1.3 IPv4协议基础

目前，全球因特网（Internet）所采用的协议是TCP/IP协议集。IP是TCP/IP协议集中网络层的协议，是TCP/IP协议集的核心协议。IPv4是互联网协议（Internet Protocol，IP）的第四版，也是第一个被广泛使用，构成现今互联网技术的基石的协议。以太（Ether)局域网协议也是IPv4。

1.3.1 IPv4地址表示

IPv4协议要寻找的“地址”为32位长（由4个分段的十进制组成），由网络号（网络ID）和主机号（主机ID）两部分构成。按照IP协议规定，Internet上的地址共有A，B，C，D，E五类，各类IP地址结构，如图1.9所示。常用的A，B，C三类地址的网络地址和主机数量及网络规模见表1.1。

A类地址中的10.0.0.0～10.255.255.254，B类地址中的172.16.0.0～172.31.255.254和C类地址中的192.168.0.0～192.168.255.254这三部分网络地址不可用于Internet，可作为Intranet专用地址段。另外，还有127.0.0.0～127.255.255.254这段地址也是属于保留使用的，用于本机环路测试类IP地址。例如，测试网卡是否正常，可采用Ping 127.0.0.1。

1.3.2 子网与子网掩码

Internet规模的急剧增长，促使对IP地址的需求激增。由此带来的问题是：IP地址资源的严重匮乏和“路由表”规模的急速增长。解决办法就是当网络规模较小，即IP地址空间没有全部利用时，从主机号部分拿出几位作为子网号。这种在原来IP地址结构的基础上增加一级结构的方法称为子网划分。

例如，三个LAN的主机数分别为20，25，28，均少于C类地址允许的主机数。为这三个LAN申请三个C类IP地址显然有点浪费。可以对C类网络地址划分子网，即将主机号部分的前三位用于标识子网号：110000000000101000000001 XXXYYYYY（子网号XXX，新主机号YYYYY）。例如，192.10.1.0可以划分出23=8个子网，如表1.2所示。

从主机地址中借用来表示子网地址的长度是可以改变的。为了指定有多少个二进制位用来表示子网的地址，IP协议提供了子网掩码的概念。子网掩码为32位，网络号（包括子网号）部分全为“1”，主机号部分全为“0”。子网划分后，可采用子网掩码来分离网络号和主机号。例如，192.10.1.0划分8个子网，网络号24位，子网号3位，总共27位，所以，子网掩码为11111111111111111111111111100000，即255.255.255.224。

A，B，C三类网络的默认掩码分别为：A类地址255.0.0.0、B类地址255.255.0.0、C类地址255.255.255.0。

划分子网的目的是微化网络，即将大网络分割成小网络，便于网络的管理和维护。子网主机地址与子网掩码进行二进制“与”操作，可以判断主机地址是否属于同一网段（两台主机与操作的结果相同，则在同一网段；否则不在同一网段）。处于同一网段上的主机可以直接通信，而且广播信息也被封闭在同一网段内。不同网段的主机进行通信时，必须通过路由器才能互相访问。C类子网的各种掩码所能划分的网段数目和主机数见表1.3。

1.3.3 IPv4域名系统

IP地址是全球通用地址，但对于一般用户来说，IP地址太抽象，而且它用数字表示，不容易记忆。因此，TCP/IP为方便人们记忆，设计了一种字符型的计算机命名机制，这就是域名系统（Domain Name，DN）。

域名系统的结构是层次型的，如cn代表中国的计算机网络，cn就是一个域。域下面按领域又分子域，子域下面又有子域。在表示域名时，自右到左越来越小，用圆点“.”分开。

例如，sxnu.edu.cn是一个域名，cn代表中国域；edu表示网络域cn下的一个子域，代表教育界；sxnu则是edu的一个子域，代表山西师范大学。

同样，一台计算机也可以命名，称为主机名。在表示一台计算机时，把主机名放在其所属域名之前，用圆点分隔开，就形成了主机地址，这样便可以在全球范围内区分不同的计算机了。例如，mail.sxnu.edu.cn表示sxnu.edu.cn域内，名为mail的计算机。

Internet通信软件要求在发送和接收数据包时，必须使用数字表示的IP地址。因此，一个应用程序在与用字母表示名字的计算机上的应用程序通信之前，必须将名字翻译成IP地址。Internet提供了一种自动将计算机名翻译成IP地址的服务，即域名解释服务的功能。

域名系统与IP地址有映射关系，采用层次型管理。在访问一台计算机时，既可用IP地址表示，也可用域名表示。例如，mail.sxnu.edu.cn与202.207.160.4指的是同一台计算机。

域名与IP地址的关系如同人的姓名与身份证号码的关系一样。Internet上有很多负责将主机地址转为IP地址的域名服务器（Domain Name Server，DNS），这个服务系统会自动将域名翻译为IP地址，或将IP地址翻译为域名。

一般情况下，一个域名对应一个IP地址，但并不是每个IP地址都有一个域名和它对应。对于那些不需要他人访问的计算机只有IP地址，没有域名。也有一个IP地址对应几个域名的情况。