计算机网络：网络层 —

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。

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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 $2^{32}$ 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 $2^{128}$ 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。

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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。