网络层（一）：IP协议

IP协议概述

网际协议IP是TCP/IP体系中的两个最主要的协议之一。

IP协议的主要功能-用途：在相互连接的网络之间传递IP数据报。

其中包括两个主要功能：

• 寻址与路由
• 分段与重组。

与IP协议配套使用的主要协议有：

• 地址解析协议ARP（Address Resolution Protocol）
• 网际控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol)
• 网际组管理协议IGMP(Internet Group Management Protocol)

网际IP.png

虚拟互连网络

虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，互连起来的各物理网络的异构性是客观存在的，只是利用IP协议使他们在网络层看起来像是在同一个网络

将网络互连需要使用一些中间设备，根据所在的不同层析，有以下四种中间设备：

• 物理层使用的中间设备叫做转发器（repeater）
• 数据链路层使用的中间设备叫做网桥或者桥接器（bridge）
• 网络层使用的中间设备叫路由器（router）
• 网络层以上使用的中间设备叫网关（gateway）

当使用转发器或者网桥作为中间设备时，仅仅是把网络扩大了，还是一个网络，并不算真正的网络互连。

互连网络一般指通过路由器进行网络互连和路由选择。

虚拟互连.png

IP地址

概念

IP地址就是给因特网上的每一个主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。IP地址的结构使我们可以在因特网上很方便地进行寻址。

根据TCP/IP协议的规定的IP地址是由32位二进制数组成的，例如：11010010 01001001 10001100 00000010。

通常采用点十分法表示IP地址。将组成算机机的IP地址的32位二进制分成四段，每段8位，中间用小数点隔开，然后将每八位二进制转换成十进制数，这样上述计算机的IP地址就变成了：210.73.140.2。这是点分十进制表示法。

分类的IP地址

将IP地址划分为若干个固定类，每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中第一个字段是网络号（net-id），它标志主机（或路由器）所连接到的网络。一个网络号在整个因特网范围内必须是唯一的。第二个字段是主机号（host-id），它标志该主机（或路由器）。一个主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。

这种两级的IP地址可以记为： IP地址 ::= { <网络号>,<主机号>}

• A类地址（ 0.0.0.0 - 127.255.255.255 ）以"0"头，网络段长度为8位，其中可变部分的长度为7位；主机段长度为24位。7位的可变网络段可识别2^7=128 (0~127)个网络，其中0和127另有用途，故只有126个可用的A类网络地址。另外，主机位全"0"代表网络本身，全"1"代表网内广播，因此一个A类网络地址可识别的可分配地址有 2^24-2 个。

• B类地址（ 128.0.0.0 - 191.255.255.255 ）以"10"开头，网络段长度为16位，可变部分的长度为14位；主机段长度为16位。14位的可变网络段可以识别的网络数为 2^14 个。另外，主机位全"0"与全"1"功能同A类地址，因此一个B类网络可以分配地址有 2^16-2 个。

• C类地址（ 192.0.0.0 - 223.255.255.255 ）以"110"开头，网络段长度为24位，其中可变部分的长度为21位；主机段长度为8位。21位的可变网络段可以识别的网络数为 2^21 个。可分配的主机地址是 2^8-2 个。

• D类地址（ 224.0.0.0 - 239.255.255.255 ）为组播地址，使用"1110"开头，不分网络段和主机段，有 2^28 个组播地址。用于标识预先定义的一组主机。主机使用组播通信时，可以将组播数据报一次性发送给所有同组的主机。

• E类地址（ 240.0.0.0 - 255.255.255.255 ）是保留地址，用于研究使用。以"1111"开头，不区分网络段和主机段，其中32位全1代表本网络内广播，因此E类地址共有 2^28-1 个

IP地址特点

1. IP地址是分等级结构
   IP地址管理机构只分配网络号，主机号由负责该网络号的组织或者个人自行分配；路由器根据目的主机的网络号莱转发分组，是路由表中数目大大较少，从而减小路由表的存储空间和查找时间
2. IP地址是标识一台主机、一条链路的接口
   一台主机同时连上两个网络时，他必须有两个IP，且IP的网括号是不同的，这叫做多归属主机。
3. 具有相同网络号的为统一网络
   一个网络是指具有相同网络号主机的集合