IPv4 использует 32-битные (четырёхбайтные) адреса, ограничивающие адресное пространство 4 294 967 296 (232) возможными уникальными адресами.
Традиционной формой записи IPv4 адреса является запись в виде четырёх десятичных чисел (от 0 до 255), разделённых точками. Через дробь указывается длина маски подсети.
Адреса источников пакетов «этой» («своей») сети.[1][3]
0.0.0.0/32
В сокетах с состоянием «listening» обозначает любые IP отправителя или любые сети получателя на текущем хосте. Может посылаться в сеть только в качестве адреса источника, если хосту ещё не назначен IP адрес (обычно по протоколу DHCP). Не может быть использован как адрес назначения в сети.
В маршрутизаторах Cisco при попытке отправить пакет на адрес 0.0.0.0 он будет отправлен на широковещательный адрес наименьшей подсоединённой подсети (connected в таблице маршрутизации).
Подсеть для коммуникаций внутри хоста (см. localhost). Используется сетевая подсистема, но в действительности такие пакеты не проходят через сетевую карту. Если пакет с таким адресом назначения был получен из сети, то должен быть отброшен.
Канальные адреса. Подсеть используется для автоматического назначения IP операционной системой в случае, если настроено получение адреса по DHCP, но ни один сервер не отвечает.
Применяется в качестве ретранслятора при инкапсуляцииIPv6 в IPv4 (6to4)[8]. Иными словами этот IP не уникален. Его анонсируют многие компании. Пакет на этот адрес пойдёт до ближайшего хоста с этим IP, который распакует пакет и отправит его дальше по IPv6 маршрутизации.
Local Network Control Block. Как правило только для известных протоколов. TTL=1.
224.0.0.1 — все системы в подсети.
224.0.0.2 — все маршрутизаторы в подсети.
224.0.0.5, 224.0.0.6 - OSPF
224.0.0.9 - RIPv2
224.0.0.10 - IGRP
224.0.0.13 - PIM
224.0.0.18 - VRRP
224.0.0.19, 224.0.0.20, 224.0.0.21 - IS-IS
224.0.0.22 - IGMP
224.0.0.102 - HSRP
224.0.0.251 - Multicast DNS
224.0.0.252 - LLMNR (англ.)
224.0.0.253 - Teredo
и другие
224.0.1.0 по 238.255.255.255
Globally Scoped Addresses
224.0.1.0/24 - Internetwork Control Block
224.0.2.0 — 224.0.255.255 - AD-HOC Block I
224.1.0.0/16 - Зарезервировано
224.0.2.0/16 - SDP/SAP Block. .
224.3.0.0/16, 224.4.0.0/16 - AD-HOC Block II
224.5.0.0 по 224.251.255.255 - Зарезервировано
224.252.0.0/14 - DIS Transient Groups
225.0.0.0 — 231.255.255.255 Зарезервировано
232.0.0.0/8 — RFC 4607. Модель, где данные передаются только получателям с явно заданной группой.
233.0.0.0/8 - GLOP адреса. Для организаций, у которых есть присвоенная 16-битная RFC 3180
233.252.0.0/14 — AD-HOC Block III
234.0.0.0/8 — Блок мультистовых адресов, основанных на IPv4-unicast. RFC 6034. Например, если организации выделено 192.0.2.0/24, глобальным multicast адресом этой организации будет 234.192.0.2/32.
239.0.0.0/8
Для частных мультикаст-доменов/организаций (пользовательские адреса). Могут динамически использоваться протоколами.
Зарезервировано для использования в будущем. Существует мнение, что эта подсеть больше никогда не будет использована, так как есть множество оборудования, не способного посылать пакеты в эту сеть.
Пакет IP содержит 14 полей, из которых 13 являются обязательными. Четырнадцатое поле предназначено для необязательных опций. Поля используют порядок байтов от старшего к младшему, старшие биты идут первыми. Первый бит имеет номер 0. Таким образом, например, поле с версией находится в четырёх старших битах первого байта.
Первым полем пакета является версия протокола размером в четыре бита. Для IPv4 это 4.
Размер заголовка (Internet Header Length)
Следующие четыре бита содержат размер заголовка пакета в 32-битных словах. Поскольку число опций не постоянно, указание размера важно для отделения заголовка от данных. Минимальное значение равно 5 (5×32=160 бит, 20 байт), максимальное — 15 (60 байт).
Differentiated Services Code Point (DSCP)
Изначально называлось «тип обслуживания» (VoIP, большего приоритета.
Предупреждение о перегрузке сети без потери пакетов. Является необязательной функцией и используется только если оба хоста её поддерживают.
Размер пакета
16-битный полный размер пакета в байтах, включая заголовок и данные. Минимальный размер равен 20 байтам (заголовок без данных), максимальный — 65535 байт. Хосты должны поддерживать передачу пакетов размером до 576 байт, но современные реализации обычно поддерживают гораздо больший размер. Пакеты большего размера, чем поддерживает канал связи, фрагментируются.
Идентификатор
Преимущественно используется для идентификации фрагментов пакета, если он был фрагментирован. Существуют эксперименты по его использованию для других целей, таких как добавление информации о трассировке пакета для упрощения отслеживания пути пакета с подделанным адресом источника.[12]
Флаги
Поле размером три бита содержащее флаги контроля над фрагментацией. Биты, от старшего к младшему, означают:
Если установлен флаг «не фрагментировать», то в случае необходимости фрагментации такой пакет будет уничтожен. Может использоваться для передачи данных хостам, не имеющим достаточных ресурсов для обработки фрагментированных пакетов.
Флаг «есть фрагменты» должен быть установлен в 1 у всех фрагментов пакета, кроме последнего. У нефрагментированных устанавливается в 0 — такой пакет считается собственным последним фрагментом.
Смещение фрагмента
Поле размером в 13 бит, указывает смещение текущего фрагмента от начала передачи фрагментированного пакета в блоках по 8 байт. Позволяет (213−1)×8=65528 байт смещения, что превышает максимальный размер пакета. Первый фрагмент в последовательности имеет нулевое смещение.
Определяет максимальное количество маршрутизаторов на пути следования пакета. Наличие этого параметра не позволяет пакету бесконечно ходить по сети. Каждый маршрутизатор при обработке пакета должен уменьшить значение TTL на единицу. Пакеты, время жизни которых стало равно нулю, уничтожаются, а отправителю посылается сообщение ICMPTime Exceeded. На отправке пакетов с разным временем жизни основана трассировка их пути прохождения (traceroute). Максимальное значение TTL=255. Обычное начальное значение TTL=64 (зависит от ОС).
Протокол
Указывает, данные какого протокола IP содержит пакет (например, TCP или ICMP). Присвоенные номера протоколов можно найти на сайте IANA.[14]
Контрольная сумма заголовка
16-битная контрольная сумма, используемая для проверки целостности заголовка. Каждый хост или маршрутизатор сравнивает контрольную сумму заголовка со значением этого поля и отбрасывает пакет, если они не совпадают. Целостность данных IP не проверяет — она проверяется протоколами более высоких уровней (такими, как TCP или UDP), которые тоже используют контрольные суммы.
Поскольку TTL уменьшается на каждом шаге прохождения пакета, сумма тоже должна вычисляться на каждом шаге. Метод пересчета контрольной суммы определён в [15]
Адрес источника
32-битный адрес отправителя пакета. Может не совпадать с настоящим адресом отправителя из-за трансляции адресов.
Адрес назначения
32-битный адрес получателя пакета.
Опции
За адресом назначения может следовать поле дополнительных опций, но оно используется редко. Размер заголовка в этом случае должен быть достаточным, чтобы вместить все опции (с учетом дополнения до целого числа 32-битных слов).
Если список опций не является концом заголовка, он должен оканчиваться опцией 0x00. Опции имеют следующий формат:
Поле
Размер в битах
Описание
Копировать
1
Устанавливается в 1 если требуется копировать опции в заголовки всех фрагментов.
Класс опции
2
0 для «управляющих» опций и 2 для опций «измерений и отладки». 1 и 3 зарезервированы.
Номер опции
5
Указывает опцию.
Размер опции
8
Указывает размер опции (с учетом этого поля). Может не указываться для опций без аргументов.
Аргументы опции
Переменный
Дополнительные данные, используемые опцией.
Замечание: Размер заголовка более 5 слов указывает на присутствие опций и необходимость их обработки.
Замечание: Поля «копировать», «класс опции» и «номер опции» иногда называют одним восьмибитным полем «тип опции».
Уже в 1980-е годы стало очевидно, что распределение адресного пространства происходит значительно более быстрыми темпами, чем было заложено в архитектуру IPv4. Это привело сначала к появлению классовой адресации, позднее бесклассовой адресации, и в конечном итоге к разработке нового протокола IPv6.
В феврале 2011 года IANA выделила 5 последних блоков адресов RIRам. Блоки свободных IP-адресов начали заканчиваться у региональных регистраторов с 2011 года.[16]