導(dǎo)語：Internet的主要協(xié)議IP的重點(diǎn)敘述一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：介紹了IP協(xié)議的地址分配，尋址方式，路由選擇，路由分類及算法，提出了目前使用的IPV4協(xié)議的局限性，以及下一代網(wǎng)際協(xié)議IPV6的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：IP協(xié)議IP地址分配路由選擇路由分類路由算法IPV6協(xié)議

1引言

隨著“信息高速公路”的提出和internet的迅猛發(fā)展，人們的交流方式，獲取信息的途徑，工作，學(xué)習(xí)，生活，娛樂的方式都發(fā)生了重大的變革，各種新的信息交流，信息獲取的方式應(yīng)運(yùn)而生。如電子郵件，電子商務(wù)，VOD視頻點(diǎn)播，網(wǎng)上股票交易，網(wǎng)上購物，遠(yuǎn)程教育，遠(yuǎn)程醫(yī)療，各種公共信息查詢等，都迫切要求我們有志于IT事業(yè)的青年，全面的了解Internet的核心協(xié)議—IP協(xié)議。

2網(wǎng)際協(xié)議IP

眾所周知，網(wǎng)絡(luò)互連離不開協(xié)議。Internet正是依靠TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的，可以毫不夸張的說，沒有TCP/IP協(xié)議，就沒有如今高速發(fā)展的Internet，因此TCP/IP是Internet的基礎(chǔ)和核心。網(wǎng)際協(xié)議IP是TCP/IP體系中重要的協(xié)議之一，它主要為數(shù)據(jù)提供打包和編址服務(wù)。IP協(xié)議能夠識別本地或遠(yuǎn)程主機(jī)。如果通向目的網(wǎng)絡(luò)的通道使用不同大小的分組，ip協(xié)議將分組分片，以便能夠無錯(cuò)的傳輸。分組抵達(dá)目的主機(jī)后，IP協(xié)議再將數(shù)據(jù)的分組重新組合。[1]最后，IP協(xié)議將處理好的分組傳遞給上層的協(xié)議。

2.1IP地址

Internet的IP協(xié)議使用特定的地址唯一標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)上的連接設(shè)備。IP的地址遵循IP協(xié)議的一種網(wǎng)絡(luò)地址的描述方式，Internet上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都依靠唯一的IP地址互相區(qū)分和相互聯(lián)系。他是目前Internet上使用的網(wǎng)絡(luò)地址，是最為通用和流行的尋址方式。

2.1.1IP地址表示方法

所謂IP地址就是給每一個(gè)連接在Internet上的主機(jī)分配一個(gè)在全世界范圍是唯一的32bit地址，它包括了網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址。[2]每個(gè)網(wǎng)絡(luò)擁有一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)ID(net-id)和主機(jī)ID(host-id)。我們可以先按IP地址的網(wǎng)絡(luò)號net-id把網(wǎng)絡(luò)找到，再按主機(jī)號host-id把主機(jī)找到。所以IP地址并不只是一個(gè)簡單的計(jì)算機(jī)號，他指出了連接到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的某臺(tái)計(jì)算機(jī)。

2.1.2IP地址的分類

IP地址是一種層次地址，通用個(gè)視為：M——類的等級號，NET——網(wǎng)絡(luò)號，HOST——主機(jī)號。按類別的等級號，IP地址分為五類：A,B,C,D,E。[3]常用的A類，B類和C類地址都由兩個(gè)字段組成，即網(wǎng)絡(luò)號字段和主機(jī)號字段，網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號隨不同等級在32位中所占的位數(shù)不同。表2-1描述了A,B和C類地址的二進(jìn)制表示形式，其中N表示網(wǎng)絡(luò)字段的比特?cái)?shù)，H表示主機(jī)字段的比特?cái)?shù)。A類地址使用第一個(gè)8位組表示網(wǎng)絡(luò)字段，于3個(gè)8位組，即24比特用于表示主機(jī)號字段。B類地址使用前兩個(gè)8位組表示網(wǎng)絡(luò)號字段，其余2個(gè)8位組表示主機(jī)號字段，各有16比特。C類地址使用前三個(gè)8位組，24比特比表示網(wǎng)絡(luò)號字段，最后1個(gè)8位組，即8比特用于表示主機(jī)號字段。如表2.1所示，它給出了標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)號字段和主機(jī)號字段的長度。D類地址和E類地址并不支持通常意義的主機(jī)編址。D類地址是多播地址，主要是留給Internet體系結(jié)構(gòu)委員會(huì)IAB(InternetArchitectureBoard)使用。E類地址保留為試驗(yàn)用途。表2.2給出了IP地址的使用范圍和容量。

表2.1標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)號字段和主機(jī)號字段的長度

地質(zhì)類別第一個(gè)8位組第二個(gè)8位組第三個(gè)8位組第四個(gè)8位組

ANNNNNNNNHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH

BNNNNNNNNNNNNNNNNHHHHHHHHHHHHHHHH

CNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNHHHHHHHH

表2.2IP地址使用范圍和容量

地址類別第一個(gè)8位組最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的最大主機(jī)地址數(shù)

A1——12612616777214

B128——1911638465534

C192——2232097152254

D224——239————

E240——254————

2.1.3特殊地址

除了一般的標(biāo)識一臺(tái)主機(jī)的IP地之外，還有幾種特殊形式的IP地址。

1.廣播地址

TCP/IP協(xié)議規(guī)定，主機(jī)號全為“1”的網(wǎng)絡(luò)地址用于廣播，即同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上所有主機(jī)同時(shí)發(fā)送報(bào)文(必須知道本網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號)，叫做廣播地址，也成直接廣播地址（directedbroadcastingaddress）。

2.有線廣播地址

TCP/IP規(guī)定，32比特全為“1”的網(wǎng)間網(wǎng)地址用于本網(wǎng)內(nèi)部廣播（可不知本網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號），該地址叫做有線廣播地址（limitedbroadcastingaddress）。

3.“0”地址

TCP/IP協(xié)議規(guī)定，各位全為“0”的網(wǎng)絡(luò)號被解釋為“本”網(wǎng)絡(luò)。

4.回送地址

A類網(wǎng)絡(luò)地址127是一個(gè)保留地址，用于網(wǎng)絡(luò)軟件以及本地機(jī)間通信，叫做回送地址（loopbackaddress）.不管是什么程序，一旦使用回送地址發(fā)送數(shù)據(jù)，協(xié)議軟件立即返回，不進(jìn)行任何網(wǎng)絡(luò)傳輸。

主機(jī)號全為“0”和全為“1”的地址，不能用作一臺(tái)計(jì)算主機(jī)的有效地址。

2.1.4子網(wǎng)掩碼

子網(wǎng)掩碼——IP地址的屏蔽碼，它使用一連串的二進(jìn)制1來識別或屏蔽出IP地之中的網(wǎng)絡(luò)地址，使用子網(wǎng)掩碼的目的是識別網(wǎng)絡(luò)的長度和數(shù)值。IP協(xié)議使用本地的子網(wǎng)掩碼和本地主機(jī)IP地址來識別本地網(wǎng)絡(luò)。

TCP/IP體系結(jié)構(gòu)用一個(gè)32位的子網(wǎng)掩碼來表示子網(wǎng)號字段的長度。具體做法是：子網(wǎng)掩碼由一連串的“1”和一連串的“0”組成?！?”對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號字段，而“0”對應(yīng)與主機(jī)號字段。例如：子網(wǎng)掩碼為0XFFFFFFE0,她的二進(jìn)制表示形式為11111111111111111111111111100000可見子網(wǎng)號有11位，而主機(jī)號有5位。子網(wǎng)掩碼的意義如圖2-1示。根據(jù)IP地址可以判斷它是A,B或C類地址中的哪一類，而根據(jù)子網(wǎng)掩碼可以劃分子網(wǎng)號和主機(jī)號的界限。不過，多劃分出一個(gè)子網(wǎng)號字段浪費(fèi)了大量的IP地址。

10net-idhost-id

B類地址

10net-idsubnet-idhost-id

增加了子網(wǎng)掩碼

11111111111111111111111111100000

子網(wǎng)掩碼

圖2-1子網(wǎng)掩碼的意義

3路由的選擇

路由就是基于網(wǎng)絡(luò)層的選擇傳送數(shù)據(jù)包路徑的過程。路由器則是執(zhí)行路由功能的設(shè)備。它的主要工作是為經(jīng)過路由器的每個(gè)數(shù)據(jù)幀尋找一條最佳的傳輸路徑，并將數(shù)據(jù)有效的傳送到目的站點(diǎn)?？梢?，路由器的關(guān)鍵所在就是選擇最佳路徑的策略，即路由算法。為了完成這項(xiàng)工作，路由器中保存了各種傳輸路徑的相關(guān)數(shù)據(jù)——路由表（RoutingTable）,供路由選擇時(shí)使用。

3.1路由器的功能

路由器是所有大型TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的重要組件，沒有路由器，因特網(wǎng)就無法運(yùn)行。眾所周知，IP地址用網(wǎng)絡(luò)號來描述本地目標(biāo)主機(jī)或遠(yuǎn)程目標(biāo)主機(jī)，而路由器是通過網(wǎng)絡(luò)號來識別目的網(wǎng)絡(luò)。下面來進(jìn)一步說明路由器的功能：

a)路由器用來連接不同的網(wǎng)絡(luò)，接受來自它連接的某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)；

b)路由器是專門用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的，將數(shù)據(jù)向上傳遞到協(xié)議棧的Internet層，即路由器舍棄網(wǎng)絡(luò)訪問層的首標(biāo)信息，并且（必要時(shí)）重新組合IP數(shù)據(jù)包；

c)路由器檢查IP首標(biāo)中的目的地址；

d)傳送數(shù)據(jù)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，路由器自動(dòng)查詢路由表，確保數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到目的地址；

e)路由器確定哪個(gè)適配器負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)后，它就通過相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)訪問層軟件傳遞數(shù)據(jù)，以便通過網(wǎng)絡(luò)來傳送數(shù)據(jù)。

3.2路由選擇分類

路由選擇的兩個(gè)主要類形式根據(jù)他們從何處獲得路由表信息而得名的：

靜態(tài)路由選擇——要求網(wǎng)絡(luò)管理員人工輸入路由信息。

動(dòng)態(tài)路由選擇——根據(jù)使用路由選擇協(xié)議獲得的路由信息動(dòng)態(tài)的建立路由表。

3.2.1靜態(tài)路由

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或鏈路的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，網(wǎng)絡(luò)管理員需要手工去修改路由表中相關(guān)的靜態(tài)路由信息。靜態(tài)路由信息在缺省的情況下是私有的，不會(huì)傳遞個(gè)其他路由器。靜態(tài)路由一般適用于比較簡單的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在這樣的環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)管理員易于了解本地網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，便于設(shè)計(jì)正確的路由信息，而且網(wǎng)絡(luò)安全保密性高。

3.2.2動(dòng)態(tài)路由

動(dòng)態(tài)路由是址路由器能夠自動(dòng)的建立自己的路由表，并且能夠根據(jù)實(shí)際情況的變化適時(shí)的進(jìn)行調(diào)整。動(dòng)態(tài)路由機(jī)制的運(yùn)作依賴路由器的兩個(gè)基本功能：對路由表的保護(hù)；路由器之間適時(shí)的路由信息交換。[3]交換路由信息的最終目的在于通過路由表找到一條數(shù)據(jù)交換的“最佳”路徑。

3.3IP選路算法

3.3.1傳統(tǒng)分類IP路由算法

盡管絕大多數(shù)路由器和許多主機(jī)都可以在無分類IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)路由，但是仍有一些路由器和主機(jī)依賴目的的網(wǎng)絡(luò)分類進(jìn)行路由。分類路由算法如下：

DatagramRoutingTable

從數(shù)據(jù)報(bào)中提取目的地址D，并計(jì)算網(wǎng)絡(luò)前綴N（即目的站的網(wǎng)絡(luò)號）

ifN與任何直接相接的地址匹配

then通過該網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)報(bào)交付澳目的地D（其中涉及到把D轉(zhuǎn)換成一個(gè)

物理地址，轉(zhuǎn)裝數(shù)據(jù)報(bào)并發(fā)送該幀）

elseif表中包含特定于具體主機(jī)的一個(gè)到D的路由

then把數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到表中指定的下一跳

elseif表中包含到網(wǎng)絡(luò)N的一個(gè)路由

then把數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到表中指定的下一跳

elseif網(wǎng)絡(luò)包含一個(gè)默認(rèn)路由

then把數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送到表中指定的默認(rèn)路由器

else宣布選路出錯(cuò)

3.3.2無分類路由

無分類路由的IP路由算法不斷更新以適應(yīng)對任意大小IP網(wǎng)絡(luò)地址空間尋徑的支持。[5]路由表的每一項(xiàng)必須包括目的地址與下一跳地址，以及附加的掩碼以限定該項(xiàng)所描述的地址空間。路由表中引入掩碼，實(shí)現(xiàn)算法中路由表查詢的部分要比原分類路由算法復(fù)雜，但整體的算法反而簡化了。無分類IP路由算法如下：

對于任何給定的目的地IP地址

搜索路由表，尋找與改地址匹配的前綴最長的目的地址

析取該項(xiàng)的下一跳地址

發(fā)送分組包至下一跳

if尋找匹配項(xiàng)失敗

報(bào)告目的地地址不可達(dá)

Endif

4下一代網(wǎng)絡(luò)IP協(xié)議

當(dāng)前，給予Internet的各種應(yīng)用正如火如荼的迅猛發(fā)展著，而與此熱鬧場面截然不同的是Internet當(dāng)前使用的IP協(xié)議版本IPV4正因?yàn)樽陨淼娜毕荻e步維艱。因此，IPV6應(yīng)運(yùn)而生了。

4.1IPV4的缺陷

現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上普遍采用IPV4的標(biāo)準(zhǔn)，它是目前Internet中正在運(yùn)行的非常成功的協(xié)議，有著廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)，但它自身也有很多不足。

IPV4使用的是32位的尋址方式，理論上IPV4可以支持40億個(gè)地址。然而，由于先前的低效地址分配，由將近一半的地址已被之皮，剩余地址也僅有一小部分可利用。由預(yù)測表明，以目前Internet發(fā)展速度計(jì)算，所有IP地址將在2005——2010年間完全耗盡完畢。因此，IPV4協(xié)議所能夠提供的域名最終將全部耗盡，從而阻礙了整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的向前發(fā)展。

IPV4不僅存在存儲(chǔ)空間的局限信，還存在性能上的問題。IPV4制定之初，主要目的在于為在一種網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行數(shù)據(jù)的可靠和高效傳輸探索最佳機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)的互操作。在很大程度上，IPV4實(shí)現(xiàn)了此目標(biāo)，但這并不意味著IPV4可以繼續(xù)保持這種實(shí)力，它在設(shè)計(jì)方面需要進(jìn)一步完善。再次是安全性，人們認(rèn)為安全性議題在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的低層并不重要，應(yīng)用安全性的責(zé)任仍交給應(yīng)用層。在許多情況下IPV4設(shè)計(jì)只具備最少的安全性選項(xiàng)，但安全性已經(jīng)成為IP的下一版本可以發(fā)揮作用的地方。最后是自己配置對于IPV4的節(jié)點(diǎn)的配置非常復(fù)雜，而用戶跟喜歡即插即用。IP主機(jī)移動(dòng)性的增強(qiáng)和使用不同網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)時(shí)能提供更好的配置支持。

4.2IPV6協(xié)議

4.2.1較IPV4的變更之處

IPV6對IPV4做了多處改進(jìn)，這些改進(jìn)使該協(xié)議更為靈活，可靠，而且提供了幾乎無限的地址空間。一下列出由IPV4到IPV6的改進(jìn)：

1)擴(kuò)大了選路和編址容量：IPV6把IP地址所占比特?cái)?shù)由32比特增加到128比特。該方案能夠支持的編制層次更多，而且可編址的節(jié)點(diǎn)數(shù)也大為增加。

2)增加了多播地址：IPV6創(chuàng)建了一種新的地址類型——任意播地址（anycastaddress）,以表示一系列節(jié)點(diǎn)，發(fā)任意播的數(shù)據(jù)包可以遞交給這組節(jié)點(diǎn)中的任意一個(gè)。

3)簡化了首部格式：IPV4首部中的某些子段被丟棄不用或改為可選，減少了處理數(shù)據(jù)包的開銷，是帶寬額外開銷盡可能低。

4)改良了對選項(xiàng)的支持：新的IP首部隊(duì)選項(xiàng)的編碼方式進(jìn)行了改良，提高了轉(zhuǎn)發(fā)效率，對選項(xiàng)長度的限制更少，也增加新選項(xiàng)的靈活性。

5)增加了對服務(wù)質(zhì)量的支持能力：IPV6可以對屬于某種特定通信流的數(shù)據(jù)報(bào)加標(biāo)號，表明發(fā)送方要求對這些數(shù)據(jù)加以的特殊處理。

6)增加了鑒別和保密能力:IPV6還包括擴(kuò)展定義，能支持鑒別數(shù)據(jù)完整性以及機(jī)密性等功能。

5結(jié)束語

了更好的適應(yīng)Internet的不斷發(fā)展，IP協(xié)議應(yīng)不斷的更新其設(shè)計(jì)上的技術(shù)。IPV6是下一代的IP協(xié)議，IPV4向IPV6的轉(zhuǎn)變不可能一夜之間完成，它們之間的過渡需要很長的時(shí)間，是一個(gè)逐步完善的過程。

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