漫谈 IP 协议

Posted 2021-01-12 brt3

 IP数据报格式

 

IP地址分类

IPV4简单粗暴地把IP地址分为五类。分类方法如下图：

 

之所以要划分IP地址，目的是为区分不同的组织机构——A类保留给政府机构，B类分配给中等规模的公司，C类分配给任何需要的人，D类用于组播，E类用于实验，各类可容纳的地址数目不同。对于使用者本身，使用的是A/B/C哪一类，倒没有区别。

A、B、C三类IP地址的特征：当将IP地址写成二进制形式时，A类地址的第一位总是0，B类地址的前两位总是10，C类地址的前三位总是110。

 

特殊用途的IP

将这些特殊的IP地址分为三类，特殊源地址、环回地址以及广播地址。如下表所示：

	网络号	子网号	主机号	描述
特殊源	全0	无	全0	网络上所有主机
			HostID	网络上特定的主机
环回	127	无	任何值	环回
广播	全1	无	全1	受限的广播地址（永远不被转发）
	NetID	无		以网络的目的向NetID广播
		SubNetID		以子网为目的向SubNetID广播
		全1		以所有子网为目的向所有子网广播

 

私有IP地址

与私有IP地址对应的是公有地址（Public address），由Inter NIC（Internet Network Information Center 因特网信息中心）负责。这些IP地址分配给注册并向Inter NIC提出申请的组织机构。通过它直接访问因特网。

私有IP的出现是为了解决公有IP地址不够用的情况。从A、B、C三类IP地址中拿出一部分作为私有IP地址，这些IP地址不能被路由到Internet骨干网上，Internet路由器也将丢弃该私有地址。如果私有IP地址想要连至Internet，需要将私有地址转换为公有地址。这个转换过程称为网络地址转换（Network Address Translation，NAT），通常使用路由器来执行NAT转换。

私有IP地址的范围如下：

• A: 10.0.0.0~10.255.255.255   即10.0.0.0/8
• B: 172.16.0.0~172.31.255.255   即172.16.0.0/12
• C: 192.168.0.0~192.168.255.255   即192.168.0.0/16

 

子网划分

IP地址如果只使用ABCDE类来划分，会造成大量的浪费：一个有500台主机的网络，无法使用C类地址。但如果使用一个B类地址，6万多个主机地址只有500个被使用，造成IP地址的大量浪费。因此，IP地址还支持VLSM技术，可以在ABC类网络的基础上，进一步划分子网。

掩码

为了标识IP地址的网络部分和主机部分，要和地址掩码（Address Mask）结合，掩码跟IP地址一样也是32 bits，用点分十进制表示。IP地址网络部分对应的掩码部分全为“1”，主机部分对应的掩码全为“0”。

缺省状态下，如果没有进行子网划分，A类网络的子网掩码为255.0.0.0，B类网络的子网掩码为255.255.0.0，C类网络的子网掩码为255.255.255.0。利用子网，网络地址的使用会更加高效。

于是，IP地址的标识方法如下：

例：192.168.1.1 255.255.255.0 可以标识为：192.168.1.1/24（24表示掩码二进制形式中“1”的个数）

 

IP路由过程

如果发送方和接收方在直接点对点连接或者在一个共享网络上，那么IP数据报则可以直接送达。但多数情况下，两台主机互联，需要通过多台路由器，需要路由转发送达消息。这个路由的过程是怎样的呢？这里有个重要的角色——路由表。路由表是一张存储在内存中的记录路由信息的表，定义着到达特定网络终端的路径，在某些情况下，还有一些与这些路径相关的度量。路由表中保存的信息，则用来指导消息从发送方到达接受方的网络路由路径。

 

有了路由表，网络路径的确认过程则如下所示： 

接收到数据报的路由器按照它自己的理由表进行继续转发，直到到达目的地址。而除了在路由寻址过程中失败会导致丢弃数据报之外，IP数据报的TTL(生命周期)被减为0，则该IP数据报也会被丢弃。