网络层协议之认识IP协议

      在之前，小编有写过一篇关于网络协议基本概念的文章，在里面有提到一些我们常用的网络协议。其中也有提到过每一个层次的协议分类，在这里小编就来说说网络层协议当中的IP协议。

　　IP协议(Internet Protocol)又称互联网协议，是支持网间互连的数据报协议，用于将多个包交换网络连接起来的，它在源地址和目的地址之间传送一种称之为数据包的东西，它还提供对数据大小的重新组装功能，以适应不同网络对包大小的要求。

　　1.IP地址

　　Intemet中有数百万台以上的主机和路由器， IP地址可以确切地标识它们。一台主机至少拥有一个IP地址，任何两台主机的IP地址不能相同，但是允许一台主机拥有多个IP地址。

　　IP地址的划分经过了三个阶段:分类的IP地址；子网的划分；无分类编址(CIDR)。

　　目前的IP地址(IPv4：IP第4版本)是由32位二进制数，即4个字节组成的，它与硬件没有任何关系，所以也称为逻辑地址。它由网络号和主机号两个字段组成，这样的IP地址是两级IP地址。IP地址的结构使我们可议在因特网上很方便地进行寻址，这就是:先按IP地址中的网络号(Net-ID)把网络找到，再按主机号(Host-ID)把主机找到。所以IP地址并不只是一个计算机的代号，而是指出了连接到某网络上的某计算机。

      为了便于对IP地址进行管理，同时还考虑到网络的差异很大，有的网络拥有很多主机，而有的网络上的主机则很少，因此把因特网的IP地址分成为五类，即A类到E类，如图1所示。目前大量使用的IP地址是A、B、C三类。

图1 IP地址的类型

　　(1)A类地址：A类地址的网络标识由第一组8位二进制数表示，网络中的主机标识占3组8位二进制数，A类地址的特点是网络标识的第一位二进制数取值必须为“0”。不难算出，A类地址允许有126个网段，每个网络大约允许有1670万台主机，通常分配给拥有大量主机的网络(如主干网)。

　　(2)B类地址：B类地址的网络标识由前两组8位二进制数表示，网络中的主机标识占两组8位二进制数，B类地址的特点是网络标识的前两位二进制数取值必须为“10”。B类地址允许有16384个网段，每个网络允许有65533台主机，适用于结点比较多的网络(如区域网)。

　　(3)C类地址：C类地址的网络标识由前3组8位二进制数表示，网络中主机标识占1组8位二进制数，C类地址的特点是网络标识的前3位二进制数取值必须为“110”。具有C类地址的网络允许有254台主机，适用于结点比较少的网络(如校园网)。

　　2.IP协议的用途

　　IP协议的主要功能是在相互连接的网络之间传递IP数据报，其中包括：

　　(1)寻址与路由：首先要用IP地址来标识Internet的主机：在每个IP数据报中，都会携带源IP地址和目标IP地址来标识该IP数据报的源和目的主机。IP协议可以根据路由选择协议提供的路由信息对IP数据报进行转发，直至抵达目的主机。然后IP地址和MAC地址的匹配，ARP协议。数据链路层使用MAC地址来发送数据帧，因此在实际发送IP报文时，还需要进行IP地址和MAC地址的匹配，由TCP/IP协议簇中的ARP完成。

　　(2)分段与重组：IP数据报通过不同类型的通信网络发送，IP数据报的大小会受到这些网络所规定的最大传输单元(MTU)的限制。再将IP数据报拆分成一个个能够适合下层技术传输的小数据报，被分段后的IP数据报可以独立地在网络中进行转发，在到达目的主机后被重组，恢复成原来的IP数据报。

　　3.IPv4数据报格式

      IPv4的数据报格式如图2所示

图2 IPv4的数据报格式

　　4.IP数据报的封装与分片

　　IP数据报处于网络层，在传送时它需要下层协议给它提供服务，把它封装在数据链路层的协议数据单元一一帧的数据域中。商数据帧的格式和其数据域大小的定义和上层协议是独立的，它不会事先去考虑上层的协议数据单元的大小。所以如果下层帧的数据域小于IP数据报大小的话，IP数据报必须分片。如果IP数据报传送时进行了分片，IP首部的"总长度"字段不是指未分片前的数据报长度，而是指分片后每片的首部长度与数据长度的总和。

      也就是说IP数据报的长度一定不能超过数据链路层的最大传送单元MTU，即下层帧的数据域的大小。图3说明了IP的封装与分片。

图3 IP数据报的封装与分片

　　5.IPv6协议

　　IPv6是Internet Protocol Version6的缩写，是IETF(互联网工程任务组，Internet Engineering Task Force)设计的用于替代现行版本IP协议(IPv4)的下一代IP协议。IPv6正处在不断发展和完善的过程中，它在不久的将来将取代目前被广泛使用的IPv4。

　　与IPv4相比，IPv6协议具有以下几个优势：

　　(1)IPv6具有更大的地址空间。

　　(2)IPv6使用更小的路由表。

　　(3)IPv6协议增加了增强的组播(Multicast)支持以及对流的支持(FlowControl)。

　　(4)IPv6加入了对自动配置(AutoConfiguration)的支持。

　　(5)IPv6具有更高的安全性。

　　当然，IPv6并非十全十美、一劳永逸，不可能解决所有问题。IPv6只能在发展中不断完善，也不可能在一夜之间发生，过渡需要时间和成本，但从长远看，IPv6有利于互联网的持续和长久发展。

　　IP协议是Internet的网络层协议，它是TCP/IP协议族的核心协议，为网络之间的连接提供了完善的功能。本文讲到这里就告一段落了，不知大家看完这篇文之后有没有对IP协议更加地了解呢?如果觉得这篇文章能给到大家些许帮助的话，请不要吝啬给小编一个赞哦!