网络层的ip协议_简单说明IP地址的构成

网络层的ip协议_简单说明IP地址的构成互联网的IP服务被定义成不可靠的、尽力而为、无连接分组交付系统

互联网的IP服务被定义成不可靠的、尽力而为、无连接分组交付系统。目前有两个版本的 IP 协议在使用:
IP4 [RFC 791]
IP6 [RFC 2460;RFC 4291]
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一、IPv4

1、IPv4数据报格式

首部 20 字节
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  • 版本(号)——占 4 bit,指IP协议的版本,目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)。
  • 首部长度——占 4 bit,可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4 字节)因此 IP 的首部长度的最大值是60字节。
  • 服务类型——占 8 bit,用来获得更好的服务。(这个字段以前一直没有被人们使用 )
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  • 总长度——占 16 bit,指首部和数据之和的长度,单位为字节,因此数据报的最大长度为 65535 字节。总长度一般不超过最大传送单元 MTU。
  • 标识、标志、片偏移——分别占 16、3、13 bit,用于IP分片功能。
  • 生存时间(TTL,Time-To-Live)——占 8 bit,每经过一个路由器,该字段减1,TTL为0时,则丢弃该数据报。
  • 协议——占 8 bit,字段指出此数据报携带的数据使用何种协议以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给哪个处理过程
    TCP—6 UDP—17
  • 首部检验和——占 16 bit,字段只检验数据报的首部不包括数据部分。
  • 源地址和目的地址——各占 32 bit
  • 选项——占 32 bit,允许IP首部被扩展,但是很少用。
  • 数据(有效载荷)——传递数据。
2、IPv4数据报分片和重装

(1)网络链路有MTU (最大传输长度) – 最大可能的链路级帧

  • 不同的链路类型及MTU

(2)在网络中,大IP 数据报被分割(“分段”)

  • 一个数据报 变为几个数据报
  • “重新装配”仅在最后目的地
  • IP首部比特用于标识、排序相关段
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
3、IP编址概述

(1)IP地址: 对主机、路由器接口的32-bit 标识符
(2)接口: 在主机/路由器和物理链路之间的连接

  • 路由器通常具有多个接口
  • 主机可能具有多个接口
  • IP编址与每个接口相联系
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4、子网

(1)两级IP地址

  • 子网部分,网络号,网络前缀
  • 主机部分,主机号,可变部分

(2)子网 定义

  • IP地址具有相同的子网部分的设备接口(具有共同的IP地址前缀)
  • 无需通过路由器就能够物理上互相到达

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(3)判断方法

  • 为了决定子网,从其主机或路由器分离每个接口,生成孤立网络的岛。每个孤立的网络被称为一个子网

(4)子网的表示方法

  • 子网掩码:用从最高位开始的连续1表示IP地址中的子网号部分
  • 前缀/长度:223.1.1.0/24,表示前24位为子网号部分
5、分类IP编址

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(1)网络数

  • A类:27-2;B类:214 ;C类:221
  • 网络号不能为全0;127.X.X.X为循环测试保留地址

(2)主机数

  • A类:224-2;B类:216-2 ;C类:28-2
  • 主机号全0代表网络本身;主机号全1代表本子网的广播地址

(3)地址范围(包括网络地址本身,广播地址,私有地址等)

  • A类:1.0.0.0 ~ 127.255.255.255
  • B类:128.0.0.0 ~ 191.255.255.255
  • C类:192.0.0.0 ~ 223.255.255.255
  • D类:224.0.0.0 ~ 239.255.255.255
  • E类:240.0.0.0 ~ 247.255.255.255
6、私有地址

在互联网中不使用,仅在局域网中使用的IP地址

  • 10.X.X.X (A类)
  • 172.16.0.0~172.31.255.255 (B类)
  • 192.168.X.X (C类)
7、CIDR(无类域间路由)

无类型域间选路(Classless InterDomain Routing, CIDR)

  • 不分类编址
  • 子网为连续地址的地址块
  • 由网络前缀(如/25)确定网络部分的比特长度
  • (地址块,主机地址)格式: a.b.c.d/x

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例子:

1)某地址块为200.23.16.0/23,则其
子网掩码为:255.255.254.0/23
网络地址为:200.23.16.0 (主机比特全0)
可用主机地址为:200.23.16.1~200.23.17.254
广播地址为:200.23.17.255 (主机比特全1)2)某地址块为200.23.16.0/25,则其
子网掩码为:255.255.255.128/25
网络地址为:200.23.16.0
可用主机地址为:200.23.16.1~200.23.16.126
广播地址为:200.23.16.127
8、获取IP

(1)主机获取IP地址

  • 由系统管理员配置静态地址
  • 动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol DHCP): 动态地从服务器得到地址(“即插即用” )
DHCP 服务器发现: 0.0.0.0——>255.255.255.255
DHCP 服务器提供: a.b.c.d——>255.255.255.255
DHCP 请求
DHCP ACK

(2)网络得到IP地址的子网部分

  • 从它的ISP的地址空间得到分配的部分
ISP's block       11001000  00010111  00010000  00000000    200.23.16.0/20 

Organization 0    11001000  00010111  00010000  00000000    200.23.16.0/23 
Organization 1    11001000  00010111  00010010  00000000    200.23.18.0/23 
Organization 2    11001000  00010111  00010100  00000000    200.23.20.0/23 
   .......
Organization 7    11001000  00010111  00011110  00000000    200.23.30.0/23 
9、等级编址

(1)路由聚合(route aggregation)
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(2)ISPs-R-Us
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二、网络地址转换NAT

NAT技术(地址代理技术),提供内部私有地址与共有地址的转换,支持内网与公网的通信
(1)16-bit 端口号字段

  • 用一个LAN侧地址支持60,000 并行连接!

(2)NAT 引起争议

  • 路由器的处理上升为第三层
  • 违反了端到端原则:应用设计者必须要考虑 NAT可能性,如 P2P应用程序
  • 地址短缺应当由IPv6来解决
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三、ICMP

1、互联网控制报文协议——ICMP

(1)IP网络是尽力而为(不可靠)的,ICMP通过差错报文和询问报文来辅助IP网络的功能
(2)由主机和路由器用于网络级信息的通信

  • 差错报告:不可达主机,网络,端口, 协议
  • 回声请求/回答 (由 ping使用)

(3)与IP的关系:
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2、tracerroute使用ICMP停止规则

(1)UDP段最终到达目的地主机
(2)目的地返回ICMP “端口不可达”分组
(3)当源得到该ICMP, 停止

四、IPv6

1、初始动机: 32bit地址空间耗尽
2、 IPv6的特点:
  • 大地址空间,地址128bit
  • 更简洁的报文头, 首部 40 字节
  • 更好的QoS支持
  • 更好的安全性
3、IPv6数据报格式

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  • 版本(号)——占 4 bit,指IP协议的版本,目前的 IP 协议版本号为 6 (即 IPv6)。
  • 流量类型——占 8 bit。
  • 流标签——占 20 bit,标识一条数据报的流,能够给某些数据报给出优先权。
  • 有效载荷长度——占 16 bit,无符号整数,给出40字节首部后面的字节数量。
  • 跳限制——占 8 bit,转发数据报的每台路由器将对该字段的内容减 1。如果跳限制计数到达 0,则将该数据报丢弃。
  • 源地址和目的地址——各占 128 bit。
  • 数据(有效载荷)——传递数据。

今天的文章网络层的ip协议_简单说明IP地址的构成分享到此就结束了,感谢您的阅读。

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