IPv4 ist das gegenwärtig verwendete IP-Protokoll im Internet und in lokalen Netzwerken. Es hat einen 32-Bit Adressraum und kann damit ca. 4,295 Milliarden Rechner adressieren.  Die IP-Adressen werden dezimal in 4 Blöcken notiert: jeder Block umfasst 8-Bit und damit einen Wertebereich von 0 bis 255.  Subnetting ist das Aufteilen dieses IP-Adressraumes in  mehrere kleine Teilnetze. Die Aufteilung in IP-Adressräume kann den unterschiedlichen Bedürfnissen der Netzbetreiber entsprechen. So ist es sinnvoll in einem Firmengebäude mit unterschiedlichen Abteilungen und Gebäuden,  diese in unterschiedliche (Standorte) Subnetze aufzuteilen.

 

Sendet ein Computer Daten an eine Zielstation, wird durch Vergleichen der Netzadresse entschieden, ob der Zielrechner im gleichen Subnetz ist oder nicht. Ist der Zielrechner nicht im lokalen Subnetz, werden  die Daten an einen Router (72.114.0.0) weitergeleitet. Der Router vergleicht erneut die Netzadresse mit den an ihn angeschlossenen Subnetzen und leitet die Daten an den entsprechenden Zielrechner im richtigen Subnetz. 

 

Im 57. Standort ergibt sich mit der IP-Adresse: 72.114.0.1 und der Subnetzmaske: 255.254.0.0 die Netzadresse : 72.114.0.0. Die Netzadresse ist gleichzeitig die Router-IP und somit für jeden Rechner im Subnetz das Standardgateway.  Ein Computer im Standort 57 'sieht' einen Computer im Standort 58 nicht. Die Identifizierung außerhalb des lokalen Subnetzes erfolgt über die Netzadresse. 
 
Im ersten Schritt wird ein logisches UND von Quelladresse und Subnetmaske vorgenommen.
...... => Das Ergebnis ist die Netzadresse. 
  Die Subnetzmaske unterteilt eine IP-Adresse in Host- und Subnetz-Teil. Die Maskierung im Subnetz-Teil geschieht über die gesetzten 1'er Bits. 
 
In diesem Beispiel könnten in jedem der 80 Standorte (=Subnetze) 2^17 = 131072 IP-Adressen verwaltet werden. Weil die ... 0 der Netzadresse (Netzwerk ID) vorbehalten ist und die ...255 für die  Broadcastadresse reserviert ist, sind es tatsächlich nur 131070 adressierbare Rechner im Subnetz. 

 

 

 

 

               

Die Subnetzmaske (Subnet Mask, Netzmaske, Netzwerkmaske) ermöglicht die Unterteilung des Host-Teils einer IP-Adresse in weitere Subnetze. Es handelt sich um eine Bitmaske welche die IP-Adresse in einen Netzwerk- und einen Host-Teil aufteilt.  In einem Class-C-Netz beispielsweise ist die Subnetzmaske 255.255.255.0 (Class-B-Netz 255.255.0.0). Die Null wird durch andere Werte ausgetauscht um das Netz zu unterteilen (z. B. 255.255.255.240).                                                       

IPv4 ist das gegenwärtig verwendete IP-Protokoll im Internet. Es hat einen 32-Bit Adressraum und kann damit ca. 4,295 Milliarden Rechner adressieren. Die IP-Adressen werden dezimal in 4 Blöcken notiert: jeder Block umfasst 8-Bit und damit einen  Wertebereich von 0 bis 255, z. B. 80.237.132.122. 

IP-Adressen und Protokolle
Die IP-Adresse eines Rechners in einem Netzwerk muss eindeutig sein. IPv4 ist ein geroutetes Protokoll und ist anzusiedeln auf der Internetschicht (Schicht 2) des TCP/IP Referenzmodells bzw. der  Vermittlungsschicht (Network, Schicht 3) des ISO-OSI Schichtenmodells. Auf IPv4 setzen weitere Protokolle auf, wie z. B. TCP, UDP oder ICMP. 

IP-Adressraum
IPv4 ist in 5 Klassen unterteilt (A-Netz, B-Netz, C-Netz, D-Netz, E-Netz) die sich hauptsächlich in der  Aufteilung der IPv4 Adressen unterscheiden. Eine IPv4 Adresse wird aufgeteilt in eine Netz-ID und eine Host-ID. Je grösser die Netz-ID, desto mehr Netze können adressiert werden (und desto weniger  Rechner innerhalb eines Netzes). Je grösser die Host-ID, desto mehr Rechner können innerhalb eines Netzes adressiert werden (und desto geringer ist die Anzahl der  konfigurierbaren Netze). Die Aufteilung in Klassen entspricht also den unterschiedlichen Bedürfnissen der Netzteilnehmer. Das Klasse A Netz verfügt über eine Netz-ID von 7 Bit und eine Host-ID von 24 Bit.  Das erste Bit ist eine Null zur Identifikation eines Klasse A Netzes. Die Adressen reichen von 0.0.0.0 bis 127.255.255.255. Die maximale Anzahl adressierbarer Rechner ist 2 ^ 24 - 2.  Zwei Adressen fallen weg, da die erste Adresse für die Identifikation des Netzes selber gebraucht wird und die letzte Adresse für einen Broadcast reserviert ist (damit können alle Netzteilnehmer auf einmal adressiert werden). Das Class A Netz verfügt  über 128 konfigurierbare Netze die ihrerseits jeweils 16.777.214 Rechner ansteuern können. Klasse A Netze sind grossen Organisationen (meist aus den USA) und Ländern vorbehalten. Ein Klasse B Netz hat eine Netz-ID von 14 Bit (Klasse C 21 Bit) und eine  Host ID von 16 Bit (Klasse C 8 Bit). Die Anzahl der Netze bei Klasse B (Adressbereich: 128.0.0.0 - 191.255.255.255) beträgt 16348 (Klasse C (Adressbereich: 192.0.0.0 bis 223.255.255.255) 2.097.152), die Anzahl  der Hosts pro Netz 65.534 (Klasse C 254). Das Klasse D Netz (224.0.0.0/4 bis 239.255.255.255) ist für Multicast-Gruppen reserviert und das Klasse E-Netz für zukünftige Anwendungen. 

Classless-Inter-Domain-Routing
Mit Einführung des Classless Inter-Domain Routing  (CIDR) 1996 ist das Klassenkonzept eigentlich überholt, da CIDR die Anzahl der Routingtabellen drastisch verringert und den 32 Bit Adressraum besser einsetzt. Das CIDR verwendet nur noch eine Netzmaske zur Aufteilung der 32 Bit Adresse in Netz- und  Host-ID (Subnetting und Supernetting entfällt) und führt bei der Notation Suffixe ein: der Suffix gibt die Anzahl der 1 Bit Anteile der Netzmaske an, z. B.: 192.168.2.7/24 entspricht der Notation 192.168.2.7 mit der Netzmaske 255.255.255.0.  In dualer Notation der Netzmaske 11111111.11111111.11111111.00000000 gibt es 3 x 8 = 24 1-Bit-Stellen. Bei IPv4 gibt es Sonderadressen: 10.0.0.0/8 ist ein privates Netzwerk der Klasse A, 14.0.0.0/8 ist ein öffentliches Datennetzwerk,  127.0.0.0/8: Localhost bzw. lokaler Computer, 192.168.0.0/16: privates Netzwerk der Klasse C (z. B. Heimnetzwerk oder internes Firmennetzwerk hinter einem Router für kleinere Firmen) oder 255.255.255.255 ist für Broadcast reserviert. 

Subnetzmasken
Um grössere Netzwerke  besser zu administrieren, den Datendurchsatz zu verbessern oder heterogene Netzwerktopologien besser zu verbinden hat man Subnetzmasken eingeführt: die Host-ID der IPv4 Adresse wird in 2 Teile unterteilt: die Host-ID und die Subnet-ID. 

Supernetting 
Das Gegenteil ist das Supernetting: um eine grössere Anzahl von Hosts in einem Netz zu adressieren wird die Netz-ID verkleinert und die Host-ID vergrössert.
IPv4 koexistiert noch lange Zeit mit IPv6 (bis ca. 2025).               

Ein Router verbindet mehrere Netze miteinander. Beispielsweise LAN-Netze untereinander oder ein LAN-Netz mit dem Internet. Der Router bedient sich dabei der 3. Schicht des OSI-Schichtenmodelles. Bei den durch den Router verbundenen  Subnetzen wird der Verkehr der Datenpakete geregelt. Dabei werden die Protokolle X.21 oder X.25 verwendet.

Finden des optimales Weges
Die Kriterien um den besten Weg durch das Netz zu finden sind:  prozentuale Auslastung, freie Bandbreite, Kosten und Wartezeiten. Dabei orientieren sie sich an Tabellen, die das Netz beschreiben und sorgen so für eine optimierte Verteilung der zur Verfügung stehenden Bandbreiten.  Ein Router bearbeitet nur Anfragen (im Gegensatz zu einer Bridge), wenn ihm die Zieladresse bekannt ist.

Statisches und dynamisches Routing 
Beim statischen Routing ist die Routingtabelle festgelegt, kann also nicht auf Änderungen reagieren. Beim dynamischen Routing wird das Netzwerk in bestimmten Abständen überprüft und Änderungen können ermittelt werden. Der Nachteil des dynamischen  Verfahrens ist der zusätzliche Kommunikationsaufwand im Netz. Es gibt Einzelprotokoll-Router, Multiprotokoll-Router und Hybride Router. 

Routing-Protokolle 
Der Router arbeitet mit einem oder mehreren Routing-Protokollen. Routing Protokolle die unter IPv4 verwendet werden sind u.a.: Border Gateway Protocol (BGP):
BGP ist ein  Exterior Gateway Protokoll um Erreichbarkeitsinformationen zwischen Autonomen Systemen (AS) auszutauschen, d. h. es liefert Informationen darüber, welche Netze erreichbar sind. Diese Informationen werden von den Routern der Autonomen Systeme  verwendet, um interne Routing Daten für das Open Shortest Path First (OSPF) Verfahren oder das Routing Information Protocol (RIP) zu erstellen.
Ein Autonomes System ist eine Anzahl von IP-Netzen die einheitlich administriert werden und  durch ein oder mehrere Interior Gateway Protocols (IGP) verbunden sind. Ein IGP ist ein Routing-Protokoll für Autonome Systeme: sie können mit komplexen Netzwerktopologien umgehen. Beispiele sind: OSPF, RIP, IS-IS (Intermediate System to  Intermediate System Protocol) oder IGRP (Interior Gateway Routing Protocol). Autonome Systeme können sich aus mehreren Teilnetzen zusammensetzen und werden meistens von  ISPs (Internet Service Provider), grösseren Firmen oder Organisationen (z. B. Universitäten) betrieben. 
Eine Weiterentwicklung von IGRP ist EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol), das 1994 von Cisco vorgestellt wurde. OSPF und IS-IS arbeiten mit dem Routing-Algorithmus Link-State-Routing-Protokoll (LS). Damit bauen Router komplexe  Datenbanken mit Informationen über Netzwerktopologien auf. Link State arbeitet mit dem Shortest Path First (SPF) Algorithmus von Edsger Wybe Dijkstra. Im Unterschied zu den Distanzvektorprotokollen (RIP, IGPR) liegen bei  dem Link-State-Routing-Protokoll Informationen über die gesamte Netzwerktopologie vor. Das Link-State-Routing-Protokoll tauscht nur Änderungen der Routingtabellen aus: dies erfolgt über Link-State-Announcement/Advertisements (LSA)  per Multicast unter benachbarten Routern.                         

Wenn innerhalb eines IP-Netzes mehrere Netzwerke und Router untereinander verbunden sind, und einheitlich administriert werden, dann spricht man von einem Autonomen System (AS).  Die Netzwerke und Router werden i.d.R. durch ein internes Gateway-Protokoll (Interior Gateway Protokoll) verbunden. Als IGP fungiert oftmals ein Link State Routing Protokoll wie OSPF (Open Shortest Path First) oder das Link State IGP IS-IS  (Intermediate System to Intermediate System Protocol). Seltener jedoch das Routing Information Protocol (RIP) oder das Interior Gateway Routing Protocol (IGRP).

Core Gateway und Exterior Gateway Protocol 
Autonome Systeme (AS) sind untereinander mit Core-Gateways verbunden. Dazu wird ein Exterior Gateway Protokoll verwendet: i.d.R. das Border Gateway Protokoll.  Um die Kommunikation zwischen den AS zu bewerkstelligen, werden die Erreichbarkeitsinformationen von einem Core-Gateway in jedem AS zu einem Gateway in dem anderen AS gesendet. Das EGP baut i.d.R. auf  den technischen Gegebenheiten des IGP auf, so dass meistens pro Netzwerkprotokoll genau ein EGP parallel zu einem IGP eingesetzt wird. Da Exterior Gateway Protokolle für das Routing zwischen Autonomen Systemen zuständig sind, werden  sie auch als Inter-AS-Routing Protokoll bezeichnet. Interior Gateway Protokolle werden entsprechend auch als Intra-AS-Routing Protokoll bezeichnet. 

Autonomous System Number
Die zentrale Verwaltung Autonomer Systeme wird oft von einem ISP (Internet Service Provider) oder einem Unternehmen/Organisation durchgeführt.  Dazu wird jedem AS eine eigene, 16-Bit-Wertige, AS-Nummer (Autonomous System Number, ASN) zugeteilt.  Die ASN wird von der IANA verwaltet und deren Zuteilung an die RIR (Regional Internet Registries) delegiert. Da schon über die Hälfte der 65535 möglichen ASN vergeben sind, wird die RIPE NCC ab 2009 32-Bit-Wertige ASN einführen. 

Kunden, Provider und Peers
In Autonomen Systemen gibt es verschiedene Funktionen aus Sicht der Betreiber: Kunden, Provider und Peers. Mein AS hat einen Kunden,  wenn ein anderes AS über mein AS Daten austauscht, entweder mit meinem AS oder es als Zwischenstation zu einem anderen AS benutzt, und dafür zahlt. Mein AS benutzt ein anderes AS als Provider, wenn es dieses nutzt  um damit Daten zu tauschen oder es als Vermittlerstation fungiert, um mit Dritten Autonomen Systemen Daten zu tauschen, und mein AS dafür zahlt. Von Peers spricht man, wenn zwei Autonome Systeme  gleichwertig sind, und sie den gegenseitigen Kommunikationsaufwand pauschal aufrechnen, so dass die dabei entstehenden Kosten geteilt werden.  Das Internet setzt sich aus vielen Autonomen Systemen zusammen.