IP (Internet Protocol，網際網路協議)，位於網路層的協議。協議內容定義了資料的封裝結構及定址方式，用於確定目的地位址，讓封包在不同網路之間路由和轉發。

IP 的閱讀重點可以簡單歸納為以下四個部分：

• IP 位址
• IP 封包
• 定址
• 路由

IP 位址(IP Address)

IP 協議使用IP 位址來識別網路上的每個裝置，每個IP 位址在網路上都是唯一的。

目前有兩個主要版本的IP 協議，即IPv4 和IPv6。

IPv4

IPv4 位址由32 位元二進制數字組成，但二進制的原始字串對使用者來說不易辨識，因此通常會將原始字串進行轉換。

表示方法為先將原始字串以每八個位元為一組，再以「.」區隔，最後把八位元的二進制數字轉換為十進制數字，每個數字範圍在0~255之間，最終IP 位址就如192.168.1.1一般易讀。

但IPv4 的位址空間只有2的32次方個(約43億)位址，還有一些位址是為特殊用途所保留的，如專用網路和多播網路，因此有IP 位址用盡的問題，進而催生了IPv6。

IPv6

IPv6 在二進制下為128 位元，以八組十六進制數字表示，每組數字由四個十六進制數字組成，並使用冒號連接，如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。

位址結構

IP 位址通常分為兩個部分，即網路部分和主機部分。

• 網路部分用於識別目標設備所屬的網路，也稱為網路位址(Network Address)。
• 主機部分用於識別該網路中的具體設備，也稱為主機位址(Host Address)。

這種地址結構有助於路由器根據接收端IP 位址來確定資料傳輸的路徑。

至於如何區分網路部分和主機部分，早期是使用分類網路區分，現在則是使用子網路遮罩來區分，。

通訊模式

當透過IP 協議傳輸資料時，接收端可以是一個或複數個，根據接收端的數量可以分為單播、廣播和多播。

單播

單播(Unicast)是將資料傳送給單一位址的傳輸方式，採用單播方式傳輸資料的IP 位址稱為單播位址。

在TCP/IP 架構中，大部分的裝置都是採用單播傳輸。

廣播

廣播(Broadcast)是將一份資料傳送給同一個網路上的所有主機的傳輸方式，只要將接收端IP 位址指定為廣播位址就可以向同一個網路上的所有主機傳輸資料。

廣播IP 位址是由32個1組成，以十進制表示就是255.255.255.255。

多播

多播(Multicast)是將一份資料傳送給一組特定主機的傳輸方式，例如運行著同一個應用程式的多個主機，要進行多播傳輸一樣是將接收端IP 位址指定為多播位址即可。

多播IP 位址有一個範圍，介於224.0.0.0至239.255.255.255之間，在這範圍內有些事已經決定好得多播位址，例如224.0.0.2代表同一個網路上的所有路由器。

IP 封包

與其它協議相同，使用IP 協議進行資料傳輸必須在資料加上IP 表頭，形成一組IP 封包，其內容包含發送端和傳送端的IP 位址、生存時間(TTL)、應用層協議(如HTTP)及傳輸層協議(如TCP) 以及其他控制訊息。

存活時間 (TTL)

存活時間是一個整數，表示這個IP 封包能夠通過多少個路由器，範圍在0~255之間；當一個路由器處理一個封包十，它會將TTL 值減1 再將其轉發，若TTL 值在路由過程中變為0，則會直接丟棄該IP 封包，並向發送端發送一條ICMP 錯誤訊息，通知發送端封包已達其存活時間。

其設計原因有以下三點：

1. 限制存活時間，TTL 值在IP 封包被建立時設置，並且在每經過一個路由器變減少1，也就是說TTL 可以用來限制IP 封包在網路上的生存時間，確保它不會永遠存在，並最終會被丟棄。
2. 防止無限循環，如果路由器配置不當或網路拓撲存在錯誤，IP 封包可能會在無線循環中滯留，而TTL 可以確保IP 封包在網路中最多只能經過一定數量的路由器，超過便會被丟棄，以避免無限循環。
3. 路由跟蹤，透過查看ICMP 錯誤訊息或IP 封包的TTL 值，網路管理員可以確定封包到達過最遠的路由器，從而幫助識別網路中的問題。

小結

IP 協議的內容實在是太多了，寫起來已經開始力不從心，決定切成兩篇文講解，這一篇先講IP 位址跟IP 封包的內容，下一篇再講定址和路由。

參考資料

鳥哥私房菜 - 第二章、基礎網路概念

網際網路協定 - 維基百科，自由的百科全書

IPv4 - 維基百科，自由的百科全書

IPv6 - 維基百科，自由的百科全書

IP位址 - 維基百科，自由的百科全書

圖解網路的運作機制

圖解TCP/IP網路通訊協定（涵蓋IPv6）2021修訂版