计算机网络——IPv4

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于 2025-06-07 00:45:15 首次发布

1. IPv4协议概述 (Introduction to IPv4)

在TCP/IP五层模型中，网络层 (Network Layer) 的核心任务是实现数据包在任意两个网络节点之间的端到端传输。为了实现这个目标，网络层提供了两个关键功能：路由 (Routing) 和 交换 (Switching) 。

IP协议 (Internet Protocol) 正是网络层的核心协议。具体来说，我们现在广泛使用的第四版IP协议，即IPv4，它的设计思想是：

无连接 (Connectionless)：发送数据前，不需要像打电话一样先建立一个连接。每个数据包（在IP层称为IP数据报）都是独立发送的，前后数据包之间没有关联。这就像寄信，每封信都是独立寻址和投递的。
尽最大努力交付 (Best-Effort Delivery)：网络层不保证数据包一定能成功送达，也不保证它们的顺序，可能会出现丢失、重复、出错或乱序的情况。它只“尽力而为”。
可靠性由上层负责：如果应用程序（如文件传输）需要可靠的传输，那么这个任务就交给了传输层 (Transport Layer) 的TCP协议来完成。TCP会处理错误、重传、流量控制等问题。

这种设计的最大好处是，网络设备（如路由器）可以做得相对简单、灵活且成本低廉，从而支撑了互联网发展到今天的巨大规模。

与IPv4配套使用的还有几个重要的辅助协议，我们后面会详细讲解：

IP地址是网络层用来唯一标识互联网上每一台主机或路由器的逻辑地址。路由器根据IP数据包头中的目的IP地址来决定如何转发数据包。

结构：一个IPv4地址由32位 (4个字节) 的二进制数组成。
表示方法 ：
1. 点分十进制 (Dotted-Decimal)：这是最常见的表示法。将32位二进制数每8位分为一组，共4组，每组转换为十进制数，并用点号.隔开。例如：129.16.6.31 。
2. 二进制 (Binary)：直接写出32位二进制数，例如：10000001 00001110 00000110 00011111 。
3. 十六进制 (Hexadecimal)：将每组8位二进制数转换为两位十六进制数，例如：81.0E.06.1F 。