部分对应相等。但子网掩码的网络 ID 部分全是 1,1 的数目等于网络 ID 的长度;主机 ID 部分全是 0 表示,0 的数目等于主机 ID 的长度。下图所示是一个网络长度为 20 的子网掩码。这样做的目的是为了在寻址过程中使子网掩码与对应的 IPv4 地址做逻辑与运算时用 0 遮住 IPv4 地址中原主机 ID 部分(因为 0 与任何数相与的结果都是 0 ),而不改变原网络 ID 部分(因为 1 与任何数相与都不改变原来的值),这样就一来就可以很容易确定对应目的 IPv4 地址所在的网络了,确定了网络,也就确定了主机,因为在 IPv4 地址中除了网络 ID 部分就是主机 ID 部分。
    子网掩码不是一个地址,但是可以确定一个 IPv4地址中的哪一部分是网络 ID,哪一部分是主机 ID,连续 1 的部分就代表网络 ID,连续 0 的部分就代表主机 ID。子网掩码的作用就是获取主机通信不同情况,选择不同路由,子网掩码一旦设置,对应 IPv4地址中的网络 ID 和主机 ID 部分就固定了。

    与 IPv4地址一样,子网掩码也可以转换成点分十进制形式。根据子网掩码格式可以发现,子网掩码有 0.0.0.0;255.0.0.0;255.255.0.0;255.255.255.0;255.255.255.255 五种,其中 0.0.0.0 代表任意网路的掩码,如我们在设置默认路由时,不仅 IP 地址为 0.0.0.0,子网掩码也为 0.0.0.0;A 类地址的默认子网掩码为 255.0.0.0;B 类地址的默认子网掩码为 255.255.0.0;C 类地址的默认子网掩码为 255.255.255.0;而 255.255.255.255 可以看作是单一主机网络,代表这个网络就这一个 IPv4 地址,在配置 ACL(访问控制列表)时,如果控制的是一台主机,则对应的子网掩码也为 255.255.255.255。有关 A、B、C 类地址的分类将在下面介绍。


    子网掩码示例
    子网掩码示例

    IPv4 地址的基本分类

    IPv4 地址共有 232 个,最初把一个地址分成两部分:“网络识别码”在地址的最高的字节当中,”主机识别码“在剩下的部分中。这样划分的话,就使得最多只能分配给 256 个网络,显然这样是远远不够的。

    为了克服这个限制,在随后出现的分类网络中,地址的最高位字节被重新定义为网路的类别(即网络 ID),共 5 个:A、B、C、D 和 E。A、B 和 C 类用于单播通信中设备 IP 地址分配;D 类属于组播地址,用于组播通信;E类是保留地址。他们均有不同的网络类别(也就是网络 ID) 长度,剩余部分用来识别网络内的主机(称为主机 ID)。网络 ID 用来确定每类网络中有的网络数,而主机 ID 用来确定每个网络中的 IP 地址数。下面分别介绍这五类地址的结构。

    A 类 IPv4 地址

    A 类 IPv4 地址结构如下图所示,其中网络 ID 占用最高一个字节,也就是第一个二进制 8 位组,而主机 ID 则占用剩余三个字节,也就是后面的三个二进制 8 位组(一共 24 位)。


    A 类地址的结构
    A 类地址的结构

    在分类中规定,A 类 IPv4 地址中网络 ID 的最高位固定为 0,后面 7 位可变。这样一来,A 类网络的总数从 256(28)个减少到 128(27)个。但实际可以使用的只有 126 个,即整个 IPv4 地址中可构建 126 个 A 类网络,因为网络 ID 为 0 和 127 的 A 类网络不可用的。网络 ID 全为 0 的地址为保留地址,不能被分配;而网络 ID 为 01111111(相当于十进制的 127)的地址专用本地环路测试(也就是通常所说的环路地址),也是不能分配的。也就是以 0 或者 127 开头的地址是不能分配给节点使用的。

    又因为 A 类 IPv4 地址中主机 ID 又24 位,所有可以使用的主机 ID 数,也就是可以每个 A 类网络中拥有的 IPv4 地址数为 166 777 216(224)。但主机 ID 全为 0 的地址为网路地址,而主机全为 1 的地址为广播地址,不能分配给主机使用,所以实际上可用的地址数为 166 777 214(2242)。A 类网络中可以构建的网络数最少,但每个网络中拥有的地址数是最多的,也就是可以构建的网络规模最大,适用于大型企业和运营商。

    A 类 IPv4 地址的子网掩码固定为 255.0.0.0,因为子掩码就是网络 ID 部分全为 1,主机 ID 部分全为 0,而 A 类地址中网络 ID 部分就是最高的那个字节。

    B 类 IPv4 地址

    B 类 IPv4 地址结构如下图所示,其网络 ID 占用最高的前两个字节,也就是第一个和第二个二进制 8 位组,而主机 ID 则占用剩余的两个字节,也就是后面两个二进制 8 位组。


    B 类地址结构
    B 类地址结构

    B 类 IPv4 地址的网络 ID 的最高两位固定分别为 1、0,后面 14 位可变。由此可知 B 类网络的总数从 65536(216)减少到 16384(214)个;B 类 IPv4 地址中主机 ID 为 16 位,所以可用的主机数,也就是每个 B 类网络拥有的 IPv4 地址数为 65536(216)个。同样因为主机 ID 全为 0 的地址是网络地址,而主机 ID 全为 1 的地址为广播地址,不能分配给主机使用,所以实际上可以使用的地址数为 65534 个。

    B 类 IPv4 地址的子网掩码为固定的255.255.0.0,因为 B 类地址中网络 ID 部分是最高的两字节,每个字节均为 8 个连续的 1,转换成十进制后每个字节就是 255 了。

    C 类 IPv4 地址

    C 类 IPv4 地址结构如下图所示,其网络 ID 占用最高的前三个字节,也就是第一个、第二个和第三个二进制 8 位组,而主机 ID 只占用最后的一个字节,也就是只有最后一个二进制 8 位组。


    C 类地址的结构
    C 类地址的结构

    C 类 IPv4 地址的网络ID的最高三位固定分别为 1、1、0,后面的 21 位可变。由此得知 C 类网络总数从 166 777 216(224)减少到 2 097 152(222)个。C 类地址中主机 ID 仅为 8 位,所以可用的主机 ID 数,也就是每个 C 类网络拥有的 IPv4 地址数为 256(28个。同样因为主机 ID 全为 0的地址为网络地址,而主机 ID 全为1的地址为广播地址,不能分配给主机使用,所以实际上可用的地址数为 254(282)。

    C 类单播地址的子网掩码为固定的255.255.255.0,因为 C 类地址中网络 ID 部分是最高的前 3 个字节,每个字节均为 8 个连续的 1,转换成十进制后每个字节就是 255 了。

    下表总结了A、B 和 C三类 IPv4 地址的主要特征

    类别 w 的值 网络 ID 部分 主机 ID 部分 网络 ID 数 每个网络的主机 ID 数
    A 1-126 w x.y.z 126 16 777 214
    B 128-191 w.x y.z 16 384 65 534
    C 192-223 w.x.y z 2 097 152 254

    D 类 IPv4 地址

    D 类 IPv4 地址是组播地址,用于 IPv4 组播通信中。通过组播 IPv4 地址,组播时源主机(组播源)只需发送一份数据,就可以使对应组播组(组播组使用 D IPv4 地址标识)中的一个主机或者多个主机收到这份数据的副本的通信方式,但只有组播组内的主机可以接收到该数据。

    IP 组播技术有效地解决了单点发送多点接受的问题,实现了 IP 网络中点到多点的高效数据传输,能够大量节约网络带宽、降低网络负载。还可以利用网络的组播特性方便地提供一些新的增值服务,包括在线直播、网络电视、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网的信息服务领域。

    D 类 IPv4 地址结构如下图所示,规定在最高字节中前四位分别固定为 1、1、1、0,组播地址范围为 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255。


    D 类 IPv4 地址结构
    D 类 IPv4 地址结构

    整个组播 IPv4 地址根据不同的应用环境和用途又可以分为预留组播地址、公用组播地址、临时组播地址、本地管理组播地址四大类。

    (1)预留组播地址

    预留组播地址(又称永久组播地址)就是由 IANA 保留不分配给特定用户使用,仅为公用的组播路由协议分配使用的组播地址,地址范围为 224.0.0.0 ~ 224.0.0.255。使用这些预留组播地址的组播协议包括 IGMP(Internet 组管理协议)、CGMP(Cisco 组管理协议)、IGMP Snooping(IGMP 侦听)和 PIM(协议无关组播)等。使用这段组播地址的 IP 包不被路由器转发。

    在这个地址组段中,224.0.0.0 不分配;224.0.0.1 分配给本地组播网络所有支持组播的主机;224.0.0.2 分配给本地组播网络中的所有组播路由器;224.0.0.4 分配给本地组播网络中的所有 SVMRP 路由器;224.0.0.5 分配给本地组播网络中的所有 OSPF 路由器;224.0.0.6 分配给本地组播网络中的所有 OSPF 指定路由器(DR);224.0.0.9 分配给本地组播网络中的所有 RIPv2 路由器;224.0.0.10 分配给组播网络中所有 IGRP 路由器;224.0.0.13 分配给本地组播网络中的所有 PIMv2 路由器;224.0.0.22 分配给本地组播网络中的所有 IGMPv3 路由器。

    (2)公用组播地址

    公用组播地址就是在全球范围内可以直接在互联网上使用的组播地址,就像前面介绍的公网单播 IPv4 地址一样。公用组播地址范围为 224.0.1.0 ~ 224.0.1.255,也是有 IANA 为提出申请并付费的用户分配。

    (3)临时组播地址

    临时组播地址就是由企业用户在本企业局域网内部使用的组播地址,地址范围为 224.0.2.0 ~ 238.255.255.255,仅在本地局域网有效,就像前面介绍的局域网 IPv4 地址一样。

    (4)本地管理组播地址

    本地管理组播地址也是保留使用的,专用于局域网内部测试,地址范围为 239.0.0.0~238.255.255.255,仅在特定的本地网络范围有效。

    当网络层收到组播报文时,根据组播目的查找组播转发表,对报文进行转发。在私网中,组播时不需要再工作站配置的,只需要在网络中的路由器或者支持组播协议的三层交换机上进行配置。私网工作站被分配的组播地址都是 224.0.0.1,就像环路地址 127.0.0.1 一样,无需另外配置。只要在路由器中启用了组播协议后就可以对加入到组播组中。公网中,工作站组播地址选择 224.0.1.0 ~ 238.255.255.255 范围中的一个就可以了。

    另外,要注意的是,在进行组播通信时,在数据链路层目的 MAC 地址封装的也是组播 MAC 地址。IANA 把 0.:00:5E 开头的以太网 MAC 块作为组播地址对应的二层组播 MAC 地址。组播 MAC 地址的范围是 01:00:5E:00:00:00 ~ 01:00:5E:7F:FF:FF(前 24 位为 MAC 头,固定不变,第 25 位为 0),并要求将 IPv4 组播地址的后 28 位(因为最高的 4 位是固定不变的)映射到 48 位的 MAC 地址空间中。

    具体的映射方法是将组播 IPv4 地址中的低 23 位放入 MAC 地址的低 23 位,如下图所示。至于为什么要映射后面的23位,原因在于根据 IANA 给出组播 MAC 地址段是前 3 字节(也就是 24 位)来标识单位或者厂商,只有后面的 24 位来和 IP 地址映射;而给定的地址空间后 3 字节的最高位相同,都为0,那么给定的 MAC 地址段内只有 23 位了,所以最终只能丢弃 28 位 IPv4 地址中的 5 位,剩下的 23 位和 MAC 的 23 位相映射。注意,这个映射无须手动进行,在路由器启动组播协议,站点加入到组播后就会自动生成。

    由于 IPv4 多播地址的后 28 位中只有 23 位被映射到 MAC 地址,这样会有 32 个(25,IPv4 多播地址中有 5 位可变)IP 多播地址映射到同一 MAC 地址上。


    多播 IP 地址到 MAC 地址的映射
    多播 IP 地址到 MAC 地址的映射

    E 类 IPv4 地址

    E 类地址输入 IANA 保留地址,不分配给用户使用,地址段范围为 240.0.0.0 ~ 247.255.255.255,其特征是最高 5 位分别是 1、1、1、1、0,如下图所示,也就是有 27 位是可变的。


    E 类 IPv4 地址结构
    E 类 IPv4 地址结构

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