Internet的核心协议IP的要点概述

1、internet的核心协议ip的要点概述作者：杨雪(海南大学2000级电子信息工程)由b箱：yangxue9535163. com摘要 介绍了 ip协议的地址分配，寻址方式，路由选择，路由分类及算法，提出了目 前使用的ipv4协议的局限性，以及下一代网际协议ipv6的优势。关键词tp协议tp地址分配 路由选择 路由分类 路由算法ipv6 |办议1引言随着“信息高速公路”的提岀和internet的迅猛发展，人们的交流方式，获取信息的 途径，工作，学习，生活，娱乐的方式都发生了重大的变革，各种新的信息交流，信息获取 的方式应运而生。如电子邮件，电子商务，vod视频点播，网上股票交易，网上购物，远程

2、 教育，远程医疗，各种公共信息查询等，都迫切要求我们有志于it事业的青年，全面的了 解internet的核心协议一1p协议。2网际协议ip众所周知，网络互连离不开协议。internet正是依靠tcp/ip协议实现网络互联的，可 以毫不夸张的说,没有tcp/ip协议，就没有如今高速发展的internet,因此tcp/ip是 internet的基础和核心。网际协议ip是tcp/ip体系中重要的协议之一，它主要为数据提 供打包和编址服务。ip协议能够识别本地或远程主机。如果通向h的网络的通道使用不同 人小的分纟fl, ip协议将分组分片，以便能够无错的传输。分纟时氐达目的主机示，ip协议再 将数据的

3、分组重新组合。1最后，1p协议将处理好的分组传递给上层的协议。2. 1 ip地址internet的ip协议使用特定的地址唯一标识网络上的连接设备。ip的地址遵循ip协 议的一种网络地址的描述方式internet上的每一个节点都依靠唯一的ip地址互相区分和 相互联系。他是目前internet ±使用的网络地址，是最为通用和流行的寻址方式。2. 1.1 ip地址表示方法所谓ip地址就是给每一个连接在internet ±的主机分配一个在全世界范围是唯一的 32bit地址，它包括了网络地址和主机地址。2每个网络拥冇一个唯一的网络td(net-id) 和主机id (host-id)

4、o我们可以先按ip地址的网络号net-id把网络找到，再按主机号 host-id把主机找到。所以ip地址并不只是一个简单的计算机号，他指出了连接到某个网 络上的某台计算机。2. 1.2 ip地址的分类tp地址是一种层次地址，通用个视为：m类的等级号，net网络号，host 主机号。按类别的等级号，ip地址分为五类：a,b,c, d,eo 3常用的a类，b类和c类地 址都由两个字段纟r成，即网络号字段和主机号字段，网络号和主机号随不同等级在32位中 所占的位数不同。表2-1描述了 a, b和c类地址的二进制表示形式，其中n表示网络字段的 比特数，h表示主机字段的比特数。a类地址使用第一个8位组表

5、示网络字段，于3个8位 组，即24比特用于表示主机号字段。b类地址使用而两个8位组表示网络号字段，其余2 个8位组表示主机号字段，各有16比特。c类地址使用前三个8位组，24比特比表示网络 号字段，最后1个8位组，即8比特用于表示主机号字段。如表2. 1所示，它给出了标准网 络号字段和主机号字段的长度。d类地址和e类地址并不支持通常意义的主机编址。d类地 址是多播地址，主要是留给internet体系结构委员会iab(internet architecture board) 使用。e类地址保留为试验用途。表2.2给出了 tp地址的使用范围和容量。表2.1标准网络号字段和主机号字段的长度地质 类别

6、第一个8 位组第二个8 位组第三个8 位组第四个8 位组annnnnnnnhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhbnnnnnnnnnnnnnnnnhhhhhhhhhhhhhhhhcnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnhhhhhhhh表2.2ip地址使用范闌和容量地址类别第一个8位组最大网络数每个网络中的最大主 机地址数a1-12612616777214b128-1911638465534c1922232097152254d224-239e240-2542. 1. 3特殊地址除了一般的标识一台主机的ip地z外，还冇儿种特殊形式的ip地址。1. 广播地址tcp/tp协议规定，

7、主机号全为“1”的网络地址用于广播，即同时向网络上所有主机同 时发送报文(必须知道本网的网络号)，叫做广播地址，也成直接广播地址(directed broadcast!ng address)。2. 有线广播地址tcp/ip规定，32比特全为“1”的网间网地址用于本网内部广播(可不知本网的网络号), 该地址叫做有线广播地址(limited broadcasting address)03. “0”地址tcp/ip协议规定，各位全为“0”的网络号被解释为“本”网络。4. 回送地址a类网络地址127是一个保留地址，用于网络软件以及本地机间通信，叫做回送地址 (loopback address).不管是

8、什么程序,一旦使用回送地址发送数据,协议软件立即返回, 不进行任何网络传输。主机号全为“0”和全为“1”的地址，不能用作一台计算主机的有效地址。2. 1.4子网掩码子网掩码1p地址的屏蔽码，它使用一连串的二进制1來识别或屏蔽出ip地之屮的 网络地址，使用子网掩码的目的是识别网络的长度和数值。ip协议使用本地的子网掩码和 木地主机tp地址來识别本地网络。tcp/ip体系结构用一个32位的了网掩码来表示了网号字段的长度。具体做法是：了网 掩码由一连串的“1”和一连串的“0”组成。“1”对应于网络号和子网号字段，而“0”对 应与主机号字段。例如：子网掩码为0xffffffe0,她的二进制表示形式为1

9、1111111 111111111111111111100000可见子网号有11位，而主机号有5位。子网掩码的意义如图2t示。根据tp地址町以判断它是a,b或c类地址中的哪一类，而根据了网掩码可以划分子网号和主机号的界限。不过，多划分出一个子网号字段浪费了大量的ip地址。b类地址增加了了网子网掩码3路由的选择0 1net-idhost-id10net-idsubnet-host-iidd11111111111111111111111111 001 000图2-1 了网掩码的意义掩码路山就是基于网络层的选择传送数据包路径的过程。路山器则是执行路山功能的设备。它的主要工作是为经过路由器的每个数据帧

10、寻找-条最佳的传输路径，并将数据有效的传送 到目的站点。可见，路由器的关键所在就是选择最佳路径的策略，即路由算法。为了完成这 项工作，路rfl器屮保存了各种传输路径的相关数据路由表（routing table），供路由选 择时使用。3. 1路由器的功能路由器是所有大型tcp/ip网络的重要组件，没有路由器，因特网就无法运行。众所周 知，ip地址用网络号来描述木地bl标主机或远程1=1标主机，而路由器是通过网络号来识别 冃的网络。下面来进一步说明路由器的功能：a）路由器用来连接不同的网络，接受来口它连接的某个网络的数据；b）路由器是专门用来转发分组的，将数据向上传递到协议栈的internet层,

11、 即路由器舍弃网络访问层的首标信息，并且（必要时）重新组合1p数据包；c）路由器检杳ip首标屮的日的地址；d）传送数据到另一个网络，路由器自动查询路由表，确保数据转发到冃的地 址；e）路山器确定哪个适配器负责接收数据后，它就通过相应网络访问层软件传 递数据，以便通过网络来传送数据。3.2路由选择分类路由选择的两个主要类形式根据他们从何处获得路由表信息而得名的：静态路由选择耍求网络管理员人工输入路由信息。动态路山选择根据使用路山选择协议获得的路山信息动态的建立路山表。3.2.1静态路由当网络的拓扑结构或链路的状态发生变化时，网络管理员需要手工去修改路由表中相关 的静态路rh信息。静态路由信息在缺

12、省的悄况下是私冇的，不会传递个其他路由器。静态路 由一般适用于比佼简单的网络环境，在这样的坏境中，网络管理员易于了解本地网络的拓扑 结构，便于设计正确的路由信息，而且网络安全保密性高。3.2.2动态路由动态路山是址路山器能够自动的建立自己的路山表，并口能够根据实际情况的变化适时 的进行调整。动态路市机制的运作依赖路由器的两个基木功能：对路由表的保护；路由器z 间适时的路由信息交换。交换路由信息的最终h的在于通过路由表找到一条数据交换的“最佳”路径。3.3 ip选路算法3. 3.1传统分类ip路由算法尽管绝大多数路由器和许多主机都口j以在无分类tp网络中实现路rti,但是仍冇一些路 由器和主机依

13、赖冃的的网络分类进行路由。分类路由算法如下：datagram routing table从数据报屮提取目的地址d,并计算网络前缀n （即目的站的网络号）if n与任何直接和接的地址匹配then通过该网络把数据报交付澳fl的地d （其中涉及到把d转换成一个物理地址，转装数据报并发送该帧）else if表中包含特定于具体主机的一个到d的路由then把数据报发送到表中指定的下一跳else if表中包含到网络n的一个路山then把数据报发送到表中指定的下一跳else if网络包含一个默认路由then把数据报发送到表中指定的默认路山器else宣布选路出错3. 3.2无分类路由无分类路由的1p路由算法不断

14、更新以适应对任意人小1p网络地址空间寻径的支持。 路由表的每一项必须包括fi的地址与下一跳地址，以及附加的掩码以限定该项所描述的地址 空间。路由表屮引入掩码，实现算法中路由表杳询的部分要比原分类路由算法复杂，但整体 的算法反而简化了。无分类ip路由算法如下：对于任何给定的冃的地ip地址搜索路由表，寻找与改地址匹配的前缀最长的目的地址析取该项的下一跳地址发送分组包至下一跳if寻找匹配项失败报告目的地地址不可达end if4下一代网络ip协议当前，给予internet的各种应用正如火如荼的迅猛发展着，而与此热闹场面截然不同 的是internet当前使用的tp协议版本ipv4正因为自身的缺陷而举步维

15、艰。因此，ipv6应 运而主了。4. 1 ipv4的缺陷现在互联网上普遍采用ipv4的标准，它是忖前internet中正在运行的非常成功的协议, 有着广泛的应用基础，但它自身也有很多不足。ipv4使用的是32位的寻址方式，理论上ipv4可以支持40亿个地址。然而，由于先前 的低效地址分配，由将近一半的地址已被z皮，剩余地址也仅有一小部分可利用。由预测表 明,以目前internet发展速度计算,所有ip地址将在20052010年间完全耗尽完毕。 因此，ipv4协议所能够提供的域名最终将全部耗尽，从而阻碍了整个互联网的向前发展。ipv4不仅存在存储空间的局限信，还存在性能上的问题。ipv4制定z初

16、，主要目的在 于为在一种网络间进行数据的可靠和高效传输探索最佳机制，从而实现不同计算机的耳操 作。在很大程度上，ipv4实现了此h标，但这并不意味着ipv4可以继续保持这种实力，它 在设计方面需要进一步完善。再次是安全性，人们认为安全性议题在网络协议栈的低层并不 重要，应用安全性的责任仍交给应用层。在许多情况下ipv4设计只具备最少的安全性选项, 但安全性已经成为ip的下版本可以发挥作用的地方。最后是口己配置对于ipv4的节点 的配置非常复杂，而用户跟喜欢即插即川。tp主机移动性的增强和使川不同网络接入点时 能提供更好的配置支持。4. 2 ipv6 协议4. 2. 1较ipv4的变更之处ipv

17、6对ipv4做了多处改进，这些改进使该协议更为灵活，可靠，而且提供了儿乎无限 的地址空间。一下列出山ipv4到ipv6的改进：1）扩大了选路和编址容s： ipv6把ip地址所占比特数由32比特增加到128比特。 该方案能够支持的编制层次更多，而且可编址的节点数也人为增加。2）增加了多播地址：ipv6创建了一种新的地址类型一一任意播地址（anycast address），以表示一系列节点，发任意播的数据包可以递交给这组节点中的任意一个。3）简化了首部格式：ipv4首部屮的某些了段被丢弃不用或改为可选，减少了处理数 据包的开销，是带宽额外开销尽可能低。4）改良了对选项的支持：新的ip首部队选项的编

18、码方式进行了改良，提高了转发效 率，对选项长度的限制更少，也增加新选项的灵活性。5）增加了对服务质量的支持能力：ipv6可以对属于某种特定通信流的数据报加标号, 表明发送方要求对这些数据加以的特殊处理。6）增加了鉴别和保密能力：ipv6还包括扩展定义，能支持鉴别数据完整性以及机密性 等功能。5结束语了更好的适应internet的不断发展，tp协议应不断的更新其设计上的技术。ipv6是卞 一代的ip协议ipv4向ipv6的转变不可能一夜z间完成，它们z间的过渡需要很长的时 间，是一个逐步完善的过程。the important point descriptions of the internet coreprotocolipauthor:yangxue（electronics information engineering of ha