IPv4

Pengalamatan

IPv4 menggunakan alamat-alamat 32-bit (empat bait), yang menghadkan ruang alamat kepada 4,294,967,296 (2³²) alamat unik yang mungkin. Pun begitu, sebahagiannya disimpan untuk tujuan-tujuan khusus misalnya rangkaian persendirian (~18 juta alamat) atatu alamat-alamat multisiar (~270 juta alamat). Ini mengurangkan jumlah alamat yang boleh diuntukkan bagi penghalaan pada Internet awam. Sedang alamat-alamat semakin diwakilkan kepada pengguna akhir, kekurangan alamat IPv4 semakin berkembang. Namun, perekabentukan semula seni bina pengalamatan rangkaian melalui reka bentuk rangkaian berkelas-kelas, Classless Inter-Domain Routing, dan terjemahan alamat rangkaian (NAT) telah menyumbang kepada pelengahan dengan ketara bagi kehabisan yang tidak terhindarkan itu.
Batasan ini telah merangsang pembangunan IPv6, yang sekarang ini masih berada pada takat awal pengerahan, dan merupakan satu-satunya penyelesaian jangka panjang.

Peruntukan

Asalnya, alamat IP dibahagikan kepada dua bahagian, pengecam rangkaian yang diwakili oleh oktet paling bererti (urutan tertinggi) dan pengecam hos menggunakan bahagian alamat selebihnya (juga dipanggil rest field). Ini membolehkan penciptaan sehingga 256 rangkaian. Dengan cepat, ia disedari tidak mencukupi.
Bagi mengatasi had ini, oktet berututan tinggi alamat ditakrifkan semula untuk mencipta satu set kelas rangkaian, dalam satu sistem yang kemudiannya dikenali sebagai perangkaiaan berkelas-kelas. Sistem terbabit mentakrifkan lima kelas, Kelas A, B, C, D, dan E. Kelas A, B, dan C mempunyai panjang bit berbeza untuk pengecaman rangkaian yang baru. Bahagian alamat yang selebihnya digunakan seperti sebelumnya untuk mengecam hos dalam sesuatu rangkaian, bermakna, setiap kelas rangkaian memiliki muatan berbeza untuk mengalamatkan hos. Kelas D diperuntukkan bagi pengalamatan multisiar dan Kelas E disimpan untuk kegunaan masa hadapan.
Bermula sekitar 1985, kaedah-kaedah telah dicipta untuk membenarkan rangkaian IP disubbahagikan. Konsep variable-length subnet mask (VLSM) yang membenarkan subbahagian kepada saiz rangkaian yang pelbagai telah diperkenalkan.
Sekitar 1993, sistem kelas-kelas ini secara rasminya telah digantikan dengan Classless Inter-Domain Routing (CIDR), dan skema berasaskan kelas dipanggil classful (berkelas-kelas), sebagai lawannya.
CIDR direka untuk membenarkan pemetaan semula sebarang ruang alamat supaya blok-blok yang lebih kecil atau besar boleh diperuntukkan kepada pengguna. Struktur hirarki yang dihasilkan oleh CIDR diurus Internet Assigned Numbers Authority (IANA) dan Regional Internet Registry (RIR). Setiap RIR mengekalkan pangkalan data WHOIS boleh dicari secara umum yang membekalkan maklumat berkenaan penugasan alamat IP.

Rangkaian persendirian maya

Paket-paket yang dialamatkan dengan alamat persendirian adalah diabaikan oleh semua penghala awam secara sengaja. Maka, tidak mustahil bagi dua rangkaian persendirian untuk berhubung (contohnya dua pejabat cawangan) melalui Internet awam tanpa kemudahan khusus. Ini dapat dicapai dengan bantuan rangkaian persendirian maya (VPN).
VPN mewujudkan sambungan penerowongan sepanjang rangkaian awam di mana titik-titik hujung terowong berkenaan berfungsi sebagai penghala bagi paket-paket rangkaian persendirian. Penghala-penghala ini mengkapsulkan atau mempakejkan paket-paket yang dialamatkan secara persendirian dengan pengepala-pengepala dalam rangkaian awam boleh hala supaya ia boleh dihantar ke penghala yang berlawanan, pada hujung terowong yang satu lagi, melalui rangkaian awam kemudian menyingkirkan pengepala pengalamatan awamnya lalu dihantar secara setempat ke destinasinya.
Paket yang dikapsulkan boleh juga disulitkan demi keselamatan datanya sementara ia merentasi rangkaian awam.

Pengalamatan link-local

Blok alamat 169.254.0.0/16 ditakrifkan oleh RFC 5735 untuk kegunaan khusus bagi pengalamatan link-local. Alamat-alamat ini cuma sah pada pautan pada mana sesuatu hos disambung, contohnya sebuah segmen rangkaian setempat atau sambungan titik-ke-titik. Alamat-alamat ini tidak boleh halakan dan macam alamat-alamat persendirian, ia tidak boleh menjadi sumber atau destinasi bagi paket-paket yang terabas Internet. Alamat link-local digunakan terutamanya untuk autokonfigurasi alamat (Zeroconf) bila sesebuah hos tidak dapat menerima alamat IP daripada pelayan DHCP atau kaedah tatarajah dalaman lain.
Pada masa blok alamat ini disimpan, tiada sebarang piawaian wujud untuk mekanisme autokonfigurasi alamat. Demi menyelesaikan perkara ini, Microsoft telah mencipta satu pelaksanaan yang dipanggil Automatic Private IP Addressing (bermaksud 'pengalamatan IP persendirian automatik', disingkatkan sebagai APIPA). Atas kuasa pasaran Microsoft, APIPA telah dikerahkan pada berjuta-juta mesin dan lantas menjadi piawaian de facto bagi industri berkaitan. Beberapa tahun kemudian, IETF telah mentakrifkan piawaian formal bagi kefungsian ini, RF 3927, berjudul Dynamic Configuration of IPv4 Link-Local Addresses (bermaksud 'tatarajah dinamik bagi alamat-alamat link-local IPv4').

Localhost

Alamat-alamat dalam julat 127.0.0.0–127.255.255.255 (127.0.0.0/8 dalam tatatanda CIDR) adalah tersimpan untuk komunikasi localhost. Alamat-alamat dalam julat ini seharusnya tidak pernah muncul luar daripada sesebuah komputer hos dan paket-paket yang dihantar kepada alamat ini dipulangkan sebagai paket-paket mendatang pada peranti rangkaian maya (dikenali sebagai loopback).

Alamat-alamat yang diakhiri 0 atau 255

Sering kali disalahtafsirkan yang alamat-alamat yang berakhir dengan oktet 0 atau 255 tidak akan pernah ditugaskan kepada hos. Perkara ini benar hanya untuk rangkaian yang mempunyai tapisan subrangkaian sekurang-kurangnya 24 — rangkaian Kelas C dalam skema pengalamatan berkelas-kelas yang lama, atau dalam CIDR, rangkaian dengan topeng /24 ke /32 (atau 255.255.255.0—255.255.255.255).
Dalam pengalamatan berkelas-kelas (sekarang ini usang dengan munculnya CIDR), hanya terdapat tiga tapisan subrangkaian: Kelas A, 255.0.0.0 atau /8; Kelas B, 255.255.0.0 atau /16; dan Kelas C, 255.255.255.0 atau /24. Sebagai contoh, dalam subrangkaian 192.168.5.0/255.255.255.0 (atau 192.168.5.0/24) pengenal pasti 192.168.5.0 merujuk kepada keseluruhan subrangkaian, maka ia juga boleh merujuk kepada sebuah peranti individu dalam subrangkaian berkenaan.
Alamat siaran ialah alamat yang membenarkan maklumat disampaikan kepada kesemua mesin pada subrangkaian tertentu, bukan hanya kepada satu mesin tertentu. Umumnya, alamat siaran boleh ditemui dengan mendapatkan pelengkap bit bagi tapisan subrangkaian dan melakukan pengendalian bit ATAU dengan pengenal pasti rangkaiannya. Dalam kata lain, alamat siar adalah alamat yang terakhir dalam julat yang dimiliki oleh subrangkaian terbabit. Dalam contoh kita, alamat siaran ialah 192.168.5.255, jadi untuk mengelakkan kekeliruan, alamat ini juga tidak boleh ditugaskan kepada hos. Pada subrangkaian Kelas A, B, atau C, alamat siaran sering diakhiri dengan 255.
Walau bagaimanapun, ini tidak bermakna yang setiap alamat diakhiri dengan 255 tidak boleh digunakan sebagai alamat hos. Sebagai contoh, bagi sebuah subrangkaian Kelas B 192.168.0.0/255.255.0.0 (atau 192.168.0.0/16), bersamaan dengan julat alamat 192.168.0.0–192.168.255.255, alamat siarannya ialah 192.168.255.255. Namun, sesiapa boleh menugaskan 192.168.1.255, 192.168.2.255, dan sebagainya. (walaupun ini boleh menyebabkan kekeliruan). Tambahan lagi, 192.168.0.0 ialah pengenal pasti rangkaiannya dan dengan ini tidak boleh di tugaskan, tapi 192.168.1.0, 192.168.2.0, dan sebagainya boleh ditugaskan (walaupun ini juga boleh menyebabkan kekeliruan).
Dengan munculnya CIDR, alamat siaran tidak semestinya berakhir dengan 255.
Secara umum, alamat pertama dan terakhir dalam sesebuah subrangkaian masing-masing digunakan sebagai pengenal pasti rangkaian dan alamat siaran. Kesemua alamat lain dalam subrangkaian boleh ditugaskan kepada hos pada subrangkaian berkenaan.

Peleraian alamat

Hos pada Internet selalunya tidak dikenal melalui alamat IPnya, tetapi dengan namanya (contohnya ms.wikipedia.org, www.google.com, www.youtube.com). Penghalaan bagi paket-paket IP menerusi Internet tidak diarahkan oleh nama-nama sedemikian, tapi oleh nombor alamat IP yang ditugaskan kepada nama domain tadi. Ini memerlukan penterjemahan (atau peleraian) nama domain kepada alamat.
Sistem Nama Domain (DNS) membekalkan sistem yang diperlukan untuk menukarkan nama kepada alamat dan alamat kepada nama. Sebagai mana pengalamatan CIDR, penamaan DNS juga berbentuk hirarki dan membenarkan delegasi separa bagi ruang-ruang nama ke pelayan DNS lain.
DNS sering dianalogikan kepada sistem maklumat direktori sistem telefon di mana nama pelanggan diterjemahkan kepada nombor telefon.

Terjemahan alamat rangkaian

Kerancakan peruntukan bagi alamat IPv4 dan kekurangan ruang alamat yang berlaku sejak awal 1990-an membawa kepada beberapa kaedah bagi penggunaan yang lebih cekap. Salah satunya ialah pengenalan terjemahan alamat rangkaian (NAT). Peranti-peranti NAT menyamarkan keseluruhan, rangkaian persendirian 'di belakang' satu alamat IP awam tunggal lantas membenarkan penggunaan alamat persendirian di dalam rangkaian berkenaan. Kebanyakan pembekal capaian Internet pelanggan pasaran massa bergantung kepada teknik ini.

Struktur paket

Sesebuah paket IP terdiri daripada bahagian pengepala dan bahagian data.

Penyerpihan dan penghimpunan semula

Protokol Internet adalah kemudahan dalam seni bina yang membolehkan rangkaian yang berbeza untuk menukar trafik dan menghala trafik di antara satu sama lain. Reka bentuknya menampung rangkaian dengan pelbagai sifat fizikal; ia tidak bergantung pada teknologi penghantaran dasar yang digunakan dalam Lapisan Pautan. Rangkaian Lapisan Pautan yang berlainan rekaan perkakasan biasanya berbeza tidak hanya dari segi kelajuan penghantaran, tapi juga dari segi struktur dan saiz kaedah pembingkaian sahnya, disifatkan oleh unit penghantaran maksimum (MTU). Untuk memenuhi peranan IP menerabas rangkaian, maka perlu dilaksanakan satu mekanisme untuk menyesuaikan ukuran unit penghantaran secara automatik supaya serasi dengan teknologi dasar. Ini memperkenalkan keperluan untuk penyerpihan dari datagram IP. Dalam IPv4, fungsi ini terletak di Lapisan Internet, dan dilakukan pada penghala IPv4, yang dengan demikian hanya memerlukan lapisan ini sebagai yang tertinggi dilaksanakan dalam rekaan mereka.
Sebaliknya, generasi Protokol Internet berikutnya, iaitu IPv6, tidak memerlukan penghala untuk melakukan penyerpihan, sebaliknya, hos harus menentukan MTU laluan sebelum penghantaran dan menghantar datagram penyelaras.

Protokol pembantu

Protokol Internet merupakan protokol yang mentakrifkan dan membolehkan antara rangkaian pada Lapisan Internet dan seterusnya membentuk Internet. Ia menggunakan sistem pengalamatan logik. Alamat IP tidak terikat dari segi apapun kepada pengenalpastian perkakasan dan, semestinya, sesebuah antara muka rangkaian boleh memiliki lebih daripada satu alamat IP. Hos dan penghala memerlukan mekanisme tambahan untuk mengenal pasti hubungan antara antara muka peranti dan alamat IP, supaya dapat mengirim paket IP dengan betul ke hos destinasi pada sesebuah pautan. Protokol Peleraian Alamat (ARP) melakukan terjemahan alamat IP kepada alamat perkakasan (alamat MAC) ini untuk IPv4. Lagi, korelasi terbalik biasanya perlu, sebagai contoh, bila satu hos IP dibut atau disambung ke satu rangkaian, ia perlu menentukan alamat IPnya, melainkan sudah ada alamat yang ditatarajahkan oleh pentadbir. Protokol untuk korelasi songsang sebegini wujud dalam Suit Protokol Internet. Kaedah yang sekarang ini digunakan ialah Protokol Konfigurasi Hos Dinamik (DHCP) dan, yang jarang, inARP.