IPv4&IPv6基础知识介绍
ipv4基本特征
ipv4基本特征IPv4（Internet Protocol Version 4）是互联网上广泛使用的一种网络协议版本。
它是IPv6之前的主要协议，也是互联网基础设施的重要组成部分。
以下是IPv4的基本特征：1.地址空间：IPv4使用32位地址空间，可以表示大约42亿（2^32）个唯一的IP地址。
每个IP地址由四个十进制数（0-255）组成，以点分十进制（dotted-decimal）的形式表示，如192.168.0.1。
2.层级结构：IPv4地址按照层级结构进行分配和管理。
地址空间分为不同的类别，如A、B、C等，每个类别的地址块大小不同，可分配的主机数量也不同。
这种分层结构使得地址分配更加灵活，同时在路由中起到了重要的作用。
3.地址短缺：IPv4地址空间有限，随着互联网的发展和设备数量的急剧增加，IPv4的地址短缺问题逐渐显现。
这种短缺现象导致了IP地址不足的问题，使得IPv4地址变得稀有和昂贵。
4.网络地址转换（NAT）：为了解决IPv4地址短缺的问题，引入了网络地址转换（NAT）技术。
NAT可以将多个内部私有IP地址映射到一个外部公共IP地址，有效地扩大了地址空间。
通过使用NAT，组织可以在内部使用私有IP地址，从而减少了对公共IP地址的需求。
5.无类别域间路由（CIDR）：为了更加高效地利用IP地址空间，CIDR技术引入了可变长度子网掩码（Variable Length Subnet Mask）的概念。
CIDR允许划分和分配更小的地址块，从而提供更灵活的网络规划和配置。
6.点对点连接：IPv4使用点对点连接方式进行通信，即每个IP数据包的源地址和目的地址用于描述数据从一个节点发送到另一个节点的路径。
此外，在IPv4中，每个IP包都有一个标识字段，用于确保数据包按照顺序到达目的地。
7.可靠性：IPv4提供基本的可靠性服务，包括差错检测和差错恢复。
差错检测通过校验和字段来实现，而差错恢复则依赖于上层的协议（如TCP）来进行重传和确认。
《IPV4地址简介》课件
与物联网技术的关系
01
IPv4地址为物联网设备提供网络连接，实现万物互联。
与网络安全的关系
02
IPv4地址是网络安全防护的基础，保障网络通信的安全可靠。
与云计算技术的关系
03
云计算平台使用IPv4地址资源为用户提供虚拟化服务。
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也可以使用二进制或十六进制表示，但较为少见。
IPv4地址的分类
IPv4地址可以分为五类，分别是A、B 、C、D和E类。
每类地址的范围和第一个字节的二进 制表示也不同。
A类地址用于大型网络，B类地址用于 中型网络，C类地址用于小型网络，D 类地址用于组播，E类地址保留为特殊 用途。
02 IPv4地址的分配与使用
地址劫持
恶意用户通过控制网络中 的节点，篡改IP地址信息 ，实施网络攻击和数据窃 取。
IPv4地址的安全防护措施
私有地址
采用私有地址方案，通过NAT技 术将私有IP地址转换为公网IP地
址，节约公网IP资Байду номын сангаас。
动态IP地址
采用动态IP地址分配方式，减少IP 地址冲突和浪费，提高IP地址使用 效率。
防火墙和入侵检测
定期审查
定期审查IPv4地址的使用 情况，及时回收和处理不 再使用的地址，提高地址 使用效率。
03 IPv4地址的耗尽与替代
IPv4地址的耗尽情况
IPv4地址池耗尽
随着互联网的快速发展，IPv4地址池中的可用地址逐渐减少，最终导致地址池 耗尽。
地址分配不均
IPv4地址在各国家和地区的分配存在不均衡现象，一些地区或国家可用的IPv4 地址较少，难以满足需求。
ipv4协议的详解
ipv4协议的详解协议名称：IPv4协议的详解一、引言IPv4（Internet Protocol version 4）是互联网协议的第四个版本，是一种网络层协议，用于在网络中传输数据包。
本协议旨在详细解释IPv4协议的工作原理、数据格式和相关特性。
二、协议概述1. IPv4协议是一种面向连接的协议，用于在不同主机之间进行数据通信。
2. IPv4协议使用32位的IP地址来唯一标识网络中的主机。
3. IPv4协议使用分组交换技术来传输数据，将数据分割成小的数据包进行传输。
4. IPv4协议提供了一些基本的服务，如寻址、路由和分组重组等。
三、IPv4协议的数据格式1. IPv4数据包由首部和数据部分组成。
2. 首部包含了源IP地址、目标IP地址、协议版本号、首部长度、服务类型、数据包长度、标识、标志、片偏移、生存时间、协议类型、首部校验和等字段。
3. 数据部分包含了传输的实际数据。
四、IPv4协议的工作原理1. IP地址分配：IPv4协议使用32位的IP地址来标识网络中的主机，IP地址由网络号和主机号组成。
2. 数据传输：当一台主机要向另一台主机发送数据时，它会将数据分割成小的数据包，每个数据包都包含了源IP地址和目标IP地址。
3. 路由选择：数据包在传输过程中会经过多个路由器，路由器根据目标IP地址选择合适的路径进行转发。
4. 分组重组：当数据包到达目标主机时，目标主机会将接收到的数据包按照顺序进行重组，恢复原始数据。
五、IPv4协议的特性1. 有限的地址空间：IPv4协议使用32位的IP地址，理论上最多可以分配约42亿个IP地址，但由于地址空间有限，导致IP地址短缺问题。
2. 无连接性：IPv4协议是一种无连接协议，每个数据包都是独立传输的，不保证数据包的可靠性。
3. 不提供加密和认证：IPv4协议不提供数据加密和身份认证功能，数据在传输过程中可能会被窃听或篡改。
4. 不支持多播和广播：IPv4协议不直接支持多播和广播功能，但可以通过特殊的IP地址实现多播和广播通信。
ipv4基本特征
ipv4基本特征IPv4是互联网协议第四版的简称，是互联网中最常用的协议之一。
它具有以下几个基本特征：1. 32位地址长度：IPv4使用32位二进制数表示IP地址，共有2^32=4294967296个地址。
每个地址由四个八位整数组成，用点分十进制表示，如192.168.0.1。
2. 分类地址结构：IPv4地址被分为A、B、C、D、E五类，每个类别的地址范围不同。
A类地址用于大型网络，B类地址用于中型网络，C类地址用于小型网络，D类地址用于多播（广播）通信，E 类地址为保留地址。
3. 网络地址和主机地址：IPv4地址由网络地址和主机地址两部分组成。
网络地址用于标识网络，主机地址用于标识网络中的主机。
不同的网络可以拥有相同的网络地址，但主机地址必须唯一。
4. 子网划分：为了更好地管理和分配IP地址，IPv4引入了子网划分的概念。
通过将网络地址的一部分用作子网标识符，可以将一个网络划分为多个子网，每个子网可以包含多个主机。
5. ARP协议：IPv4使用地址解析协议（ARP）来将IP地址映射到物理地址（MAC地址）。
ARP协议通过广播方式发送请求，获取目标主机的MAC地址，以实现数据的传输。
6. IP数据报格式：IPv4数据报由首部和数据两部分组成。
首部包含源IP地址、目标IP地址、协议类型、数据报长度等信息，用于控制数据报的传输。
数据部分则是需要传输的实际数据。
7. 路由选择：IPv4使用路由选择协议来确定数据包的最佳路径。
路由选择协议根据网络之间的距离、带宽、拥塞情况等因素，选择最优的路径进行数据传输。
8. NAT技术：由于IPv4地址资源有限，网络地址转换（NAT）技术被广泛应用。
NAT技术允许多个主机共享同一个公网IP地址，通过改变端口号等方式实现多个私网IP地址与公网IP地址之间的转换。
9. 无法满足需求：由于IPv4地址数量有限，面临着IP地址枯竭的问题。
随着互联网的快速发展，越来越多的设备需要连接到互联网上，IPv4已经无法满足需求。
ipv4协议的详解
ipv4协议的详解协议名称：IPv4协议的详解一、引言IPv4（Internet Protocol version 4）是互联网上广泛使用的网络协议，它为互联网上的设备提供了唯一的标识和通信方式。
本协议旨在详细解释IPv4协议的工作原理、数据包格式、地址分配和路由选择等关键方面，以便读者能够全面了解和应用IPv4协议。
二、IPv4协议的工作原理1. IPv4协议是一种无连接的协议，每个数据包（称为IP数据报）都是独立地传输。
发送端将数据分割成较小的数据块，并添加IP首部信息，然后通过网络传输到目标设备。
2. IPv4协议使用IP地址来唯一标识网络上的设备。
IP地址由32位二进制数表示，通常以点分十进制表示法呈现。
IP地址分为网络地址和主机地址两部分，网络地址用于标识网络，主机地址用于标识具体设备。
3. IPv4协议还使用子网掩码来划分网络和主机地址。
子网掩码是一个32位的二进制数，与IP地址进行逻辑与运算，以确定网络地址和主机地址的范围。
4. IPv4协议还支持网络地址转换（NAT），它允许多个设备共享一个公共IP 地址。
NAT通过修改IP数据报的源地址和目标地址来实现。
三、IPv4数据包格式1. IPv4数据包由首部和数据两部分组成。
首部包含了控制信息，用于路由选择和数据包重组等操作。
数据部分包含了传输的实际数据。
2. IPv4首部包含了20个字节，由14个字段组成。
这些字段包括版本、首部长度、服务类型、总长度、标识、标志、片偏移、生存时间、协议、首部校验和、源IP地址和目标IP地址等。
3. 首部长度字段指示了首部的长度，单位为4字节。
IPv4首部的最小长度为20字节，最大长度为60字节。
4. 标志字段包含了3个位，用于指示数据包的特殊处理要求。
片偏移字段用于指示数据包在原始数据中的位置。
5. 生存时间字段用于指定数据包在网络中的最大生存时间，以防止数据包在网络中无限循环。
6. 协议字段用于指示IP数据报中封装的上层协议，如TCP、UDP或ICMP等。
ipv4的组成和分类
ipv4的组成和分类IPv4的组成和分类IPv4（Internet Protocol version 4）是互联网协议的第四个版本，它是互联网上广泛使用的一种网络协议。
IPv4地址由32位二进制数表示，通常用四个十进制数（每个数范围从0到255）来表示，中间用句点分隔。
IPv4地址的组成和分类对于理解网络的工作原理和网络管理都非常重要。
一、IPv4地址的组成IPv4地址由32位二进制数组成，被分为4个8位字段，也就是4个字节。
每个字段用十进制数表示，范围从0到255。
例如，192.168.0.1就是一个IPv4地址，其中192是第一个字段，168是第二个字段，0是第三个字段，1是第四个字段。
二、IPv4地址的分类根据IPv4地址的高位字段的不同数值范围，IPv4地址分为了5个不同的分类，分别是A类、B类、C类、D类和E类。
1. A类地址A类地址的第一个字段范围从1到126，它的网络地址占用了一个字节，剩下的三个字节用于主机地址。
A类地址可以分配给大型网络，如全球性的互联网服务提供商，因此拥有较大的网络容量。
A 类地址的网络地址范围是1.0.0.0到126.0.0.0。
2. B类地址B类地址的第一个字段范围从128到191，它的网络地址占用了两个字节，剩下的两个字节用于主机地址。
B类地址通常用于中型网络，如大型企业、大学等。
B类地址的网络地址范围是128.0.0.0到191.255.0.0。
3. C类地址C类地址的第一个字段范围从192到223，它的网络地址占用了三个字节，剩下的一个字节用于主机地址。
C类地址通常用于小型网络，如家庭网络、小型企业等。
C类地址的网络地址范围是192.0.0.0到223.255.255.0。
4. D类地址D类地址用于多点广播，它的第一个字段范围从224到239。
D类地址不用于标识特定的网络或主机，而是用于将数据报文发送到多个目的地。
例如，视频流和音频流的广播就使用D类地址。
IPv4地址与网络地址解析
• 1、IP地址192.168.17.19写成32bit位，是（ ），表示成16进制 （ ）；
• 2、网络掩码255.255.255.0写成32bit位，是（ ），还可记作：
（ / ）,或者十六进制（
）；
IP: 11000000 10101000 IP: C0 A8 11 13 MASK:11111111 11111111 MASK:/24；ff.ff.ff.00
将每 8 位的二进制数 转换为十进制数
10000000 00001011 00000011 00011111
128
11
3
31
采用点分十进制记法 采用点分16进制记法
128.11.3.31 80.0B.03.1F
互联网上的每台主机（或路由器）的每个网口分配一个在全世界唯一的 IP 地址。
由互联网名字和数字分配机构 ICANN (Internet Corporation for Assigned
00010001 11111111
00010011 00000000
分类编址 IP 地址的优点和缺点
举例：根据分类编址规则判断“89.18.66.5”地址是哪一类IP地址， 分析其所在的网络部分和主机部分分别是多少？
解： 网络部分：89 主机部分：18.66.5.
有类编址缺点： 默认网络掩码长度：8位（A） 、16位（B）、24位（C） 设计上不合理： B类地址块大，浪费地址资源； 即使采用划分子网的方法，也无法解决 IP 地址枯竭的问题。
分类编址：网络号+主机号
0
net-id 8位
host-id 24 位
10
net-id 16 位
host-id 16 位
110
ipv4协议
ipv4协议IPv4协议。
IPv4（Internet Protocol version 4）是互联网协议中的一种网络层协议，它是目前互联网上使用最广泛的一种协议。
IPv4协议使用32位地址来标识网络上的设备，它是互联网通信的基础，负责数据包的路由和传输。
本文将介绍IPv4协议的基本原理、地址分配方式以及面临的挑战。
首先，IPv4协议采用32位地址来标识网络上的设备。
这意味着IPv4协议最多可以支持约42亿个不同的地址，然而随着互联网的快速发展，这个数量已经远远不够。
因此，IPv4地址资源的枯竭成为了当前互联网面临的一个重要问题。
其次，IPv4地址的分配方式主要有两种，静态地址和动态地址。
静态地址是由网络管理员手动分配给设备的，它们不会改变，适用于一些对地址稳定性要求较高的场景。
而动态地址则是通过DHCP（动态主机配置协议）自动分配给设备的，它们会随着网络的变化而变化，适用于一些对地址灵活性要求较高的场景。
另外，IPv4协议还面临着一些安全和性能方面的挑战。
首先，由于IPv4地址资源的枯竭，一些地区和网络运营商已经开始采用NAT（网络地址转换）技术来缓解地址短缺问题。
然而，NAT技术会带来一些安全隐患和性能损耗，因此如何平衡地址资源和网络安全、性能之间的关系成为了一个重要课题。
其次，IPv4协议在传输数据时并未对数据进行加密，这就为数据的安全性带来了一定的隐患，因此如何在IPv4网络中加强数据的安全性也是一个亟待解决的问题。
综上所述，IPv4协议作为互联网通信的基础协议，扮演着至关重要的角色。
然而，随着互联网的快速发展，IPv4协议也面临着诸多挑战。
因此，我们需要不断地对IPv4协议进行优化和改进，以适应互联网快速发展的需求。
同时，我们也需要积极推动IPv6协议的普及和应用，以解决IPv4地址资源枯竭的问题，从而为互联网的可持续发展做出贡献。
希望本文对您对IPv4协议有所帮助，谢谢阅读。
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隧道策略
隧道策略是IPv4/v6综合组网技术中经常使用 到的一种机制。所谓“隧道”，简单地讲就是利 用一种协议来传输另一种协议的数据技术。隧道 包括隧道入口和隧道出口（隧道终点），这些隧 道端点通常都是双栈节点。在隧道入口以一种协 议的形式来对另外一种协议数据进行封装，并发 送。在隧道出口对接受到的协议数据解封装，并 做相应的处理。
实例分析
最简单的双栈工作是只支持IPv4和IPv6，但 不支持隧道方式。对于大多数节点，尤其是如果 这些节点的Internet应用软件都已升级为同时支 持IPv4和IPv6，这种功能足够。因此，如同用于 访问IPv4网络服务一样，同一应用也能够用于访 问本地IPv6网络服务。节点可以与任何IPv4节点 或IPv6节点互操作，但只限于与其有连接能力的 网络。
置协议（ Dynamic Host ConfigurationProtocol ，DHCP）
*5、IP
*6、IPv4使用
v6使用全状态自动 配置（stateful autoconfiguration） Multicast Listener Discovery (MLD) 消息取代 IGMP
Internet 群组管理通讯协议 (IGMP) 管理本机子网络 群组成员身份
Link local 位址 * ::1/128 － 是一种单播绕回位址。如果 一个应用程式将封包送到此位址， IPv6 堆栈 会转送这些封包绕回到同样的虚拟接口（相当 于 IPv4 中的 127.0.0.1）。 * fe80::/10 － 这些 link-local 位址指 明，这些位址只在区域连线中是合法的，这有 点类似于 IPv4 中的 169.254.0.0/16 。 其他特殊位址可以参考维基百科： /zh-cn/IPv6
遵从这些规则，如果因为省略而出现了两个以上 的冒号的话，可以压缩为一个，但这种零压缩在 位址中只能出现一次。因此： 2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab 2001:0DB8:0000:0000:0000::1428:57ab 2001:0DB8:0:0:0:0:1428:57ab 2001:0DB8:0::0:1428:57ab 2001:0DB8::1428:57ab 都是合法的地址，并且他们是等价的。 但2001::25de::cade 是非法的。 （因为这样会使得搞不清楚每个压缩中有几个全 零的分组）
中路由器 不能识别用于服务 质量的QoS 处理的 payload
*3、IPv6中路由器使用
*IPv4
*4、IPv4的回路地址为:
127.0.0.1
*IPv6
*4、IPv6的回路地址为
: 000:0000:0000:0000:0000 :0000:0000:0001 可以简 写为 ::1
*5、IPv4使用动态主机配
在上图的示例中，可以与双栈节点D 互操作的节点包括：网络A和网络B中的 IPv4节点或IPv6节点、网络M中的所有 IPv4节点，但D不能和网络C中的节点互操 作。网络C是严格的IPv6网络，从网络A到 网络C没有IPv6路径。链接网络A和网络M 的路由器只支持IPv4，因此无法通过网络 M向网络C转发IPv6包
*
* * * *
*
IPv4地址主要由网络号和主机号组成，使 用32位二进制地址格式，为方便记忆将32 位二进制分四段，每段8位中间用小数点隔 开，再将每8位二进制转换为10进制来表示。 下面是以二进制表示的 255.255.255.0的 地址。 11111111.11111111.11111111.00000000
*
双栈策略
双栈策略是指在网元中同时具有IPv4和 IPv6两个协议栈，它既可以接收、处理、收发 IPv4的分组，也可以接收、处理、收发IPv6的 分组。 双栈方式的工作机制可以简单描述为：链 路层解析出接收到的数据包的数据段，拆开并 检查包头。如果IPv4/IPv6包头中的第一个字段， 即IP包的版本号是4，该包就由IPv4的协议栈来 处理；如果版本号是6，则由IPv6的协议栈处理。
IPv6封包由两个主要部分组成：头部和负载。 包头是包的前40字节并且包含有源和目的地址， 协议版本，通信类别（8位元，包优先级），流 标记（20位元，QoS服务质量控制），负载长度 （16位），下一个头部（用于向后兼容性）， 和跳段数限制（8位元，生存时间，相当于IPv4 中的TTL）。后面是负载，至少1280字节长，或 者在可变MTU（最大传输单元）大小环境中这个 值为1500字节。负载在标准模式下最大可为 65535字节，或者在扩展包头的"jumbo payload"选项进行设置。
在隧道的入口通常要维护一些与隧道相关 的信息，如记录隧道MTU等参数。在隧道的出 口通常出于安全性的考虑要对封装的数据进行 过滤，以防止来自外部的恶意攻击。 隧道的配置方法分为手工配置隧道和自动 隧道，而自动配置隧道又可以分为兼容地址自 动隧道，6to4隧道，6over4，ISATAP，MPLS隧 道，GRE隧道等，这些隧道的实现原理和技术 细节都不相同，相应的其应用场景也就不同。
支持隧道方式的双栈节点增加了在IPv4 网络上进行互操作的能力，而无需额外的 IPv6路由器。在IPv4网络上以隧道方式传送 IPv6包使上图的示例得以改变。例如，如果 节点D能在IPv4上以隧道方式传送IPv6包， 则它可使用本地IPv4路由器将包转发给网络 C。如果节点同时支持自动隧道，则可实现 无缝操作；否则需要某些链接配置。
同时前导的零可以省略， 因此： 2001:0DB8:02de::0e13 等于 2001:DB8:2de::e13
IPv6 中有些位址是有特殊意涵的： 未指定位址 * ::/128 － 所有位元皆为零的位址称 作未指定位址。这个位址不可指定给某个网 络接口，并且只有在主机尚未知道其来源 IP 时，才会用于软件中。路由器不可转送 包含未指定位址的封包。
IP地址的网络号和主机号 IP地址:192.168.1.129 子网掩码:255.255.255.0 这个IP地址的网络号和主机号各是多少位呢？
网络号：192.168.1 主机号：129
子网掩码的作用就是将某个IP地址划分成网络地 址和主机地址两部分
子网掩码用二进制数字“1”表示网络位； 子网掩码用二进制数字“0”表示主机位； 子网掩码与IP地址的每一个二进制位进行“与” 操作
IPv6地址表示方式
IPv6位址为128位元长度，但通常写做8组每组 四个十六进制的形式。 例如： 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344 是一個合法的IPv6位址。 如果四个数字都是零，可以被省略。 例如： 2001:0db8:85a3:0000:1319:8a2e:0370:7344 等同于 2001:0db8:85a3::1319:8a2e:0370:7344
*
*1、地址空间2 32 *2、IPv4 使用地址
解析通讯协议 (ARP)
*1、地址空间2 128 *2、IPv6使用多点传播
*3、IPv4
Neighbor Solicitation 消息 取代地址解析通讯协议 (ARP) Flow Label 字段可以识别 用于服务质量的 QoS 处理 的 payload
部分有特殊用途的 部分有特殊用途的地址 有特殊途 环回地址(loopback): 不离开主机的数据包(也就是说，这些数据包不会通过外部网络接口)。例 如:127.0.0.1 单播地址: 指定向一个IP地址发送的数据包。例如:2.2.2.2 多播地址: 被路由器复制并且最终由组播路由机制转发的数据包。例如:226.0.0.2 有限广播: 一个广播数据包，发送给每一台主机，仅限于本地子网。例 如:255.255.255.255 定向广播: 发送到一个具体子网的数据包，然后进行广播。例如，假如我们不在这个子 网，使用的地址是:1.1.1.255
IP地址的主机号部分不能全是“0”或全是“1” 所以针对以下两个例子，请分别说明可以分配使 用的IP地址位数 192.168.1.1/24 可以分配于使用的IP地址有多少个？ 28-2=254 192.168.1.1/25 可以分配于使用的IP地址有多少个？ 27-2=126
按网络规模的大小，IP地址空间划分为5 个不同的地址类别： A类：0xxx xxxx 0-127 B类：10xx xxxx 128-191 C类：110x xxxx 192-223 D D类：1110 xxxx 224-239 1110 E类：1111 0xxx 240-255 其中A、B、C三类常用，D类用于组播， E类保留实验使用。
私有ip地址范围包括: 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
*
从IPv4到IPv6最显著的变化就是网络地 址的长度。IPv6地址，有128位长，IPv6地址 的表达形式一般采用32个十六进制数。 X:X:X:X:X:X:X:X，其中X是一个4位十六进制 整数( 16位)。 IPv6中可能的地址有2128 ≈ 3.4×1038个。 也可以想象为1632个因为32位地址每位可以取 16个不同的值。
*6、IPv6使用
*7、IPv4选择性支持IPSec
*7、IPv6自动支持IPSec *8、更好的QoS支持
注解： 1、IPSec由IETF开发是确保秘密、完整、真实 的信息穿越公共IP网的一种工业标准。 2、QoS是网络的一种安全机制，通常情况下不 需要QoS，但是对关键应用和多媒体应用就十 分必要。当网络过载或拥塞时，QoS 能确保重 要业务量不受延迟或丢弃，同时保证网络的高 效运行。