IP协议

IP协议是TCP/IP协议中最为核心的协议。所有的TCP,UDP, ICMP以及IGMP数据都以IP数据报格式传输。IP协议提供不可靠的,无连接的数据报传送服务。其中不可靠指的是它不能保证IP数据包能成功地到达目的地。IP仅提供尽力而为的服务。无连接指的是IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息,每个数据报的处理是相互独立的。

IP数据报格式 :

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  • 版本号字段占4位,4代表IPv4, 6代表IPv6
  • 首部长度字段占4位:IP分组首部长度,以4字节为单位,首部最长为60字节。
  • 服务类型占8位,包括一个3bit的优先权子字段,4bit的TOS子字段和1bit未使用位但必须置0。4bit的TOS分别代表:最小时延,最大吞吐量,最高可靠性和最小费用。4bit只能置其中1bit. 如果只为00H,代表一般服务。
  • 总长度字段占16位,代表IP分组的总字节数(首部和数据),以字节为单位,所以最大的IP分组的总长度为65535字节,因最小的IP分组首部为20字节,所以IP分组可以封装的最大数据为65515字节。
  • 标识字段唯一地标识一个IP数据包,每发送一份报文,其值会加1。
  • 标志位字段占3位,第一位为保留位,第二位为DF,为1表示禁止IP分片,为0代表允许分片。第三位为MF,为1代表此IP数据报不是最后一片,为0代表IP数据报是最后一片或者未分片。
  • 片偏移字段占13位,表示一个IP分组分片封装原IP分组数据的相对偏移量,以8字节为单位。
  • TTL生存时间字段设置了数据包可以经过的最多路由数。路由器每转发一次分组,TTL减1,如果TTL=0,则路由器丢弃该分组。
  • 协议字段占8位,指示IP分组封装的是哪个协议的数据包。1表示ICMP协议,2表示IGMP协议,6代表TCP协议,17表示UDP协议。
  • 首部检验和字段占16位,实现对IP分组首部的差错检测。
  • 源IP地址和目的IP地址字段各占32位,分别标识发送分组的源主机/路由器和接受分组的目的主机/路由器的IP地址。
  • 选项字段一个可变长的可选信息,携带安全,源选路径,时间戳和路由记录等内容。其中包含填充字段,用于32位对齐。

IPv4编址

每个IP地址长度为32bit, 每台主机和路由器上的每个接口都必须有一个全球唯一的IP地址。一个接口的IP地址的组成部分需要由其连接的子网来决定。IP地址的格式一般如下:

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对于IP地址具有相同网络号且不跨越路由器可以彼此物理联通的接口称为IP子网。如下图的223.1.1.0/24, 223.1.2.0/24, 223.1.3.0/24.

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分类编址

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特殊IP地址

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子网划分

  • 一个拥有许多物理网络的单位,可将所属的物理网络划分为若干个子网。划分子网纯属于一个单位内部的事情,本单位以外的网络看不见这个网络是由多少个子网组成的。
  • 划分子网的方法是从网络的主机号借用若干位作为子网号(subnet-id)。IP地址变为{网络号+子网号+主机号}
  • 凡是从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报,仍然是根据IP数据报的目的网络号找到连接在本单位网络上的路由器。但此路由器在收到IP数据报后,再按目的网络号和子网号找到目的子网,把IP数据报交付给目的主机。

子网掩码

  • 将网络号和子网号全取1,将主机号全取0。
  • A网默认子网掩码为:255.0.0.0,B网默认子网掩码:255.255.0.0,C网默认子网掩码:255.255.255.0,借用3bit划分子网的B网子网掩码为:255.255.224.0
  • 可以使用子网掩码和IP地址进行逐位的与运算得出子网网络地址。

CIDR-无分类编址

地址格式:a.b.c.d/x,其中x为前缀长度。

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  • 提高了IPv4地址空间分配效率
  • 提高路由效率,实现了路由聚合,缩减了路由表规格
  • 查找路由表使用最长前缀匹配优先(二叉线索树查找路由表)

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