第5章 IP基本原理1-H3C认证网络工程师(H3CNE)

Posted 2021-12-31 mb5cbe9df5136d6

TCP/IP协议栈的网络层位于网络接口层和传输层之间，其主要协议包括IP（Internet Protocol，互联网协议）、ARP（Address Resolution  Protocol，地址解析协议）、RARP（Reverse

Address Resolution Protocol，反向地址解析协议）、ICMP（Internet Control Message Protocol，互联网控制消息协议）、IGMP（Internet Group Management Protocol，互联网组管理协议）等。其中IP是整个网络层的核心协议。

一、IP协议概述（1）IP及其相关协议

TCP/IP 协议栈的网络层位于网络接口层和传输层之间。网络层的主要功能是标识大规模网络中的每一个节点，并将数据包投递到正确的目的节点。

TCP/IP 的网络层主要定义了以下协议：

a. IP（Internet Protocol，互联网协议）

负责网络层寻址、路由选择、分段及包重组。

b. ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）

负责把网络层地址解析成物理地址。

c. RARP（Reverse Address Resolution Protocol，反向地址解析协议）

负责把物理地址解析成网络层地址。

d. ICMP（Internet Control Message Protocol，互联网控制消息协议）

定义了网络层控制和传递消息的功能，可以报告IP 数据包传递过程中发生的错误、失败等信息，提供网络诊断功能。

e. IGMP（Internet Group Management Protocol，互联网组管理协议）

负责管理IP 组播组。

（2）IP的主要作用

TCP/IP 网络层的核心协议是由RFC 791 定义的IP（Internet Protocol，互联网协议）。IP是尽力传输的网络协议，其提供的数据传送服务是不可靠的、无连接的。IP 协议不关心数据包载荷的内容，不能保证数据包能成功地到达目的地，也不维护任何关于前后数据包的状态信息。面向连接的可靠服务由上层的TCP 协议实现。IP 将来自传输层的数据段封装成IP 包并交给网络接口层进行发送，同时将来自网络接口层的帧解封装并根据IP 协议号（Protocol Number）提交给相应的传输层协议进行处理。TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）的IP 协议号为6，UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）的IP 协议号为17。

IP 协议的主要作用包括：

a. 标识节点和链路IP 为每个链路分配一个全局唯一的网络号（network-number）以标识每个网络；为节点分配一个全局唯一的32 位IP 地址，用以标识每一个节点。

b. 寻址和转发IP 路由器（router）根据所掌握的路由信息，确定节点所在网络的位置，进而确定节点所在的位置，并选择适当的路径将IP 包转发到目的节点。

d. 适应各种数据链路

为了工作于多样化的链路和介质上，IP 必须具备适应各种链路的能力，例如可以根据链路的MTU（Maximum Transfer Unit，最大传输单元）对IP 包进行分片和重组，可以建立IP 地址到数据链路层地址的映射以通过实际的数据链路传递信息。

说明：MTU

最大传输单元（Maximum Transmission Unit，MTU）用来通知对方所能接受数据服务单元的最大尺寸，说明发送方能够接受的有效载荷大小。

以太网接口默认MTU1500Byte。

二、IP头部格式

IP 头选项不经常使用，因此普通的IP 头部长度为20 字节。其中一些主要字段简介如下：

版本（Version）：标明了IP 协议的版本号，目前的协议版本号为4。下一代IP 协议的版本号为6。

头长度（Internet Header Length，IHL）：指IP 包头部长度，占4 位。

服务类型（Type of Service，ToS）：用于标志IP 包期望获得的服务等级，常用于QoS（Quality of Service，服务质量）中。

总长度（Total Length）：整个IP 包的长度，包括数据部分。

标识（Identification）：唯一地标识主机发送的每一个IP 包。通常每发送一个包其值就会加1。

生存时间（Time to Live，TTL）：设置了数据包可以经过的路由器数目。一旦经过一个路由器，TTL 值就会减1，当该字段值为0 时，数据包将被丢弃。

协议（Protocol）：标识数据包内传送的数据所属的上层协议，IP 用协议号区分上层协议。TCP 协议的协议号为6，UDP 协议的协议号为17。

头校验和（Head Checksum）：IP 头部的校验和，用于检查包头的完整性。

源地址（Source Address）和目的地址 （Destination Address）：分别标识数据包的源节点 和目的节点的 IP 地址。