Internet的主要協(xié)議IP的重點(diǎn)敘述

1、Internet的主要協(xié)議IP的重點(diǎn)敘述 摘要：介紹了IP協(xié)議的地址分配，尋址方式，路由選擇，路由分類及算法，提出了目前使用的IPV4協(xié)議的局限性，以及下一代網(wǎng)際協(xié)議IPV6的優(yōu)勢(shì)。 關(guān)鍵詞：IP協(xié)議IP地址分配路由選擇路由分類路由算法IPV6協(xié)議 1引言 隨著“信息高速公路”的提出和Internet的迅猛發(fā)展，人們的交流方式，獲取信息的途徑，工作，學(xué)習(xí)，生活，娛樂(lè)的方式都發(fā)生了重大的變革，各種新的信息交流，信息獲取的方式應(yīng)運(yùn)而生。如電子郵件，電子商務(wù)，VOD視頻點(diǎn)播，網(wǎng)上股票交易，網(wǎng)上購(gòu)物，遠(yuǎn)程教育，遠(yuǎn)程醫(yī)療，各種公共信息查詢等，都迫切要求我們有志于IT事業(yè)的青年，全面的了解Internet

2、的核心協(xié)議IP協(xié)議。 2網(wǎng)際協(xié)議IP 眾所周知，網(wǎng)絡(luò)互連離不開(kāi)協(xié)議。Internet正是依靠TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的，可以毫不夸張的說(shuō)，沒(méi)有TCP/IP協(xié)議，就沒(méi)有如今高速發(fā)展的Internet，因此TCP/IP是Internet的基礎(chǔ)和核心。網(wǎng)際協(xié)議IP是TCP/IP體系中重要的協(xié)議之一，它主要為數(shù)據(jù)提供打包和編址服務(wù)。IP協(xié)議能夠識(shí)別本地或遠(yuǎn)程主機(jī)。如果通向目的網(wǎng)絡(luò)的通道使用不同大小的分組，IP協(xié)議將分組分片，以便能夠無(wú)錯(cuò)的傳輸。分組抵達(dá)目的主機(jī)后，IP協(xié)議再將數(shù)據(jù)的分組重新組合。1最后，IP協(xié)議將處理好的分組傳遞給上層的協(xié)議。 2.1IP地址 Internet的IP協(xié)議使用特定的地

3、址唯一標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)上的連接設(shè)備。IP的地址遵循IP協(xié)議的一種網(wǎng)絡(luò)地址的描述方式，Internet上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都依靠唯一的IP地址互相區(qū)分和相互聯(lián)系。他是目前Internet上使用的網(wǎng)絡(luò)地址，是最為通用和流行的尋址方式。 2.1.1IP地址表示方法 所謂IP地址就是給每一個(gè)連接在Internet上的主機(jī)分配一個(gè)在全世界范圍是唯一的32bit地址，它包括了網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址。2每個(gè)網(wǎng)絡(luò)擁有一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)ID(net-id)和主機(jī)ID(host-id)。我們可以先按IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-id把網(wǎng)絡(luò)找到，再按主機(jī)號(hào)host-id把主機(jī)找到。所以IP地址并不只是一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)號(hào)，他指出了連接到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)

4、上的某臺(tái)計(jì)算機(jī)。 2.1.2IP地址的分類 IP地址是一種層次地址，通用個(gè)視為：M類的等級(jí)號(hào)，NET網(wǎng)絡(luò)號(hào)，HOST主機(jī)號(hào)。按類別的等級(jí)號(hào)，IP地址分為五類：A,B,C,D,E。3常用的A類，B類和C類地址都由兩個(gè)字段組成，即網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段，網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)隨不同等級(jí)在32位中所占的位數(shù)不同。表2-1描述了A,B和C類地址的二進(jìn)制表示形式，其中N表示網(wǎng)絡(luò)字段的比特?cái)?shù)，H表示主機(jī)字段的比特?cái)?shù)。A類地址使用第一個(gè)8位組表示網(wǎng)絡(luò)字段，于3個(gè)8位組，即24比特用于表示主機(jī)號(hào)字段。B類地址使用前兩個(gè)8位組表示網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段，其余2個(gè)8位組表示主機(jī)號(hào)字段，各有16比特。C類地址使用前三個(gè)8位組，24比特

5、比表示網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段，最后1個(gè)8位組，即8比特用于表示主機(jī)號(hào)字段。如表2.1所示，它給出了標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段的長(zhǎng)度。D類地址和E類地址并不支持通常意義的主機(jī)編址。D類地址是多播地址，主要是留給Internet體系結(jié)構(gòu)委員會(huì)IAB(InternetArchitectureBoard)使用。E類地址保留為試驗(yàn)用途。表2.2給出了IP地址的使用范圍和容量。 表2.1標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段的長(zhǎng)度 地質(zhì)類別第一個(gè)8位組第二個(gè)8位組第三個(gè)8位組第四個(gè)8位組 ANNNNNNNNHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH BNNNNNNNNNNNNNNNNHHHHHHHHHHHHHHHH CNN

6、NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNHHHHHHHH 表2.2IP地址使用范圍和容量 地址類別第一個(gè)8位組最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的最大主機(jī)地址數(shù) A112612616777214 B1281911638465534 C1922232097152254 D224239 E240254 2.1.3特殊地址 除了一般的標(biāo)識(shí)一臺(tái)主機(jī)的IP地之外，還有幾種特殊形式的IP地址。 1.廣播地址 TCP/IP協(xié)議規(guī)定，主機(jī)號(hào)全為“1”的網(wǎng)絡(luò)地址用于廣播，即同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上所有主機(jī)同時(shí)發(fā)送報(bào)文(必須知道本網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號(hào))，叫做廣播地址，也成直接廣播地址（directedbroadcastingaddress）。

7、2.有線廣播地址 TCP/IP規(guī)定，32比特全為“1”的網(wǎng)間網(wǎng)地址用于本網(wǎng)內(nèi)部廣播（可不知本網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)），該地址叫做有線廣播地址（limitedbroadcastingaddress）。 3.“0”地址 TCP/IP協(xié)議規(guī)定，各位全為“0”的網(wǎng)絡(luò)號(hào)被解釋為“本”網(wǎng)絡(luò)。 4.回送地址 A類網(wǎng)絡(luò)地址127是一個(gè)保留地址，用于網(wǎng)絡(luò)軟件以及本地機(jī)間通信，叫做回送地址（loopbackaddress）.不管是什么程序，一旦使用回送地址發(fā)送數(shù)據(jù)，協(xié)議軟件立即返回，不進(jìn)行任何網(wǎng)絡(luò)傳輸。 主機(jī)號(hào)全為“0”和全為“1”的地址，不能用作一臺(tái)計(jì)算主機(jī)的有效地址。 2.1.4子網(wǎng)掩碼 子網(wǎng)掩碼IP地址的屏蔽碼，它使用

8、一連串的二進(jìn)制1來(lái)識(shí)別或屏蔽出IP地之中的網(wǎng)絡(luò)地址，使用子網(wǎng)掩碼的目的是識(shí)別網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度和數(shù)值。IP協(xié)議使用本地的子網(wǎng)掩碼和本地主機(jī)IP地址來(lái)識(shí)別本地網(wǎng)絡(luò)。 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)用一個(gè)32位的子網(wǎng)掩碼來(lái)表示子網(wǎng)號(hào)字段的長(zhǎng)度。具體做法是：子網(wǎng)掩碼由一連串的“1”和一連串的“0”組成。“1”對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)字段，而“0”對(duì)應(yīng)與主機(jī)號(hào)字段。例如：子網(wǎng)掩碼為0XFFFFFFE0,她的二進(jìn)制表示形式為11111111111111111111111111100000可見(jiàn)子網(wǎng)號(hào)有11位，而主機(jī)號(hào)有5位。子網(wǎng)掩碼的意義如圖2-1示。根據(jù)IP地址可以判斷它是A,B或C類地址中的哪一類，而根據(jù)子網(wǎng)掩碼可以劃分子

9、網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)的界限。不過(guò)，多劃分出一個(gè)子網(wǎng)號(hào)字段浪費(fèi)了大量的IP地址。 10net-idhost-id B類地址 10net-idsubnet-idhost-id 增加了子網(wǎng)掩碼 11111111111111111111111111100000 子網(wǎng)掩碼 圖2-1子網(wǎng)掩碼的意義 3路由的選擇 路由就是基于網(wǎng)絡(luò)層的選擇傳送數(shù)據(jù)包路徑的過(guò)程。路由器則是執(zhí)行路由功能的設(shè)備。它的主要工作是為經(jīng)過(guò)路由器的每個(gè)數(shù)據(jù)幀尋找一條最佳的傳輸路徑，并將數(shù)據(jù)有效的傳送到目的站點(diǎn)?？梢?jiàn)，路由器的關(guān)鍵所在就是選擇最佳路徑的策略，即路由算法。為了完成這項(xiàng)工作，路由器中保存了各種傳輸路徑的相關(guān)數(shù)據(jù)路由表（RoutingTa

10、ble）,供路由選擇時(shí)使用。 3.1路由器的功能 路由器是所有大型TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的重要組件，沒(méi)有路由器，因特網(wǎng)就無(wú)法運(yùn)行。眾所周知，IP地址用網(wǎng)絡(luò)號(hào)來(lái)描述本地目標(biāo)主機(jī)或遠(yuǎn)程目標(biāo)主機(jī)，而路由器是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)號(hào)來(lái)識(shí)別目的網(wǎng)絡(luò)。下面來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明路由器的功能： a)路由器用來(lái)連接不同的網(wǎng)絡(luò)，接受來(lái)自它連接的某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)； b)路由器是專門(mén)用來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)分組的，將數(shù)據(jù)向上傳遞到協(xié)議棧的Internet層，即路由器舍棄網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層的首標(biāo)信息，并且（必要時(shí)）重新組合IP數(shù)據(jù)包； c)路由器檢查IP首標(biāo)中的目的地址； d)傳送數(shù)據(jù)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，路由器自動(dòng)查詢路由表，確保數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到目的地址； e)路由器確定哪個(gè)適配器負(fù)

11、責(zé)接收數(shù)據(jù)后，它就通過(guò)相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層軟件傳遞數(shù)據(jù)，以便通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳送數(shù)據(jù)。 3.2路由選擇分類 路由選擇的兩個(gè)主要類形式根據(jù)他們從何處獲得路由表信息而得名的： 靜態(tài)路由選擇要求網(wǎng)絡(luò)管理員人工輸入路由信息。 動(dòng)態(tài)路由選擇根據(jù)使用路由選擇協(xié)議獲得的路由信息動(dòng)態(tài)的建立路由表。 3.2.1靜態(tài)路由 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或鏈路的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，網(wǎng)絡(luò)管理員需要手工去修改路由表中相關(guān)的靜態(tài)路由信息。靜態(tài)路由信息在缺省的情況下是私有的，不會(huì)傳遞個(gè)其他路由器。靜態(tài)路由一般適用于比較簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在這樣的環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)管理員易于了解本地網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，便于設(shè)計(jì)正確的路由信息，而且網(wǎng)絡(luò)安全保密性高。 3.2.2動(dòng)態(tài)路由

12、 動(dòng)態(tài)路由是址路由器能夠自動(dòng)的建立自己的路由表，并且能夠根據(jù)實(shí)際情況的變化適時(shí)的進(jìn)行調(diào)整。動(dòng)態(tài)路由機(jī)制的運(yùn)作依賴路由器的兩個(gè)基本功能：對(duì)路由表的保護(hù)；路由器之間適時(shí)的路由信息交換。3交換路由信息的最終目的在于通過(guò)路由表找到一條數(shù)據(jù)交換的“最佳”路徑。 3.3IP選路算法 3.3.1傳統(tǒng)分類IP路由算法 盡管絕大多數(shù)路由器和許多主機(jī)都可以在無(wú)分類IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)路由，但是仍有一些路由器和主機(jī)依賴目的的網(wǎng)絡(luò)分類進(jìn)行路由。分類路由算法如下： DatagramRoutingTable 從數(shù)據(jù)報(bào)中提取目的地址D，并計(jì)算網(wǎng)絡(luò)前綴N（即目的站的網(wǎng)絡(luò)號(hào)） ifN與任何直接相接的地址匹配 then通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)

13、報(bào)交付澳目的地D（其中涉及到把D轉(zhuǎn)換成一個(gè) 物理地址，轉(zhuǎn)裝數(shù)據(jù)報(bào)并發(fā)送該幀） elseif表中包含特定于具體主機(jī)的一個(gè)到D的路由 then把數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到表中指定的下一跳 elseif表中包含到網(wǎng)絡(luò)N的一個(gè)路由 then把數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到表中指定的下一跳 elseif網(wǎng)絡(luò)包含一個(gè)默認(rèn)路由 then把數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到表中指定的默認(rèn)路由器 else宣布選路出錯(cuò) 3.3.2無(wú)分類路由 無(wú)分類路由的IP路由算法不斷更新以適應(yīng)對(duì)任意大小IP網(wǎng)絡(luò)地址空間尋徑的支持。5路由表的每一項(xiàng)必須包括目的地址與下一跳地址，以及附加的掩碼以限定該項(xiàng)所描述的地址空間。路由表中引入掩碼，實(shí)現(xiàn)算法中路由表查詢的部分要比原分類路由算法復(fù)

14、雜，但整體的算法反而簡(jiǎn)化了。無(wú)分類IP路由算法如下： 對(duì)于任何給定的目的地IP地址 搜索路由表，尋找與改地址匹配的前綴最長(zhǎng)的目的地址 析取該項(xiàng)的下一跳地址 發(fā)送分組包至下一跳 if尋找匹配項(xiàng)失敗 報(bào)告目的地地址不可達(dá) Endif 4下一代網(wǎng)絡(luò)IP協(xié)議 當(dāng)前，給予Internet的各種應(yīng)用正如火如荼的迅猛發(fā)展著，而與此熱鬧場(chǎng)面截然不同的是Internet當(dāng)前使用的IP協(xié)議版本IPV4正因?yàn)樽陨淼娜毕荻e步維艱。因此，IPV6應(yīng)運(yùn)而生了。 4.1IPV4的缺陷 現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上普遍采用IPV4的標(biāo)準(zhǔn)，它是目前Internet中正在運(yùn)行的非常成功的協(xié)議，有著廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)，但它自身也有很多不足。 IPV

15、4使用的是32位的尋址方式，理論上IPV4可以支持40億個(gè)地址。然而，由于先前的低效地址分配，由將近一半的地址已被之皮，剩余地址也僅有一小部分可利用。由預(yù)測(cè)表明，以目前Internet發(fā)展速度計(jì)算，所有IP地址將在20052010年間完全耗盡完畢。因此，IPV4協(xié)議所能夠提供的域名最終將全部耗盡，從而阻礙了整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的向前發(fā)展。 IPV4不僅存在存儲(chǔ)空間的局限信，還存在性能上的問(wèn)題。IPV4制定之初，主要目的在于為在一種網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行數(shù)據(jù)的可靠和高效傳輸探索最佳機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)的互操作。在很大程度上，IPV4實(shí)現(xiàn)了此目標(biāo)，但這并不意味著IPV4可以繼續(xù)保持這種實(shí)力，它在設(shè)計(jì)方面需要進(jìn)一步完

16、善。再次是安全性，人們認(rèn)為安全性議題在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的低層并不重要，應(yīng)用安全性的責(zé)任仍交給應(yīng)用層。在許多情況下IPV4設(shè)計(jì)只具備最少的安全性選項(xiàng)，但安全性已經(jīng)成為IP的下一版本可以發(fā)揮作用的地方。最后是自己配置對(duì)于IPV4的節(jié)點(diǎn)的配置非常復(fù)雜，而用戶跟喜歡即插即用。IP主機(jī)移動(dòng)性的增強(qiáng)和使用不同網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)時(shí)能提供更好的配置支持。 4.2IPV6協(xié)議 4.2.1較IPV4的變更之處 IPV6對(duì)IPV4做了多處改進(jìn)，這些改進(jìn)使該協(xié)議更為靈活，可靠，而且提供了幾乎無(wú)限的地址空間。一下列出由IPV4到IPV6的改進(jìn)： 1)擴(kuò)大了選路和編址容量：IPV6把IP地址所占比特?cái)?shù)由32比特增加到128比特。該方案

17、能夠支持的編制層次更多，而且可編址的節(jié)點(diǎn)數(shù)也大為增加。 2)增加了多播地址：IPV6創(chuàng)建了一種新的地址類型任意播地址（anycastaddress）,以表示一系列節(jié)點(diǎn)，發(fā)任意播的數(shù)據(jù)包可以遞交給這組節(jié)點(diǎn)中的任意一個(gè)。 3)簡(jiǎn)化了首部格式：IPV4首部中的某些子段被丟棄不用或改為可選，減少了處理數(shù)據(jù)包的開(kāi)銷，是帶寬額外開(kāi)銷盡可能低。 4)改良了對(duì)選項(xiàng)的支持：新的IP首部隊(duì)選項(xiàng)的編碼方式進(jìn)行了改良，提高了轉(zhuǎn)發(fā)效率，對(duì)選項(xiàng)長(zhǎng)度的限制更少，也增加新選項(xiàng)的靈活性。 5)增加了對(duì)服務(wù)質(zhì)量的支持能力：IPV6可以對(duì)屬于某種特定通信流的數(shù)據(jù)報(bào)加標(biāo)號(hào)，表明發(fā)送方要求對(duì)這些數(shù)據(jù)加以的特殊處理。 6)增加了鑒別和保密能力:IPV6還包括擴(kuò)展定義，能支持鑒別數(shù)據(jù)完整性以及機(jī)密性等功能。 5結(jié)束語(yǔ) 了更好的適應(yīng)Internet的不斷發(fā)展，IP協(xié)議應(yīng)不斷的更新其設(shè)計(jì)上的技術(shù)。IPV6是下一代的IP協(xié)議，IPV4向IPV6的轉(zhuǎn)變不可能一夜之間完成，它們之間的過(guò)渡