文章目录
- IP 协议概述
- 异构网络互连
- IP 地址
- IPv4
- IPv6
IP 协议概述
网际协议(Internet Protocol,IP)是 TCP/IP 体系结构网际层中的核心协议,也是构成互联网的基础。
IP 协议是一种用于在网络>计算机网络中传输数据的协议,是 TCP/IP 协议组中的网络层协议之一。它主要负责将数据包从源地址传输到目的地址,它通过 IP 地址来识别网络中的计算机和设备,实现了计算机之间的通信。
网际协议IP、传输控制协议 TCP、TCP/IP 体系结构是由“因特网之父” Robert Kahn 和 Vint cerf 二人共同研发的,1974年5月发布了 TCP/IP 的第一个版本。
设计 IP 的目的是为了解决互联网问题,实现大规模、异构网络的互联互通,并分割顶层网络应用和底层网络技术之间的耦合关系,以利于两者的独立发展。
IP 协议是一种无连接、不可靠的协议,它将数据包分割成一系列的数据包,每个数据包被称为 IP 数据报。每个 IP 数据报中都包含了发送方和接收方的 IP 地址,以及其他的控制信息。
异构网络互连
异构网络互连是指将不同种类的网络连接在一起,使它们能够相互交流与合作。在现代社会中,各种类型的网络正在迅速发展,包括物联网、移动网络、云计算网络等,这些网络在功能、技术和协议方面存在差异,因此如何将它们有效地连接起来成为一个具有挑战性的问题。
这些网络的拓扑、性能以及所使用的网络协议都不尽相同,这是由用户需求的多样性造成的,没有一种单一的网络能够适应所有用户的需求。
要将众多的异构型网络都互连起来,并且能够互相通信,则会面临许多需要解决的问题:
- 不同的网络接入机制
- 不同的差错恢复方法
- 不同的路由选择技术
- 不同的寻址方案
- 不同的最大分组长度
- 不同的服务(面向连接服务和无连接服务)
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IP 地址
IP 地址是 IP 协议的核心概念,用于唯一标识连接在Internet 上的所有主机、路由器和其他网络设备。IP 地址分为 IPv4
和 IPv6
两种类型。
-
IPv4
地址是由 4个字节 组成,通常表示成点分十进制格式,如192.168.1.1
。总共有 2 32 2^{32} 232 种(大约 42 亿) -
IPv6
地址则使用更长的 128 位,16个字节 来表示地址,示例格式如下:2001:0DB8:85A3:0000:0000:8A2E:0370:7334
总共有 2 128 2^{128} 2128 个(大约 340 万亿亿亿亿)。IPv4 的地址目前已耗尽,而 IPv6 的地址是根本用不完的。
IPv4
IPv4
(Internet Protocol version 4)是互联网上最常用的 IP 协议版本。是给因特网(Intemnet)上的每一个主机(或路由器)的每一个接口分配的一个在全世界范围内唯一的32比特的标识符。它是互联网传输层协议栈中的网络层协议,用于为网络中的设备分配唯一的 IP 地址,并在网络上传输数据。
IPv4地址格式:
-
32位地址:IPv4地址是一个32位的二进制数,通常表示为四个十进制数字,每个数字代表8位(一个字节),中间用点号分隔。例如:192.168.1.1。
-
子网掩码:子网掩码用于区分IP地址中的网络部分和主机部分。常见的子网掩码有255.255.255.0(/24)、255.255.0.0(/16)和255.0.0.0(/8)。
IPv4
地址空间的有限性导致了 IP 地址短缺问题。IPv4 地址共有约 42 亿个,但是随着互联网的快速发展,这个数量已经远远不够。2011年2月3日,因特网号码分配管理局(Internet Assigned Numbers Authority,IANA)(由ICANN行使职能)宣布,IPv4地址已经分配完毕。
IPv6
由于 IPv4
是在20世纪70年代末期设计的,其 IPv4
地址的设计存在以下缺陷:
-
IPv4
的设计者最初并没有想到该协议会在全球范围内广泛使用因此将IPv4地址的长度规定为他们认为足够长的32比特, -
IPv4
地址早期的编址方法(分类的IPv4
地址和划分子网的IPv4
地址)也不够合理,造成IPv4
地址资源的浪费。
如果没有网络地址转换 NAT 技术的广泛应用,IPv4
早已停止发展。然而,NAT仅仅是为了延长 IPv4
使用寿命而采取的权宜之计,解决 IPv4
地址耗尽的根本措施就是采用具有更大地址空间(IP地址的长度为128比特)的新版本IP,即IPv6。
IPv6
(Internet Protocol version 6)是互联网协议的第六版,旨在解决 IPv4
地址耗尽问题,并提供更安全、更高效的网络通信。IPv6
的设计不仅增加了地址空间,还引入了许多新的特性和改进。
主要优势:
- 更大的地址空间:128位地址提供了几乎无限的地址空间,解决了IPv4地址耗尽的问题。
- 更简单的头部格式:固定40字节的头部,简化了处理过程,提高了转发效率。
- 内置的安全性:IPv6支持IPsec(Internet Protocol Security),提供了端到端的安全性。
- 自动配置:支持无状态地址自动配置(SLAAC),设备可以自动获取IPv6地址。
- 更好的移动性:支持移动IPv6(MIPv6),提高了移动设备的网络连接体验。
- 更高效的路由:更大的地址空间和更好的路由聚合能力,减少了路由表的大小,提高了路由效率。
但到目前为止,IPv6还只是草案标准阶段 [RFC2460,RFC4862,RFC4443]