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

10101100.00010100.00000001.00000001172.20.1.1

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