IP 地址与数据报

在 TCP/IP 通信中，相互连贯的网络应用 IP 地址 对主机和路由器 进行标识
数据报 记录了 传输过程 的相干信息，蕴含 IP 地址、大小以及分片信息等

1. IPv4
2. IPv6

1 IPv4

1. 定义
2. 分类
3. 播送地址
4. 子网掩码
5. 首部

1.1 定义

地址模式
4 个字节共32 位，每 8 位 1 组两头以 ”.“ 隔开，常以 十进制 示意

10101100.00010100.00000001.00000001
172.20.1.1

这样计算最多容许 43 亿台计算机连贯到网络
每一台主机上的每一块 NIC 都得设置 IP 地址，路由器往往会有 多个网卡

组成：网络标识(网络地址) + 主机标识(主机地址)

• 网络地址：对 网络 的标识，在相互连贯的每个网段的地址不反复
• 主机地址：对 主机 的标识，在雷同网段内相连的主机必须有雷同的网络地址与不同的主机地址

• 在地址后加一个 数字 来标识 网络地址占多少位 ，用 ”/“ 分隔，后面的 0 能够 省略

  // 同一网段主机标识为 10 和 1 的两台主机
  192.168.128.10/24 , 192.168.128.1/24

  当初根本应用 子网掩码 (网络前缀) 来辨别网络地址和主机地址，上述办法在特定场景仍然存在

1.2 分类

共四个级别：A 类、B 类、C 类、D 类

依据 第 1 位到第 4 位 的比特对 网络地址 和主机地址 进行辨别

A 类地址：0 + 7 位网络地址 + 24 位主机地址

• 0.0.0.0~127.0.0.0：一个网段内能够包容 16,777,214 个主机地址

B 类地址：10 + 14 位网络地址 + 16 位主机地址

• 128.0.0.0~191.255.0.0：一个网段内能够包容 65,534 个主机地址

C 类地址：110 + 21 位网络地址 + 8 位主机地址

• 192.0.0.0~223.255.255.0：一个网段能够包容 254 个主机地址

D 类地址：1110 + 29 位网络地址 (无主机地址)

• 224.0.0.0~239.255.255.255：罕用于多播

1.3 利用

播送地址 ：在 同一个链路 中相互连贯的主机之间发送数据包(主机地址全为 1)

• 本地播送：在本网段内的播送

• 间接播送：在不同网络之间的播送

  192.168.0.0/24 向 192.168.1.255/24 产生数据，路由器会依据路由表会将数据包发给 192.168.1.0/24
  从而所有 192.168.1.1~192.168.1.254 的主机都能够收到这个包

IP 多播 ：将数据包发送给 特定组 内的所有主机 (D 类地址)
前 4 位 1100，后 28 位为多播的组编号

公有地址
随着互联网的迅速遍及，IP 地址有余 的问题日趋显著，就呈现了一种技术，不要求为每一台主机或路由器调配一个固定的 IP 地址，而是在 必要的时候 只为相应数量的设施 调配 一个惟一 IP 地址
在独立的网络 中各自 随便地设置 IP 地址，可能会在须要 连贯互联网 的时候产生 地址抵触 ，这就呈现了 公有网络 的 IP 地址

• 分类：A 类、B 类、C 类

  A 类：10.0.0.0~10.255.255.255 (10/8)
  B 类：172.16.0.0~172.31.255.255 (172.16/12)
  C 类：192.168.0.0~192.168.255.255 (192.168/16)

• 在这些范畴内的网络为 公有网络 ，在此之外的为 全局网络
• 初始的设计并不思考让公有网络连接互联网，只在单独的网络中进行数据交互

• NAT 技术 可能 调换 公有 IP 与全局 IP，在 IPv6 尚未遍及，IPv4 地址逐步耗尽，应用 NAT 技术解决问题是以后互联网的现状

  公有 IP 在本人的域中惟一，全局 IP 在整个互联网中惟一

1.4 子网掩码

应用 IP 地址的分类时会造成节约

一个 IP 地址只有确定了分类也就确定了它的网络标识和主机标识
网络标识雷同 的计算机必须同属于 同一个链路 ，例如在架构 B 类 IP 网络时，实践上在一个链路内容许 6 万 5 千多台计算机连贯
在理论的架构中这是不存在的，间接应用 A 类、B 类 … 地址就显得浪费资源

子网掩码的识别码通过子网网络地址细分出比 A 类、B 类更小粒度的网络

理论是哪个就是将原来分类中的主机地址用作子网地址，将原网络分为多个物理网络的一种机制

子网：从分类网络中的划分出的一部分

• 为了确定网络区域，离开主机和路由器的每个接口，从而产生了若干个 拆散的网络岛，接口端连贯了这些独立网络的端点。这些独立的网络岛叫做子网
• 传统的分类中，不同的网段之间须要网关连贯，子网则是更轻微的网络
• 引入子网后，IP 地址就有个 两种识别码，一个 IP 地址自身，另一个是示意网络部的子网掩码

子网掩码：32 位，IP 地址网络局部全为 1，IP 地址主机局部全为 0

// 以 172.20.100.52 的前 26 位网络地址的地址为例
IP 地址：172. 20. 100. 52
子网掩码：255.255. 255.192 

不拘泥于是哪种网络类型，能够 自在的示意网络标识
就如下面的示例，在一般分类中并没有 26 位的网络地址类型

1.5 首部

通过 IP 进行通信时，须要在数据后面退出 IP 首部信息，IP 首部中蕴含着用于 IP 协定进行 发包管制 时所有的必要信息

数据局部前是 IP 首部

• 版本 4~6：IPv4、ST、IPv6、TP/IX、PIP、TUBA
• 首部长度：单位为 4 字节，无可选项时为5，也就是 20 个字节

• 辨别服务：前三位 - 优先级、4- 最低提早、5- 最大吞吐、6- 最大牢靠、7- 最小代价

  上述是 TOS 表示法，当初还有将其分为两段 DSCP(前 6 位)、ECN(后 2 位)

• 总长度 ：IP 首部与数据局部 总字节数，2¹⁶- 1 个字节
• 标识 ID：标识分片 ID，一个包拆分的分片有雷同的标识 ID
• 标记 ：1 – 必须是 0,2- 是否分片 、3- 0 示意该包是 分片完结 的包
• 片位移 ：每个 分段 绝对于原始数据的 地位
• 生存工夫：记录以后包在网络上应该生存的期限，通过一个路由则减 1
• 协定 ：IP 包传输层的 下层协定编号，ICMP-1、IP-4、TCP-6、UDP-17、IPv6-41

• 首部校验和：用于确保 IP 数据报不被毁坏

  初始全为 0，以 16 位划分 IP 首部，用 1 补数 计算所有 16 位字的和，将所得和的 1 补数赋给首部校验和字段

• 可选项 ： 长度可变，用于试验与诊断，包含安全级别、原门路、门路记录、工夫戳
• 填充物：填充0，因为可选项的存在，须要填充物将首部位数设置为32 的整数倍
• 数据 ：包含 下层协定的首部 信息以及具体的 数据内容

2 IPv6

1. 定义
2. 特点
3. 利用
4. 首部

2.1 定义

地址模式 ：128 位，16 位一组 应用 ”:“ 进行分隔，用 16 进制 示意
地址构造

• 全局单播地址 ：世界 惟一 的一个地址，互联网通信中和各个域外部所应用的 IPv6 地址

  网络地址：n 位 全局路由前缀 (广域网络) + m 位 子网 ID(站点外部)
  主机地址：128-n- m 位接口 ID(能够是 MAC 地址，通常会应用一个随机产生的 长期地址 保障平安)

• 链路本地单播地址：同一数据链路内的惟一地址，不通过路由器在同一个链路内通信

  1111 1110 10 + 54 位 0 + 64 位 MAC 地址

• 惟一本地地址：不进行互联网通信时所用的地址，通过 NAT 技术与代理联网的环境下应用

  1111 110 + L(通常为 1) + 40 位全局 ID + 16 位子网 ID + 64 位 MAC 地址

互联网通信应用 全局单播地址
不应用路由器或者在同一个以太网网段应用 链路本地单播地址
同一链路也能够应用 惟一本地地址 进行通信
能够同时将这些 IP 地址全都配置在同 1 个 NIC 上，按需灵便应用
分片解决 在发送端的主机 上进行，缩小路由器负荷，进步网速，须要 门路 MTU 发现 技术提供门路中的最小传输单元的 最小值，避免在路由器转发时包过大还须要分片解决

2.2 特点

• IP 地址的扩充与路由管制表的聚合
  IP 地址仍然适应互联网分层构造，调配与其地址构造相适应的 IP 地址，尽可能防止路由表膨大
• 性能晋升
  包首部长度采纳固定值，不必首部校验和 ， 路由器不再做分片解决
  构造简化、升高路由器负荷
• 即插即用
  即便没有 DHCP 服务器也能够实现 主动调配 IP 地址
• 认证与加密
  应答伪造的 IP 地址的网络安全性能，避免线路窃听的性能
• 多播、Mobile IP 成为扩大性能
• 不仅仅解决了 IPv4 地址耗尽的问题，甚至视图补救 IPv4 中绝大多数缺点

2.4 首部

• 通信量类 ：相似于 IPv4 中的 IOS，示意 服务质量(速率、吞吐量、优先级等)
• 流标号 ： 服务质量管制，与源地址 + 指标地址独特标识一个流
• 有效载荷长度 ：相似于 IPv4 的 总长度，首部 + 数据，蕴含可选项
• 下一个首部 ：相似于 IPv4 的 协定 字段，标识上一层协定的编号
• 跳数限度 ：相似于 IPv4 的 生存工夫 ，标识可通过 路由器个数

• 扩大首部 ：IPv6 的首部是 固定长度，应用扩大首部作为其扩大项

  当在路由中 必须分片 时，在扩大首部中增加 标识 以及 标记 字段