ipv4

目錄
·協(xié)議結(jié)構(gòu)
·TCP/IP協(xié)議棧
·IP包長
·IP路由
·IP包首部格式
·IP包頭字段說明
·IPv6與IPv4
·相關(guān)協(xié)議






   目前的全球因特網(wǎng)所采用的協(xié)議族是TCP/IP協(xié)議族。IP是TCP/IP協(xié)議族中網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議，是TCP/IP協(xié)議族的核心協(xié)議。目前IP協(xié)議的版本號(hào)是4(簡稱為IPv4，v，version版本)，它的下一個(gè)版本就是IPv6。IPv6正處在不斷發(fā)展和完善的過程中，它在不久的將來將取代目前被廣泛使用的IPv4。據(jù)國外媒體報(bào)道，歐盟委員會(huì)希望于2010年前將歐洲其成員國境內(nèi)四分之一的商業(yè)和政府部門以及家用網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成IPv6標(biāo)準(zhǔn)。 美國已經(jīng)開始對(duì)已經(jīng)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商簽訂IPv6協(xié)議的政府部門給與有條件的獎(jiǎng)勵(lì)政策。而歐盟希望跟隨美國的步伐，促使其成員國的政府部門在這次轉(zhuǎn)型過程中起到帶頭作用。


IPv4(Internet Protocol version 4)
IPv4，是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（Internet Protocol，IP）的第四版，也是第一個(gè)被廣泛使用，構(gòu)成現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基石的協(xié)議。Ipv4可以運(yùn)行在各種各樣的底層網(wǎng)絡(luò)上，比如端對(duì)端的串行數(shù)據(jù)鏈路(PPP協(xié)議和SLIP協(xié)議) ，衛(wèi)星鏈路等等。局域網(wǎng)中最常用的是以太網(wǎng)（Ether)。


協(xié)議結(jié)構(gòu)
Version － 4位字段，指出當(dāng)前使用的 IP 版本。
IP Header Length （IHL） ― 指數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議頭長度，具有32位字長。指向數(shù)據(jù)起點(diǎn)。正確協(xié)議頭最小值為5。
Type-of-Service ― 指出上層協(xié)議對(duì)處理當(dāng)前數(shù)據(jù)報(bào)所期望的服務(wù)質(zhì)量，并對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)按照重要性級(jí)別進(jìn)行分配。這些8位字段用于分配優(yōu)先級(jí)、延遲、吞吐量以及可靠性。
Total Length ― 指定整個(gè) IP 數(shù)據(jù)包的字節(jié)長度，包括數(shù)據(jù)和協(xié)議頭。其最大值為65,535字節(jié)。典型的主機(jī)可以接收576字節(jié)的數(shù)據(jù)報(bào)。
Identification ― 包含一個(gè)整數(shù)，用于識(shí)別當(dāng)前數(shù)據(jù)報(bào)。該字段由發(fā)送端分配幫助接收端集中數(shù)據(jù)報(bào)分片。
Flags ― 由3位字段構(gòu)成，其中低兩位（最不重要）控制分片。低位指出數(shù)據(jù)包是否可進(jìn)行分片。中間位指出在一系列分片數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)包是否是最后的分片。第三位即最高位不使用。
Fragment Offset ― 13位字段，指出與源數(shù)據(jù)報(bào)的起始端相關(guān)的分片數(shù)據(jù)位置，支持目標(biāo)IP適當(dāng)重建源數(shù)據(jù)報(bào)。
Time-to-Live ― 是一種計(jì)數(shù)器，在丟棄數(shù)據(jù)報(bào)的每個(gè)點(diǎn)值依次減1直至減少為0。這樣確保數(shù)據(jù)包無止境的環(huán)路過程。
Protocol ― 指出在 IP 處理過程完成之后，有哪種上層協(xié)議接收導(dǎo)入數(shù)據(jù)包。
Header Checksum ― 幫助確保 IP 協(xié)議頭的完整性。由于某些協(xié)議頭字段的改變，如生存期（Time to Live），這就需要對(duì)每個(gè)點(diǎn)重新計(jì)算和檢驗(yàn)。Internet 協(xié)議頭需要進(jìn)行處理。
Source Address ― 指定發(fā)送代碼。
Destination Address ― 指定接收代碼。
Options ― 允許 IP 支持各種選項(xiàng)，如安全性。
Data ― 包括上層信息。


TCP/IP協(xié)議棧
地址格式(按TCP/IP參考模型劃分)
IPv4中規(guī)定IP地址長度為32，即有2^32-1個(gè)地址。一般的書寫法為4個(gè)用小數(shù)點(diǎn)分開的十進(jìn)制數(shù)。也有人把4位數(shù)字化成一個(gè)十進(jìn)制長整數(shù)，但這種標(biāo)示法并不常見。另一方面，IPv6使用的128位地址所采用的位址記數(shù)法，在IPv4也有人用，但使用范圍更少。 過去IANAIP地址分為A,B,C,D 4類，把32位的地址分為兩個(gè)部分：前面的部分代表網(wǎng)絡(luò)地址，由IANA分配，后面部分代表局域網(wǎng)地址。如在C類網(wǎng)絡(luò)中，前24位為網(wǎng)絡(luò)地址，后8位為局域網(wǎng)地址，可提供254個(gè)設(shè)備地址(因?yàn)橛袃蓚�(gè)地址不能為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用: 255為廣播地址，0代表此網(wǎng)絡(luò)本身) 。網(wǎng)絡(luò)掩碼(Netmask) 限制了網(wǎng)絡(luò)的范圍，1代表網(wǎng)絡(luò)部分，0代表設(shè)備地址部分，例如C類地址常用的網(wǎng)絡(luò)掩碼為255.255.255.0。
特殊的IP地址段
- 127.x.x.x給本地網(wǎng)地址使用。
- 224.x.x.x為多播地址段。
- 255.255.255.255為通用的廣播地址。
- 10.x.x.x，172.16.x.x和192.168.x.x供本地網(wǎng)使用，這些網(wǎng)絡(luò)連到互連網(wǎng)上需要對(duì)這些本地網(wǎng)地址進(jìn)行轉(zhuǎn)換（NAT）。 但由於這種分類法會(huì)大量浪費(fèi)網(wǎng)路上的可用空間，所以新的方法不再作這種區(qū)分，而是把用者需要用的位址空間，以2的乘冪方式來撥與。例如，某一網(wǎng)路只要13個(gè)ip位址，就會(huì)把一個(gè)16位址的區(qū)段給他。假設(shè)批核了 61.135.136.128/16 的話，就表示從 61.135.136.129 到 61.135.136.142 的網(wǎng)址他都可以使用。


IP包長
IP包由首部(header)和實(shí)際的數(shù)據(jù)部分組成。數(shù)據(jù)部分一般用來傳送其它的協(xié)議，如TCP，UDP，ICMP等。數(shù)據(jù)部分最長可為65515字節(jié)(Byte)(=2xx16 - 1 - 最短首部長度20字節(jié)) 。一般而言，低層(鏈路層) 的特性會(huì)限制能支持的IP包長。例如以太網(wǎng)(Ethernet)協(xié)議，有一個(gè)協(xié)議參數(shù)，即所謂的最大傳輸單元(Maximum Transfer Unit, MTU) ，為1518字節(jié)，以太網(wǎng)的幀首部使用18字節(jié)，剩給整個(gè)IP包(首部+數(shù)據(jù)部分)的只有1500字節(jié)。 還有一些底層網(wǎng)絡(luò)只能支持更短的包長。這種情況下，IP協(xié)議提供一個(gè)分割(fragment)的可選功能。長的IP包會(huì)被分割成許多短的IP包，每一個(gè)包中攜帶一個(gè)標(biāo)志(Fragmentid)。發(fā)送方(比如一個(gè)路由器) 將長IP包分割，一個(gè)一個(gè)發(fā)送，接送方(如另一個(gè)路由器)按照相應(yīng)的IP地址和分割標(biāo)志將這些短IP包再組裝還原成原來的長IP包。


IP路由

Ipv4并不區(qū)分作為網(wǎng)絡(luò)終端的主機(jī)(host) 和網(wǎng)絡(luò)中的中間設(shè)備如路由器中間的差別。每臺(tái)電腦可以即做主機(jī)又做路由器。路由器用來聯(lián)結(jié)不同的網(wǎng)絡(luò)。所有用路由器聯(lián)系起來的這些網(wǎng)絡(luò)的總和就是互聯(lián)網(wǎng)。 IPv4技術(shù)即適用于局域網(wǎng)(LAN) 也適用于廣域網(wǎng)。一個(gè)IP包從發(fā)送方出發(fā)，到接送方收到，往往要穿過通過路由器連接的許許多多不同的網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)路由器都擁有如何傳遞IP包的知識(shí)，這些知識(shí)記錄在路由表中。路由表中記錄了到不同網(wǎng)絡(luò)的路徑，在這兒每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都被看成一個(gè)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。路由表中記錄由路由協(xié)議管理，可能是靜態(tài)的記錄比如由網(wǎng)絡(luò)管理員寫入的，也有可能是由路由協(xié)議動(dòng)態(tài)的獲取的。有的路由協(xié)議可以直接在IP協(xié)議上運(yùn)行。 常用的路由協(xié)議有
- 路由信息協(xié)議(Routing Information Protocol, RIP),
- 開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議，Open Shortest Path Fast, OSPF) ，
- 中介系統(tǒng)對(duì)中介系統(tǒng)協(xié)議(Intermediate System – Intermediate System, IS-IS) ,
- 邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(Border Gateway Protocol, BGP) . 在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷很重或者出錯(cuò)的情況下，路由器可以將收到的IP包丟棄。在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷重的時(shí)候，同樣一個(gè)IP包有可能由路由器決定走了不同的路徑。路由器對(duì)每一個(gè)IP包都是單獨(dú)選擇路由的。這也提高了IP通信的可靠性。但單是IP層上的包傳輸，并不能保證完全可靠。IP包可能會(huì)丟失; 可能會(huì)有重復(fù)的IP包被接受方收到; IP包可能會(huì)走不同的路徑，不能保證先發(fā)的先到; 接受方收到的可能是被分割了的IP包。在IP之上再運(yùn)行TCP協(xié)議則解決這些缺點(diǎn)提供了一個(gè)可靠的數(shù)據(jù)通路。


IP包首部格式

IPv4首部一般是20字節(jié)長。在以太網(wǎng)幀中，IPv4包首部緊跟著以太網(wǎng)幀首部，同時(shí)以太網(wǎng)幀首部中的協(xié)議類型值設(shè)置為080016。 IPv4提供不同，大部分是很少用的選項(xiàng)，使得IPv4包首部最長可擴(kuò)展到60字節(jié)(總是4個(gè)字節(jié)4個(gè)字節(jié)的擴(kuò)展) 。


IP包頭字段說明
版本：4位，指定IP協(xié)議的版本號(hào)。 包頭長度(IHL)：4位，IP協(xié)議包頭的長度，指明IPv4協(xié)議包頭長度的字節(jié)數(shù)包含多少個(gè)32位。由于IPv4的包頭可能包含可變數(shù)量的可選項(xiàng)，所以這個(gè)字段可以用來確定IPv4數(shù)據(jù)報(bào)中數(shù)據(jù)部分的偏移位置。IPv4包頭的最小長度是20個(gè)字節(jié)，因此IHL這個(gè)字段的最小值用十進(jìn)制表示就是5 (5x4 = 20字節(jié))。就是說，它表示的是包頭的總字節(jié)數(shù)是4字節(jié)的倍數(shù)。 服務(wù)類型：定義IP協(xié)議包的處理方法，它包含如下子字段 ::過程字段：3位，設(shè)置了數(shù)據(jù)包的重要性，取值越大數(shù)據(jù)越重要，取值范圍為：0（正常）~ 7（網(wǎng)絡(luò)控制） ::延遲字段：1位，取值：0（正常）、1（期待低的延遲） ::流量字段：1位，取值：0（正常）、1（期待高的流量） ::可靠性字段：1位，取值：0（正常）、1（期待高的可靠性） ::成本字段：1位，取值：0（正常）、1（期待最小成本） ::未使用：1位 長度：IP包的總長 標(biāo)識(shí)：唯一地標(biāo)識(shí)主機(jī)所發(fā)送的一個(gè)數(shù)據(jù)段，通常每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)段后加一。但I(xiàn)P包被分割后，分割得到的IP包擁有相同的標(biāo)識(shí) 標(biāo)志：是一個(gè)3位的控制字段，包含： ::保留位：1位 ::不分段位：1位，取值：0（允許數(shù)據(jù)報(bào)分段）、1（數(shù)據(jù)報(bào)不能分段） ::更多段位：1位，取值：0（數(shù)據(jù)包后面沒有包，該包為最后的包）、1（數(shù)據(jù)包后面有更多的包） 段偏移量：當(dāng)數(shù)據(jù)段被分割時(shí)，它和更多段位（MF, More fragments）進(jìn)行連接，幫助目的主機(jī)將分段的包組合。 TTL：表示數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)上生存多久，每通過一個(gè)路由器該值減一，為0時(shí)將被路由器丟棄。 協(xié)議：8位，這個(gè)字段定義了IP數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分使用的協(xié)議類型。常用的協(xié)議及其十進(jìn)制數(shù)值包括ICMP(1)、TCP(6)、UDP(17)。 校驗(yàn)和：16位，是IPv4數(shù)據(jù)報(bào)包頭的校驗(yàn)和。

IPv6與IPv4
IPv4從出生到如今幾乎沒什么改變的生存了下來。1983年TCP/IP協(xié)議被ARPAnet采用，直至發(fā)展到后來的互聯(lián)網(wǎng)。那時(shí)只有幾百臺(tái)計(jì)算機(jī)互相聯(lián)網(wǎng)。到1989年聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)數(shù)量突破10萬臺(tái)，并且同年出現(xiàn)了1.5Mbit/s的骨干網(wǎng)。因?yàn)镮ANA把大片的地址空間分配給了一些公司和研究機(jī)構(gòu)，90年代初就有人擔(dān)心10年內(nèi)IP地址空間就會(huì)不夠用，并由此導(dǎo)致了IPv6 的開發(fā) 。

IPv6與IPv4相比有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：

(1)更大的地址空間。IPv4中規(guī)定IP地址長度為32,即有2^32-1個(gè)地址；而IPv6中IP地址的長度為128,即有2^128-1個(gè)地址�？鋸堻c(diǎn)說就是，如果IPV6被廣泛應(yīng)用以后，全世界的每一粒沙子都會(huì)有相對(duì)應(yīng)的一個(gè)IP地址。

⑵更小的路由表。IPv6的地址分配一開始就遵循聚類(Aggregation)的原則,這使得路由器能在路由表中用一條記錄(Entry)表示一片子網(wǎng),大大減小了路由器中路由表的長度,提高了路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度。

(3)增強(qiáng)的組播(Multicast)支持以及對(duì)流的支持(Flow-control)。這使得網(wǎng)絡(luò)上的多媒體應(yīng)用有了長足發(fā)展的機(jī)會(huì)，為服務(wù)質(zhì)量(QoS)控制提供了良好的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

(4)加入了對(duì)自動(dòng)配置(Auto-configuration)的支持。這是對(duì)DHCP協(xié)議的改進(jìn)和擴(kuò)展，使得網(wǎng)絡(luò)(尤其是局域網(wǎng))的管理更加方便和快捷。

(5)更高的安全性。在使用IPv6網(wǎng)絡(luò)中，用戶可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并對(duì)IP報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)，這極大地增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)安全。

相關(guān)協(xié)議
IPv6、TCP、UDP、ICMP、SNMP、FTP、TELNET、SMTP、ARP、RARP、RPC、XDR、NFS

   

• 通信詞典解釋