Pv4简介
介绍IPv4的定义和目的。
定义
IPv4（Internet Protocol Version 4）协议族是TCP/IP协议族中最为核心的协议族。它工作在TCP/IP协议栈的网络层，该层与OSI参考模型的网络层相对应。网络层提供了无连接数据传输服务，即网络在发送分组时不需要先建立连接，每一个分组（也就是IP数据报文）独立发送。
目的
网络层的IPv4协议族为数据链路层和传输层实现互通提供了保障。IPv4协议族可以屏蔽各链路层的差异，为传输层提供统一的网络层传输标准。
IPv4协议族
IPv4协议族是TCP/IP协议族中最为核心的协议族。IPv4协议族主要包括地址解析协议ARP（Address Resolution Protocol）、逆地址解析协议RARP（Reverse Address Resolution Protocol）、互联网控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol）、传输控制协议TCP（Transmission Contronl Protocol）和用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol）。
图1-1 IPv4协议族
从图1-1可以看出来，ARP和RARP的功能是地址解析，介于数据链路层和网络层之间。ICMP协议的功能是为了更有效地转发IP数据报文和提高IP数据报文交付成功的机会，是介于网络层和传输层之间的协议。
ARP协议
ARP是用来将IP地址解析为MAC地址的协议，可以分为动态和静态两种类型。另外ARP还有扩展应用功能，包括Proxy ARP功能、免费ARP、ARP安全以及ARP-Ping。
RARP协议
RARP和ARP正好相反，是将MAC地址解析为IP地址的协议。
ICMP协议
为了更有效地转发IP数据报文和提高数据报文交付成功的机会，在网络层使用ICMP协议。ICMP允许主机或设备报告差错情况和提供有关异常情况的报告。ICMP报文作为IP报文的数据部分，再封装上IP报文首部，组成完整的IP报文发送出去。
IPv4地址
在IP网络上，如果用户要将一台计算机连接到Internet上，就需要向因特网服务提供方ISP（Internet Service Provider）申请一个IP地址。
IP地址是在计算机网络中被用来唯一标识一台设备的一组数字。IPv4地址由32位二进制数值组成，但为了便于用户识别和记忆，采用了“点分十进制表示法”。采用了这种表示法的IPv4地址由4个点分十进制整数来表示，每个十进制整数对应一个字节。例如，IPv4地址使用二进制的表示形式为00001010 00000001 00000001 00000010，采用点分十进制表示法表示为10.1.1.2。
IPv4地址由如下两部分组成：
网络号码字段（Net-id）：用来标识一个网络。
主机号码字段（Host-id）：用来区分一个网络内的不同主机。对于网络号相同的设备，无论实际所处的物理位置如何，它们都是处在同一个网络中。
IPv4地址的特点
IPv4地址的主要特点有：
IP地址不能反映任何有关主机位置的地理信息，只能通过网络号码字段判断出主机属于哪个网络。
当一台主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号码Net-id是不同的，这种主机称为多地址主机（Multihomed Host）。
在IP地址中，所有分配到网络号码Net-id的网络都是平等的。
IPv4地址分类
为了方便IP地址的管理及组网，IP地址分成五类，如图1-2所示。
图1-2 五类IP地址
目前大量使用的IP地址属于A、B、C三类IP地址中的一种。D类地址是组播地址，E类地址保留。A、B、C、D、E类的类别字段分别是二进制数0、10、110、1110、1111，通过网络号码字段的前几个比特就可以判断IP地址属于哪一类，这是区分各类地址最简单的方法。RFC1166中详细描述了各类IP地址。
在使用IP地址时要注意，一些IP地址是保留作为特殊用途的，一般的用户不能使用。表1-1列出各类IP地址的范围。
表1-1 IP地址分类及范围
网络类型
地址范围
说明
A
0.0.0.0～127.255.255.255
全0的主机号码表示该IP地址就是网络的地址，用于网络路由；全1的主机号码表示广播地址，即对该网络上所有的主机进行广播。
B
128.0.0.0～191.255.255.255
全0的主机号码表示该IP地址就是网络的地址，用于网络路由；全1的主机号码表示广播地址，即对该网络上所有的主机进行广播。
C
192.0.0.0～223.255.255.255
全0的主机号码表示该IP地址就是网络的地址，用于网络路由；全1的主机号码表示广播地址，即对该网络上所有的主机进行广播。
D
224.0.0.0～239.255.255.255
D类地址是一种组播地址。
E
240.0.0.0～255.255.255.255
保留。255.255.255.255用于局域网广播地址。
特殊IPv4地址表1-2 特殊情况的IP地址
IP地址网络号
IP地址主机号
能否作为源端地址
能否作为目的端地址
描述
全0
全0
可以
不可以
用于本网络上的本主机
全0
主机号
可以
不可以
用于网络上的特定主机
127
非全0或全1的任何值
可以
可以
用于环回地址
全1
全1
不可以
可以
用于受限的广播（永远不被转发）
Net-id
全1
不可以
可以
用于向以Net-id为目的的网络广播
说明：
Net-id表示不全为0和不全为1以及不为127的对应字段。
私有IPv4地址
为了解决IP地址短缺的问题，提出了私有地址的概念。私有地址是指内部网络或主机地址，这些地址只能用于某个内部网络，不能用于公共网络。RFC1918描述了为私有网络预留的3个IP地址段。
表1-3 私有IP地址
网络类型
地址范围
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