IP协议

网络层负责从源节点到目的节点的数据传输

具体功能：路由选择、拥塞控制和网际互联

研究和解决的主要问题：路由选择、流量控制、网络连接的建立保持和终止、为传输层提供服务

IP协议概述

IP(Internet Protocol) 协议是整个TCP/IP网络的核心协议，将各个局域网和广域网相互连成一个有统一地址统一分组格式和相同服务特性的IP网络

IP地址

IP地址(PV4)是给每个连接在因特网上的主机分配一个在全球范围是唯一的32bit的标识符。IP地址采用分层结构，即由网络地址和主机地址两部分组成，网络地址用来标识接入Internet的网络。主机地址用来标识接入Internet的主机。

IPv4编址：IPv4地址长度为32位，即4字节，按照每个字节分为一组，每组8位，分为4组，每组将二进制换算成十进制，用点分隔开，也叫点分十进制

IP地址的编制方法共经历了分类IP地址、子网的划分和构造超网三个历史阶段

IP地址的分类

  1. A类IP地址：网络字段的第一位固定的0，第一字节的范围是1-127

    网络号1.0.0.0-126.0.0.0，网络127保留用于本地软件回环测试本主机用
    可用网络数：126
    每个网络主机数： 224 - 2 = 16777214

  2. B类IP地址：网络字段前两位是固定的10，第一字节范围是128-191

    网络号128.0.0.0-191.255.0.0
    可用网络数：214
    每个网络可用主机数：216 - 2 = 65534

  3. C类IP地址：网络字段前三位是110，地址范围 192-223

    网络号 192.0.0.0-223.255.255.0
    可用网络数：221
    每个网络可用的主机数 28 - 2 = 254

广播地址： 32位全为”1”的1P地址，是用于向网上（本地）所有主机发送报文的广播地址。

有限广播： 主机号各位全为“1”的1P地址，用于本网广播，叫做有限（定向）广播地址。

“0”地址： 各位全为“0”的网络地址，表示本地网络。

回送地址： A类网络地址127，它是一个保留地址，用于网络软件以及本地进程间通信。

子网划分

随着Internet的发展，两级地址结构很难满足日益增长的网络的需求，并日益显现出下面的缺点。

  1. IP地址的浪费,目前的P地址分类方案有不合理之处，因而造成许多地址的浪费。
  2. 路由器效率低下,给每一个网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。

解决问题方法：划分子网和构造超网。

子网划分基本思路：从主机号借用若干比特作为子网号，主机号相对减少若干比特

划分前 划分子网后

子网掩码

子网掩码是用来表示网络号和主机号的

  • 1 对应的IP地址位表示网络号
  • 0 对应的IP地址位表示主机号

在IPv4地址中，左侧N位表示网络位，其余32-N位表示主机位，子网掩码就是网络位全为1，主机位全为0，子网掩码和IPv4地址进行运算，可以道道对应的网络位地址

子网掩码的表示

  1. 点分十进制表示：比如 255.255.255.0
  2. /网络位位数：比如 /24

A、B、C类地址的掩码表示方式

  • A类：255.0.0.0或/8
  • B类：255.255.0.0或/16
  • C类：255.255.255.0或/24

无类域间路由

CIDR消除了“子网”的概念，使IP地址从三级地址又回到了两级地址，记法为：IP地址 ::={<网络前缀>，<主机号>}

CIDR使用“斜线记法”或CIDR记法，它在IP地址后面加上一个斜线“/”，写上网络前缀所占的比特数（对应于子网掩码中比特1的个数）。例如128.14.32.0/20表示的地址块共212个地址。其地址范围是：128.14.32.0 ~ 128.14.47.255

网络前缀越短，其地址块所包含的地址数就越多。在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果，应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由，这叫做最长前缀匹配，又称最长匹配或最佳匹配。

技术特点：

  • 使用网络前缀和主机号的二级地址结构，不再使用子网的概念；
  • 网络前缀相同的连续的P地址形成一个地址块，由起始地址和块地址数来表示。

无类域间路由的优点

  • 解决了困扰传统IP寻址的两大问题；
  • 减小Internet的路由条目。