TCP/IP詳解學習筆記（3）-- IP：網際協議

1.概述

     IP是TCP/IP協議族中最爲核心的協議。全部的TCP,UDP,ICMP,IGMP數據都以IP數據報格式傳輸。

     IP提供不可靠，無鏈接的數據報傳送服務。

• 不可靠：它不能保證IP數據報能成功的到達目的地。
• 無鏈接：IP並不維護關於後續數據報的狀態信息。每一個數據報的處理都是相互獨立的。

2.IP數據報

     IP數據報的格式如圖所示，普通的IP數據報首部爲20個字節，除非含有選項字段。

• 版本號：目前的版本號爲4，即IPv4
• 首部長度：指的是首部佔32bit字的數目，包括選項長度
• 服務類型（TOS）：（如今大多數的TCP/IP實現不支持TOS特性）4bit的TOS分別表明：最小延遲，最大吞吐量，最高可靠性和最小費用。4bit只能置其中1bit，若是4bit均爲0，則爲通常服務。
• 總長度字段：整個IP數據報的長度，以字節爲單位。總長度是IP首部中必要的內容
• 標識字段：惟一地標識主機發送的每一份數據報。
• 標誌字段：會在IP分片和重組的時候使用到。標誌字段的最低位記爲MF,中間的一位記爲DF。MF=1表示後面還有分片。DF=0時，才能進行分片。
• TTL(time-to-live)：設置了數據能夠通過的最多的路由器數，每通過一次路由器，該值-1.
• 首部檢驗和：是根據IP首部計算的檢驗和碼。
• 源地址：
• 目的地址：
• 任選項：（通常沒有）包括如下內容
• • 安全和處理限制
  • 記錄路徑（每一個路由器都記錄它的IP地址）
  • 時間戳
  • 寬鬆的源站選路
  • 嚴格的源站選路

3.IP路由選擇（見TCP/IP詳解學習（6）-- IP選路）

     路由表：

          路由表項：包括5bit標誌，目的IP地址（主機，網絡，默認），下一站路由的IP地址（間接路由）或者本地接口的我IP地址（直接路由）及指向本接口的指針。

          路由表中的每一項都包含下面這些信息：

• • 目的IP地址。能夠是完整的主機地址，也能夠是網絡地址，由標誌字段來指定
  • 下一站（或者下一跳）路由器的IP地址。
  • 標誌。其中一個標誌指明目的IP地址是網絡地址仍是主機地址，另外一個標誌指明下一站路由器是否爲真的下一站路由器，仍是一個直接相連的接口。
  • 爲數據報的傳輸指定一個網絡接口。

     IP路由選擇主要完成如下功能：

• 搜索路由表，尋找能與目的IP地址徹底匹配的表目。
• 搜索路由標，尋找能與網絡號相匹配的表目。
• 搜索路由表，尋找標爲默認的表目

4.IP地址

     現在的IP網絡使用32位地址，以點分十進制表示，如192.168.0.1。

     地址格式爲：IP地址=網絡地址+主機地址或 IP地址=網絡地址+子網地址+主機地址。

     根據用途和安全性級別的不一樣，IP地址還能夠大體分爲兩類：公共地址和私有地址。公用地址在Internet中使用，能夠在Internet中隨意訪問。私有地址只能在內部網絡中使用，只有經過代理服務器才能與Internet通訊。

 

5.IP地址分類

• 網絡號

          用於識別主機所在的網絡；

• 主機號

          用於識別該網絡中的主機。

• IP地址分爲五類，A類保留給政府機構，B類分配給中等規模的公司，C類分配給任何須要的人，D類用於組播，E類用於實驗，各種可容納的地址數目不一樣。

            A、B、C三類IP地址的特徵：當將IP地址寫成二進制形式時，A類地址的第一位老是0，B類地址的前兩位老是10，C類地址的前三位老是110。

• A類地址

（1）A類地址第1字節爲網絡地址，其它3個字節爲主機地址。它的第1個字節的第一位固定爲0.

（2）A類地址範圍：1.0.0.1---126.255.255.254

（3）A類地址中的私有地址和保留地址：

① 10.X.X.X是私有地址（所謂的私有地址就是在互聯網上不使用，而被用在局域網絡中的地址）。

範圍（10.0.0.1---10.255.255.254）

② 127.X.X.X是保留地址，用作循環測試用的。

• B類地址

（1） B類地址第1字節和第2字節爲網絡地址，其它2個字節爲主機地址。它的第1個字節的前兩位固定爲10.

（2） B類地址範圍：128.0.0.1---191.255.255.254。

（3） B類地址的私有地址和保留地址

① 172.16.0.0---172.31.255.254是私有地址

② 169.254.X.X是保留地址。若是你的IP地址是自動獲取IP地址，而你在網絡上又沒有找到可用的DHCP服務器。就會獲得其中一個IP。

191.255.255.255是廣播地址，不能分配。

• C類地址

（1）C類地址第1字節、第2字節和第3個字節爲網絡地址，第4個字節爲主機地址。另外第1個字節的前三位固定爲110。

（2）C類地址範圍：192.0.0.1---223.255.255.254。

（3） C類地址中的私有地址：

192.168.X.X是私有地址。（192.168.0.1---192.168.255.255)

• D類地址

（1） D類地址不分網絡地址和主機地址，它的第1個字節的前四位固定爲1110。

（2） D類地址範圍：224.0.0.1---239.255.255.254

• E類地址

（1） E類地址不分網絡地址和主機地址，它的第1個字節的前四位固定爲1111。

（2） E類地址範圍：240.0.0.1---255.255.255.254

IP地址若是隻使用ABCDE類來劃分，會形成大量的浪費：一個有500臺主機的網絡，沒法使用C類地址。但若是使用一個B類地址，6萬多個主機地址只有500個被使用，形成IP地址的大量浪費。所以，IP地址還支持VLSM技術，能夠在ABC類網絡的基礎上，進一步劃分子網。

• 掩碼

     爲了標識IP地址的網絡部分和主機部分，要和地址掩碼（Address Mask）結合，掩碼跟IP地址同樣也是32 bits，用點分十進制表示。IP地址網絡部分對應的掩碼部分全爲「1」，主機部分對應的掩碼全爲「0」。
     缺省狀態下，若是沒有進行子網劃分，A類網絡的子網掩碼爲255.0.0.0，B類網絡的子網掩碼爲255.255.0.0，C類網絡的子網掩碼爲255.255.255.0。利用子網，網絡地址的使用會更加有效。
     有了子網掩碼後，IP地址的標識方法以下：
     例：192.168.1.1 255.255.255.0或者標識成192.168.1.1/24（掩碼中「1」的個數）

6.特殊的IP地址

• 組播地址

     在IP地址空間中，有的IP地址不能爲設備分配的，有的IP地址不能用在公網，有的IP地址只能在本機使用，諸如此類的特殊IP地址衆多：注意它和廣播的區別。從224.0.0.0到239.255.255.255都是這樣的地址。224.0.0.1特指全部主機， 224.0.0.2特指全部路由器。

• 169.254.x.x

     主機使用了DHCP功能自動得到一個IP地址。

• 受限廣播地址

     廣播通訊是一對全部的通訊方式。若一個IP地址的2進制數全爲1，也就是255.255.255.255，則這個地址用於定義整個互聯網。若是設備想使IP數據報被整個Internet所接收，就發送這個目的地址全爲1的廣播包，但這樣會給整個互聯網帶來災難性的負擔。所以網絡上的全部路由器都阻止具備這種類型的分組被轉發出去，使這樣的廣播僅限於本地網段。

• 直接廣播地址

     一個網絡中的最後一個地址爲直接廣播地址，也就是HostID全爲1的地址。主機使用這種地址把一個IP數據報發送到本地網段的全部設備上，路由器會轉發這種數據報到特定網絡上的全部主機。

• NetID爲0的

     當某個主機向同一網段上的其餘主機發送報文時就可使用這樣的地址，分組也不會被路由器轉發。

• 環回地址

      127網段的全部地址都稱爲環回地址，主要用來測試網絡協議是否工做正常的做用。好比使用ping環回地址127.0.0.1就能夠測試本地TCP/IP協議是否已正確安裝。另一個用途是當客戶進程用環回地址發送報文給位於同一臺機器上的服務器進程，來測試服務是否正常啓動。

• 專用地址

      IP地址空間中，有一些IP地址被定義爲專用地址，這樣的地址不能爲Internet網絡的設備分配，只能在企業內部使用，所以也稱爲私有地址。

     這些專有地址是：

10/8 地址範圍：10.0.0.0到10.255.255.255 共有2的24次方個地址 172.16/12 地址範圍：172.16.0.0至172.31.255.255 共有2的20次方個地址 192.168/16 地址範圍：192.168.0.0至192.168.255.255 共有2的16次方個地址