ipv4

目錄
·協(xié)議結構
·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
·相關協(xié)議






   目前的全球因特網所采用的協(xié)議族是TCP/IP協(xié)議族。IP是TCP/IP協(xié)議族中網絡層的協(xié)議，是TCP/IP協(xié)議族的核心協(xié)議。目前IP協(xié)議的版本號是4(簡稱為IPv4，v，version版本)，它的下一個版本就是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)國外媒體報道，歐盟委員會希望于2010年前將歐洲其成員國境內四分之一的商業(yè)和政府部門以及家用網絡轉換成IPv6標準。 美國已經開始對已經與網絡服務商簽訂IPv6協(xié)議的政府部門給與有條件的獎勵政策。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型過程中起到帶頭作用。


IPv4(Internet Protocol version 4)
IPv4，是互聯(lián)網協(xié)議（Internet Protocol，IP）的第四版，也是第一個被廣泛使用，構成現(xiàn)今互聯(lián)網技術的基石的協(xié)議。Ipv4可以運行在各種各樣的底層網絡上，比如端對端的串行數(shù)據(jù)鏈路(PPP協(xié)議和SLIP協(xié)議) ，衛(wèi)星鏈路等等。局域網中最常用的是以太網（Ether)。


協(xié)議結構
Version － 4位字段，指出當前使用的 IP 版本。
IP Header Length （IHL） ― 指數(shù)據(jù)報協(xié)議頭長度，具有32位字長。指向數(shù)據(jù)起點。正確協(xié)議頭最小值為5。
Type-of-Service ― 指出上層協(xié)議對處理當前數(shù)據(jù)報所期望的服務質量，并對數(shù)據(jù)報按照重要性級別進行分配。這些8位字段用于分配優(yōu)先級、延遲、吞吐量以及可靠性。
Total Length ― 指定整個 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)。典型的主機可以接收576字節(jié)的數(shù)據(jù)報。
Identification ― 包含一個整數(shù)，用于識別當前數(shù)據(jù)報。該字段由發(fā)送端分配幫助接收端集中數(shù)據(jù)報分片。
Flags ― 由3位字段構成，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)報的起始端相關的分片數(shù)據(jù)位置，支持目標IP適當重建源數(shù)據(jù)報。
Time-to-Live ― 是一種計數(shù)器，在丟棄數(shù)據(jù)報的每個點值依次減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），這就需要對每個點重新計算和檢驗。Internet 協(xié)議頭需要進行處理。
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，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個地址。一般的書寫法為4個用小數(shù)點分開的十進制數(shù)。也有人把4位數(shù)字化成一個十進制長整數(shù)，但這種標示法并不常見。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位的地址分為兩個部分：前面的部分代表網絡地址，由IANA分配，后面部分代表局域網地址。如在C類網絡中，前24位為網絡地址，后8位為局域網地址，可提供254個設備地址(因為有兩個地址不能為網絡設備使用: 255為廣播地址，0代表此網絡本身) 。網絡掩碼(Netmask) 限制了網絡的范圍，1代表網絡部分，0代表設備地址部分，例如C類地址常用的網絡掩碼為255.255.255.0。
特殊的IP地址段
- 127.x.x.x給本地網地址使用。
- 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供本地網使用，這些網絡連到互連網上需要對這些本地網地址進行轉換（NAT）。 但由於這種分類法會大量浪費網路上的可用空間，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，某一網路只要13個ip位址，就會把一個16位址的區(qū)段給他。假設批核了 61.135.136.128/16 的話，就表示從 61.135.136.129 到 61.135.136.142 的網址他都可以使用。


IP包長
IP包由首部(header)和實際的數(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) 的特性會限制能支持的IP包長。例如以太網(Ethernet)協(xié)議，有一個協(xié)議參數(shù)，即所謂的最大傳輸單元(Maximum Transfer Unit, MTU) ，為1518字節(jié)，以太網的幀首部使用18字節(jié)，剩給整個IP包(首部+數(shù)據(jù)部分)的只有1500字節(jié)。 還有一些底層網絡只能支持更短的包長。這種情況下，IP協(xié)議提供一個分割(fragment)的可選功能。長的IP包會被分割成許多短的IP包，每一個包中攜帶一個標志(Fragmentid)。發(fā)送方(比如一個路由器) 將長IP包分割，一個一個發(fā)送，接送方(如另一個路由器)按照相應的IP地址和分割標志將這些短IP包再組裝還原成原來的長IP包。


IP路由

Ipv4并不區(qū)分作為網絡終端的主機(host) 和網絡中的中間設備如路由器中間的差別。每臺電腦可以即做主機又做路由器。路由器用來聯(lián)結不同的網絡。所有用路由器聯(lián)系起來的這些網絡的總和就是互聯(lián)網。 IPv4技術即適用于局域網(LAN) 也適用于廣域網。一個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絡。每個路由器都擁有如何傳遞IP包的知識，這些知識記錄在路由表中。路由表中記錄了到不同網絡的路徑，在這兒每個網絡都被看成一個目標網絡。路由表中記錄由路由協(xié)議管理，可能是靜態(tài)的記錄比如由網絡管理員寫入的，也有可能是由路由協(xié)議動態(tài)的獲取的。有的路由協(xié)議可以直接在IP協(xié)議上運行。 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)對中介系統(tǒng)協(xié)議(Intermediate System – Intermediate System, IS-IS) ,
- 邊界網關協(xié)議(Border Gateway Protocol, BGP) . 在網絡負荷很重或者出錯的情況下，路由器可以將收到的IP包丟棄。在網絡負荷重的時候，同樣一個IP包有可能由路由器決定走了不同的路徑。路由器對每一個IP包都是單獨選擇路由的。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包可能會丟失; 可能會有重復的IP包被接受方收到; IP包可能會走不同的路徑，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之上再運行TCP協(xié)議則解決這些缺點提供了一個可靠的數(shù)據(jù)通路。


IP包首部格式

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


IP包頭字段說明
版本：4位，指定IP協(xié)議的版本號。 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32位。由于IPv4的包頭可能包含可變數(shù)量的可選項，所以這個字段可以用來確定IPv4數(shù)據(jù)報中數(shù)據(jù)部分的偏移位置。IPv4包頭的最小長度是20個字節(jié)，因此IHL這個字段的最小值用十進制表示就是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（網絡控制） ::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 標識：唯一地標識主機所發(fā)送的一個數(shù)據(jù)段，通常每發(fā)送一個數(shù)據(jù)段后加一。但IP包被分割后，分割得到的IP包擁有相同的標識 標志：是一個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)報分段）、1（數(shù)據(jù)報不能分段） ::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：當數(shù)據(jù)段被分割時，它和更多段位（MF, More fragments）進行連接，幫助目的主機將分段的包組合。 TTL：表示數(shù)據(jù)包在網絡上生存多久，每通過一個路由器該值減一，為0時將被路由器丟棄。 協(xié)議：8位，這個字段定義了IP數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)部分使用的協(xié)議類型。常用的協(xié)議及其十進制數(shù)值包括ICMP(1)、TCP(6)、UDP(17)。 校驗和：16位，是IPv4數(shù)據(jù)報包頭的校驗和。

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。那時只有幾百臺計算機互相聯(lián)網。到1989年聯(lián)網計算機數(shù)量突破10萬臺，并且同年出現(xiàn)了1.5Mbit/s的骨干網。因為IANA把大片的地址空間分配給了一些公司和研究機構，90年代初就有人擔心10年內IP地址空間就會不夠用，并由此導致了IPv6 的開發(fā) 。

IPv6與IPv4相比有以下特點和優(yōu)點：

(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個地址；而IPv6中IP地址的長度為128,即有2^128-1個地址。夸張點說就是，如果IPV6被廣泛應用以后，全世界的每一粒沙子都會有相對應的一個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,大大減小了路由器中路由表的長度,提高了路由器轉發(fā)數(shù)據(jù)包的速度。

(3)增強的組播(Multicast)支持以及對流的支持(Flow-control)。這使得網絡上的多媒體應用有了長足發(fā)展的機會，為服務質量(QoS)控制提供了良好的網絡平臺。

(4)加入了對自動配置(Auto-configuration)的支持。這是對DHCP協(xié)議的改進和擴展，使得網絡(尤其是局域網)的管理更加方便和快捷。

(5)更高的安全性。在使用IPv6網絡中，用戶可以對網絡層的數(shù)據(jù)進行加密并對IP報文進行校驗，這極大地增強了網絡安全。

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

   

• 通信詞典解釋