网际协议IP

IP协议与四个协议配套使用

· 地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol)

· 逆地址解析协议RARP(Reverse Address Resolution Protocol)

· 网际控制报文协议ICMP(Internet Control Message Protocol)

· 网际组管理协议IGMP(Internet Group Management Protocol)

IP地址

1. 分类的IP地址

2. 子网的划分

3. 构成超网

现在广泛使用无分类IP地址

A类地址能分配的网络号得减去全0(本网络00000000)和127(本地软件环回测试01111111)。主机发送一个环回地址的IP数据报，本主机的协议软件处理数据，不会发送到网络。主机数也得减去全0(本主机)和全1，全0代表本主机连接到的单个网络地址，全1表示所有网络上的所有主机
B类地址能分配的网络号得减去全0(10000000)，主机数减去全0和全1
C类地址能分配的网络号得减去全0(11000000)，主机数减去全0和全1

地址解析协议ARP和逆地址解析协议RARP

知道IP地址，找到相应的物理地址----ARP地址解析协议
知道MAC地址，找到对应的IP地址----RARP逆地址解析协议，由于现在DHCP协议已经包含了RARP协议，单独用RARP协议很少了，所以不介绍
ARP地址解析协议在主机的ARP高速缓存动态维护一个IP地址到硬件地址的映射表。注意这个映射表也只包含本局域网内的主机和路由器ip地址到硬件地址的映射表。发送ip数据报的时候，先查表，如果表中没有，就在本局域网内广播发起一个ARP请求分组，请求中写好本主机或者路由器IP到物理地址的映射和想要获取目的地物理地址的IP。收到这个请求的主机或路由器，如果IP和请求中描述一致，就将对方的映射信息记录下来，并且把自己的映射信息发送回去。这样的信息每一条都设置了生存时间，过期后就删除

IP数据报

版本号：现在是4(ipv4)，以后可能会用6(ipv6)
首部长度：乘以4等于整个首部的字节数
区分服务：基本没怎么用
总长度：首部和数据之和的长度，虽然允许填写的最大长度为65535，但是数据链路层一般都有最大传输单元MTU(Maximum Transfer Unit)的限制，所以实际并不会填那么大。IP数据报长度不能小于576，不得大于1500
标识：分片的时候，相同标识字段的值可以重装成原来的数据报
标志：一共三位，最低为为1，表示还有分片，中间为为1时，表示不能分片，只有当中间位是0时，才允许分片
片偏移：该字段乘以8，等于该片在原数据的起点。也就是说每个分片长度都是8的整数倍
生存时间：数据报的源点设置数据报在网络的寿命
协议：上层使用的协议类型
首部校验和：首部16位一组，反码运算求和，得到校验和。接受到IP数据报后再反码运算求和，如果为0，则保留，否则丢弃。具体方法参考二进制反码求和
源地址：32位
目的地址：32位

IP层转发分组的流程

注意：IP数据报的首部没有用来标明下一跳路由器的IP地址，IP数据报中始终标明的是源IP和目的IP，那么怎么找到下一跳路由器呢？路由器查找路由表，找到下一跳路由器的IP地址后，使用ARP协议将IP地址转换成硬件地址，将硬件地址放在MAC帧的首部，根据硬件地址找到下一跳路由器。

分组转发算法如下：
1.根据数据报目的主机IP地址D，取出网络地址N
2.如果N是与路由器直接相连的网络，直接交付给目的主机
3.如果路由表中有目的地址为D的特定主机路由，传递给这个路由器
4.如果有到达网络N的路由，给下一跳路由
5.若有默认路由，给默认路由
6.报告转发分组出错

划分子网和超网

早期的分类IP地址设计不合理，原因如下

1. IP地址利用率低，A类地址，主机数超过1000万，B类网络地址主机数超6万，然而很多网络并没有那么多主机

2. 每个物理网络一个网络号，路由表需要维护的项目太多，网络性能会变坏

3. 不灵活，不方便临时增加网络。

划分子网的基本思路：

1. 拥有许多物理网络的单位，将所属的物理网络划分若干子网。本单位外的网络看不见子网，对外表现为一个网络

2. 从网络的主机号借用若干位为子网号，IP地址=<网络号><子网号><主机号>

3. 其它网络发给本单位的IP数据报，仍然是根据IP数据报网络号找到连接在本单位网络的路由器，但该路由器收到IP数据报之后，再按目的网络号和子网号找到子网，交付给目的主机

子网掩码

一个数据报并没有记录子网信息的地方。所以路由器要使用子网掩码，来计算网络号。现在路由器和相邻路由器交换路由信息时，需要把自己所在网络的子网掩码告诉相邻路由器。路由器的路由表中的每一个项目，除了要给出目的网络地址外，还要给出该网络子网掩码。
路由器分组转发算法在有子网掩码的情况下，步骤2和4更改为将地址D与路由表每一项与操作之后，再比较是否匹配

无分类编址CIDR(Classless Inter-Domain Routing)(划分超网)

CIDR最主要的特点

1. IP地址=<网络前缀><主机号>206.0.64.0/18

2. 把网络前缀都相同的连续IP地址组成一个CIDR地址块

在应用了无分类编址后，查找路由表可能不止得到一个匹配结果，我们选择具有最长网络前缀的路由，叫作最长前缀匹配

路由选择协议

1. 静态路由选择策略

2. 动态路由选择策略

又分为

1. 内部网关协议IGP，常用的RIP、OSPF

2. 外部网管协议EGP，常用的EGP

RIP协议

1. 仅和相邻路由器交换信息

2. 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，自己的路由表

3. 固定时间间隔交换路由信息

距离向量算法

1. 对X发来的RIP报文，下一跳字段地址改为X，距离字段加1，每一项：目的网络N，距离是d，下一跳是X

2. 原来没有的目的网络N，添加进去，否则看下一跳地址，如果是X，替换，否则判断距离d和当前地址的大小关系，如果小，就替换

3. 如果3分钟还没收到，就不可达，距离设置为16(最大的跳数为15，超过15就表示不可达)

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