刘文奇

IP 协议详解

11/13/2017 IP

# IP 协议简介

IP 协议位于 TCP/IP 协议的第三层——网络层。与传输层协议相比，网络层的责任是提供点到点(hop by hop)的服务，而传输层（TCP/UDP）则提供端到端(end to end)的服务。

# IP 地址的分类

# A类地址

一个A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是“0”.

  • 地址范围1.0.0.1-126.255.255.254（二进制表示为：00000001 00000000 00000000 00000001 - 01111110 11111111 11111111 11111110）。
  • 可用的A类网络有126个，每个网络能容纳1677214个主机。

# B类地址

一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“10”.

  • 地址范围128.1.0.1-191.255.255.254（二进制表示为：10000000 00000001 00000000 00000001 - 10111111 11111111 11111111 11111110）。
  • 可用的B类网络有16384个，每个网络能容纳65534主机 。

# C类地址

一个C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是“110”。

  • 范围192.0.1.1-223.255.255.254（二进制表示为: 11000000 00000000 00000001 00000001 - 11011111 11111111 11111110 11111110）。
  • C类网络可达2097152个，每个网络能容纳254个主机。

# D 类地址

D类IP地址第一个字节以“1110”开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播（Multicast）中。多点广播地址用来一次寻址一组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。

地址范围224.0.0.1-239.255.255.254

# E 类地址

以“1111”开始，为将来使用保留。

E类地址保留，仅作实验和开发用。

全零（“0．0．0．0”）地址指任意网络。全“1”的IP地址（“255．255．255．255”）是当前子网的广播地址。

# 广播与多播

广播和多播仅用于UDP（TCP是面向连接的）。

  • 广播

    一共有四种广播地址：

    1. 受限的广播

      受限的广播地址为255.255.255.255。该地址用于主机配置过程中IP数据报的目的地址，在任何情况下，router不转发目的地址为255.255.255.255的数据报，这样的数据报仅出现在本地网络中。

    2. 指向网络的广播

      指向网络的广播地址是主机号为全1的地址。A类网络广播地址为netid.255.255.255，其中netid为A类网络的网络号。

      一个router必须转发指向网络的广播，但它也必须有一个不进行转发的选择。

    3. 指向子网的广播

      指向子网的广播地址为主机号为全1且有特定子网号的地址。作为子网直接广播地址的IP地址需要了解子网的掩码。例如，router收到128.1.2.255的数据报，当B类网路128.1的子网掩码为255.255.255.0时，该地址就是指向子网的广播地址；但是如果子网掩码为255.255.254.0，该地址就不是指向子网的广播地址。

    4. 指向所有子网的广播

      指向所有子网的广播也需要了解目的网络的子网掩码，以便与指向网络的广播地址区分开来。指向所有子网的广播地址的子网号和主机号为全1.例如，如果子网掩码为255.255.255.0，那么128.1.255.255就是一个指向所有子网的广播地址。

      当前的看法是这种广播是陈旧过时的，更好的方式是使用多播而不是对所有子网的广播。

      广播示例:

      PING 192.168.0.255 (192.168.0.255): 56 data bytes
64 bytes from 192.168.0.107: icmp_seq=0 ttl=64 time=0.199 ms
64 bytes from 192.168.0.106: icmp_seq=0 ttl=64 time=45.357 ms
64 bytes from 192.168.0.107: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.203 ms
64 bytes from 192.168.0.106: icmp_seq=1 ttl=64 time=269.475 ms
64 bytes from 192.168.0.107: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.102 ms
64 bytes from 192.168.0.106: icmp_seq=2 ttl=64 time=189.881 ms
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    可以看到的确收到了来自两个主机的答复，其中 192.168.0.107 是本机地址。

  • 多播

    多播又叫组播，使用D类地址，D类地址分配的28bit均用作多播组号而不再表示其他。

    多播组地址包括1110的最高4bit和多播组号。它们通常可以表示为点分十进制数，范围从224.0.0.0到239.255.255.255。

    多播的出现减少了对应用不感兴趣主机的处理负荷。

    多播的特点：

    • 允许一个或多个发送者（组播源）发送单一的数据包到多个接收者（一次的，同时的）的网络技术

    • 可以大大的节省网络带宽，因为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包

    • 多播技术的核心就是针对如何节约网络资源的前提下保证服务质量。

      多播示例：

      PING 224.0.0.1 (224.0.0.1): 56 data bytes
64 bytes from 192.168.0.107: icmp_seq=0 ttl=64 time=0.081 ms
64 bytes from 192.168.0.106: icmp_seq=0 ttl=64 time=123.081 ms
64 bytes from 192.168.0.107: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.122 ms
64 bytes from 192.168.0.106: icmp_seq=1 ttl=64 time=67.312 ms
64 bytes from 192.168.0.107: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.132 ms
64 bytes from 192.168.0.106: icmp_seq=2 ttl=64 time=447.073 ms
64 bytes from 192.168.0.107: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.132 ms
64 bytes from 192.168.0.106: icmp_seq=3 ttl=64 time=188.800 ms
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# BGP

  • 边界网关协议（BGP）是运行于 TCP 上的一种自治系统的路由协议
  • BGP 是唯一一个用来处理像因特网大小的网络的协议，也是唯一能够妥善处理好不相关路由域间的多路连接的协议
  • BGP是一种外部网关协议（Exterior Gateway Protocol，EGP），与OSPF、RIP等内部网关协议（Interior Gateway Protocol，IGP）不同，BGP不在于发现和计算路由，而在于控制路由的传播和选择最佳路由
  • BGP使用TCP作为其传输层协议（端口号179），提高了协议的可靠性
  • BGP既不是纯粹的矢量距离协议，也不是纯粹的链路状态协议
  • BGP支持CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类别域间路由）
  • 路由更新时，BGP只发送更新的路由，大大减少了BGP传播路由所占用的带宽，适用于在Internet上传播大量的路由信息
  • BGP路由通过携带AS路径信息彻底解决路由环路问题
  • BGP提供了丰富的路由策略，能够对路由实现灵活的过滤和选择
  • BGP易于扩展，能够适应网络新的发展

# IPv4 与 IPV6 对比

IPV4 与 IPV6 对比使用 (opens new window)

# 参考资料