IP分析入门：IPv4与IPv6的基本原理

# 1. IP地址的基础知识

## 1.1 IPv4地址的结构和编码

IPv4地址由32位组成，通常使用四个十进制数（0-255）来表示，每个数之间用`.`分隔。例如，`192.168.0.1`就是一个IPv4地址。

IPv4地址的结构分为网络部分和主机部分，网络部分用于标识一个网络，而主机部分用于标识一个主机。

IPv4还支持使用子网掩码来划分网络和主机的部分，子网掩码是一个32位的二进制数，用于指定IPv4地址中哪些位是网络部分，哪些位是主机部分。

IPv4地址的编码采用大端方式，即高位字节先存储在内存的低地址部分，而低位字节存储在内存的高地址部分。

## 1.2 IPv6地址的结构和编码

IPv6地址由128位组成，通常使用八个四位的十六进制数（0-9，a-f）来表示，每个数之间用`:`分隔，例如，`2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334`就是一个IPv6地址。

IPv6地址的结构分为网络前缀和主机标识部分，网络前缀用于标识一个网络，而主机标识部分用于标识一个主机。

IPv6地址可以省略连续的0段，用`::`表示，但只能省略一次。例如，`2001:0db8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab`可以简写为`2001:0db8::1428:57ab`。

IPv6地址的编码采用大端方式。

## 1.3 IP地址的分配和管理

IP地址由互联网管理机构（IANA）负责分配和管理。IANA将IP地址分为五大类别：A类、B类、C类、D类和E类。

A类地址用来分配给大型网络，它的网络部分占用了前8位，可以分配16,777,214个主机。

B类地址用来分配给中型网络，它的网络部分占用了前16位，可以分配65,534个主机。

C类地址用来分配给小型网络，它的网络部分占用了前24位，可以分配254个主机。

D类地址是多播地址，用于进行组播通信。

E类地址是保留地址，暂时没有特定的用途。

在IPv6中，地址的分配和管理与IPv4有所不同，采用了层级式的分配机制，以适应更复杂的网络环境。

# 2. IPv4的基本原理

IPv4（Internet Protocol version 4）是目前广泛应用的网络协议，下面分为三个小节来介绍IPv4的基本原理。

#### 2.1 IPv4数据包的格式

IPv4数据包由首部和数据两部分组成。IPv4首部包括版本、首部长度、区分服务、总长度、标识、标记、片偏移、生存时间、协议、首部校验和、源IP地址和目的IP地址等字段。

以下是Python示例代码，演示了如何解析IPv4数据包的首部：

# 导入socket模块
import socket

# 创建IPv4套接字
with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, socket.IPPROTO_IP) as s:
    # 设置接收所有数据包
    s.bind(('0.0.0.0', 0))
    s.setsockopt(socket.IPPROTO_IP, socket.IP_HDRINCL, 1)
    # 接收数据包
    data, addr = s.recvfrom(65535)
    # 解析IPv4首部
    version = data[0] >> 4
    header_length = (data[0] & 15) * 4
    ttl = data[8]
    protocol = data[9]
    source_ip = socket.inet_ntoa(data[12:16])
    destination_ip = socket.inet_ntoa(data[16:20])
    # 打印解析结果
    print(f"Version: {version}")
    print(f"Header Length: {header_length} bytes")
    print(f"TTL: {ttl}")
    print(f"Protocol: {protocol}")
    print(f"Source IP: {source_ip}")
    print(f"Destination IP: {destination_ip}")

#### 2.2 IPv4地址分配和路由

IPv4地址是32位二进制数，通常以4段10进制数表示，例如192.168.1.1。IPv4地址分为A类、B类、C类、D类和E类五种类型，每种类型用于不同的场景。

IPv4路由是通过IP地址和子网掩码来确定数据包的转发方向的方式。路由表中存储了目的IP地址和对应