IP协议的特性

什么是IP协议

IP协议是TCP/IP体系中网络层的一个协议。
在TCP/IP体系中网络层协议主要工作：
（1）地址管理
（2）路由选择（路径规划）
网络层协议中最核心的协议是IP协议

IP协议的协议头介绍

【IP协议的协议头图片】

【IP协议头各部分属性介绍】
4位版本号：当前IP协议的版本，IP协议的版本号有2种，IPV4和IPV6
6表示IPV6，4表示IPV4
四位首部长度：首部长度是指IP协议数据报的报头部分。
IP头部的长度是多少个32bit，也就是 length * 4 的字节
数。4bit表示最大的数字是15，因此IP头部最大长度是60字节，最小的长度是20字节。
***8位服务类型：***有四位是有效的，另外四位是保留位
保留位：现在不用，但是先占个位置，后面可能要用，给后续的扩展留下余地。
类型：最小延时，最大吞吐量，最高可靠性，最小成本
16位总长度：IP数据报占多少字节。（报头+载荷）
16位标识：唯一的标识主机发送的报文。如果IP报文在数据链路层被分片了，那么每一个片里面的这个id都是相同的（同一个包被拆分，他们的标识是一样的）
3位标志：第一位保留（保留的意思是现在不用，但是还没想好说不定以后要用到）。
第二位置为1表示禁止分片，这时候如果报文长度超过MTU，IP模块就会丢弃报文。第三位
表示"更多分片"，如果分片了的话，最后一个分片置为1，其他是0。类似于一个结束标记
13位片偏移：是分片相对于原始IP报文开始处的偏移。其实就是
在表示当前分片在原报文中处在哪个位置（描述了拆分出来的包的先后顺序）
8位生存时间（TTL）：描述了IP数据报，还能再网络上生存多久。
时间单位并不是秒（s），而是IP数据报能被传多少次来衡量的，每传一次TTL就减一，直到IP数据报送到为止，如果TTL为0时，IP数据报没有送到，则IP数据报会被认为丢失了。
8位协议：记录传输层使用的是什么协议。
16位首部检验和：
32位源IP地址：发送IP数据报的一方的IP地址
32位目的IP地址：接收IP数据报的一方的IP地址

【如果IP数据过大，超过了IP数据报的最大长度，IP协议会如何做】
首先，我们必须清楚IP数据报的长度是有限的，如果数据过大，IP数据报就无法全部一次性传输。IP协议则是会通过将IP数据报进行分割的方式，将其分割成若干个数据报来进行传输，接收的时候在把这些数据报组合起来就行了。
【分割和组合简单过程】
IP协议内部自己有实现一个拆包和组包的功能。
IP数据报被分割和组合的过程并不是很随意的，有涉及到三部分东西：16位标识、3位标志、13位片偏移。
IP数据报被分割为若干个，每一个数据报的16位标识都是相同的，即是一个大的IP数据报分割成若干个小个的数据报，小个的数据报的16位标识都是相同的。这样在组合的时候，我们就可以将16位标识相同的组合成一个IP数据报。 ***IP协议如何判断该被分割后得到的数据报在原数据报什么位置？***13位片偏移解决了这个问题，他还根据某种计算方式来标记某某数据报在哪一个位置，在组合的时候就比较容易。 IP数据报如何判断该数据报后面有没有其他的数据报？ ***3位标识解决了这个问题。***3位标志那边会做标志，通过3位标志判断该数据报后面有没有其他的数据报。
【通信中最核心的“五元组”】
源IP地址，目的IP地址，源端口号，目的端口号，协议类型

认识IP地址

【IP地址的定义】
IP地址（Internet Protocol Address）是指互联网协议地址，又译为网际协议地址
【IP地址的作用】
IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异
【IP地址的分类】
（1）IPV4协议版的IP地址
（2）IPV6协议版的IP地址
【IPV4协议版本IP地址的格式】
IP地址是一个32位的二进制数，通常被分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字节），如：01100100.00000100.00000101.00000110。
通常用“点分十进制”的方式来表示，即a.b.c.d的形式（a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数）。如：100.4.5.6
【IPV4协议版本IP地址的大小】
32bit位，即4字节

IPV4协议版本IP地址的大小是4字节，表示的范围42亿9千多万，但是IPV4协议版本IP地址是不够用的，***如何解决IPV4协议版本IP地址不够用的问题？

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【IPV4协议版本IP地址不够用问题的解决策略】
***<方法一>***动态分配IP地址（DHCP）
在没有使用的时候不分配IP地址，只有在使用的时候才分配ip地址。
***<方法二>***NAT IP地址转换
NAT技术当前解决IP地址不够用的主要手段，是路由器的一个重要功能
NAT能够将私有IP对外通信时转为全局IP。也就是就是一种将私有IP和全局IP相互转化的技术方法
将IP分为内网IP和外网IP
内网IP：局域网内使用的IP
外网IP：广域网内使用的IP

<内网的种类>
10.*
172.16.-172.31.
192.168.*
***<方法三>***使用IPV6版本的IP地址
IPV6版本的IP地址的长度是16字节，128比特，IP地址非常够

IP地址的组成

IP地址分为两个部分，网络号和主机号
网络号：标识网段，保证相互连接的两个网段具有不同的标识；
主机号：标识主机，同一网段内，主机之间具有相同的网络号，但是必须有不同的主机号；

【如何划分网络号和主机号】
（1）过去曾经提出一种划分网络号和主机号的方案，把所有IP地址分为五类

（2）现在主流的划分方式：CIDR
引入了”子网掩码“通过这个来区分哪里是网络号，哪里是主机号

子网掩码格式和IP地址一样，也是一个32位的二进制数。其中左边是网络位，用二进制数字“1”表示，1
的数目等于网络位的长度；右边是主机位，用二进制数字“0”表示，0的数目等于主机位的长度。
子网掩码也可以使用二进制所有高位1相加的数值来表示

<子网掩码的计算>
将 IP 地址和子网掩码进行“按位与”操作（二进制相同位，与操作，两个都是1结果为1，否则为0），得到的结果就是网络号。
将子网掩码二进制按位取反，再与 IP 地址位与计算，得到的就是主机号。