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    ip协议属于哪一层

    青灯夜游青灯夜游2022-11-23 11:11:49原创142

    ip协议属于网络层。IP指网际互连协议,Internet Protocol的缩写,是TCP/IP体系中的网络层协议(相当于OSI模型的网络层),它可以向传输层提供各种协议的信息,例如TCP、UDP等;对下可将IP信息包放到链路层,通过以太网、令牌环网络等各种技术来传送。

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    IP指网际互连协议,Internet Protocol的缩写,是TCP/IP体系中的网络层协议。设计IP的目的是提高网络的可扩展性:一是解决互联网问题,实现大规模、异构网络的互联互通;二是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。根据端到端的设计原则,IP只为主机提供一种无连接、不可靠的、尽力而为的数据包传输服务。

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    IP是整个TCP/IP协议族的核心,也是构成互联网的基础。IP位于TCP/IP模型的网络层(相当于OSI模型的网络层),它可以向传输层提供各种协议的信息,例如TCP、UDP等;对下可将IP信息包放到链路层,通过以太网、令牌环网络等各种技术来传送。

    为了能适应异构网络,IP强调适应性、简洁性和可操作性,并在可靠性做了一定的牺牲。IP不保证分组的交付时限和可靠性,所传送分组有可能出现丢失、重复、延迟或乱序等问题。

    ip协议的主要内容

    IP主要包含三方面内容:IP编址方案、分组封装格式及分组转发规则。

    IP分组的转发规则

    路由器仅根据网络地址进行转发。当IP数据包经由路由器转发时,如果目标网络与本地路由器直接相连,则直接将数据包交付给目标主机,这称为直接交付;否则,路由器通过路由表查找路由信息,并将数据包转交给指明的下一跳路由器,这称为间接交付。路由器在间接交付中,若路由表中有到达目标网络的路由,则把数据包传送给路由表指明的下一跳路由器;如果没有路由,但路由表中有一个默认路由,则把数据包传送给指明的默认路由器;如果两者都没有,则丢弃数据包并报告错误。

    IP分片

    一个IP包从源主机传输到目标主机可能需要经过多个不同的物理网络。由于各种网络的数据帧都有一个最大传输单元(MTU)的限制,如以太网帧的MTU是1500;因此,当路由器在转发IP包时,如果数据包的大小超过了出口链路的最大传输单元时,则会将该IP分组分解成很多足够小的片段,以便能够在目标链路上进行传输。这些IP分片重新封装一个IP包独立传输,并在到达目标主机时才会被重组起来。

    IP分组结构

    一个IP分组由首部和数据两部分组成。首部的前20字节是所有IP分组必须具有的,也称固定首部。在首部固定部分的后面是一些可选字段,其长度是可变的。

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    IP分组结构

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    IP数据报文首部示意图

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    IP数据报首部各字段的含义

    ip协议版本

    IPv4协议

    网际协议第4版(Internet Protocol version4,IPv4)是TCP/IP协议使用的数据报传输机制。数据报是一个可变长分组,有两部分组成:头部和数据。头部长度可由20~60个字节组成,该部分包含有与路由选择和传输有关的重要信息。头部各字段意义按顺序如下: [3]

    (1)版本(4位):该字段定义IP协议版本,负责向处理机所运行的IP软件指明此IP数据报是哪个版本,所有字段都要按照此版本的协议来解释。如果计算机使用其他版本,则丢弃数据报。

    (2)头部长度(4位):该字段定义数据报协议头长度,表示协议头部具有32位字长的数量。协议头最小值为5,最大值为15。

    (3)服务(8位):该字段定义上层协议对处理当前数据报所期望的服务质量,并对数据报按照重要性级别进行分配。前3位成为优先位,后面4位成为服务类型,最后1位没有定义。这些8位字段用于分配优先级、延迟、吞吐量以及可靠性。

    (4)总长度(16位):该字段定义整个IP数据报的字节长度,包括协议头部和数据。其最大值为65535字节。以太网协议对能够封装在一个帧中的数据有最小值和最大值的限制(46~1500个字节)。

    (5)标识(16位):该字段包含一个整数,用于识别当前数据报。当数据报分段时,标识字段的值被复制到所有的分段之中。该字段由发送端分配帮助接收端集中数据报分段。

    (6)标记(3位):该字段由3位字段构成,其中最低位(MF)控制分段,存在下一个分段置为1,否则置0代表该分段是最后一个分段。中间位(DF)指出数据报是否可进行分段,如果为1则机器不能将该数据报进行分段。第三位即最高位保留不使用,值为0。

    (7)分段偏移(13位):该字段指出分段数据在源数据报中的相对位置,支持目标IP适当重建源数据。

    (8)生存时间(8位):该字段是一种计数器,在丢弃数据报的每个点值依次减1直至减少为0。这样确保数据报拥有有限的环路过程(即TTL),限制了数据报的寿命。

    (9)协议(8位):该字段指出在IP处理过程完成之后,有哪种上层协议接收导入数据报。这个字段的值对接收方的网络层了解数据属于哪个协议很有帮助。

    (10)头部校验和(16位):该字段帮助确保IP协议头的完整性。由于某些协议头字段的改变,这就需要对每个点重新计算和检验。计算过程是先将校验和字段置为0,然后将整个头部每16位划分为一部分,将个部分相加,再将计算结果取反码,插入到校验和字段中。

    (11)源地址(32位):源主机IP地址,该字段在IPv4数据报从源主机到目的主机传输期间必须保持不变。

    (12)目的地址(32位):目标主机IP地址,该字段在IPv4数据报从源主机到目的主机传输期间同样必须保持不变。

    IPv6协议

    自从1970年代IPv4问世以来,数据通信技术日新月异有了很大发展。虽然IPv4设计得很好,但其缺点也逐渐显露出来:①虽说借助子网化、无类寻址和NAT技术可以提高IP地址使用效率,因特网中IP地址的耗尽仍然是一个没有彻底解决的问题;②IPv4没有提供对实时音频和视频传输这种要求传输最小时延的策略和预留资源支持;③IPv4不能对某些有数据加密和鉴别要求的应用提供支持。为了克服这些缺点,IPv6(Internet working Protocol version6)被提了出来。在IPv6中,IP地址格式和分组长度以及分组的格式都改变了。IPv6每个分组由必须的基本头部和其后的有效载荷组成。有效载荷由可选的扩展头部和来自上层的数据组成。基本头部占用40字节,有效载荷可以包含65535字节数据。IPv6头部各字段意义按顺序如下:

    (1)版本(4位):该字段定义IPv6协议版本,其值为6,负责向处理机所运行的IP软件指明此IP数据报是IPv6版本。

    (2)优先级(4位):该字段定义当发生通信拥塞时的分组的优先级。

    (3)流标号(24位):该字段用来对特殊的数据流提供专门处理。

    (4)有效载荷长度(16位):该字段定义整个IPv6数据报的字节长度,包括基本头部和有效载荷。其最大值为65,535字节。

    (5)下一个头部(8位):该字段定义了数据报中跟随在基本头部之后的头部。下一个头部可以是IP所使用的可选扩展头部,也可以是上层协议的头部。

    (6)条数限制(8位):该字段与IPv4中生存时间(TTL)字段一样是一种计数器,在丢弃数据报的每个点值依次减1直至减少为0。

    (7)源地址(128位):源主机IP地址,该字段在IPv4数据报从源主机到目的主机传输期间必须保持不变。

    (8)目的地址(128位):目标主机IP地址,该字段在IPv4数据报从源主机到目的主机传输期间同样必须保持不变。

    (9)扩展头部:该字段包含6个可选类型,包括逐跳选项、源路由选择、分段、鉴别、加密的安全有效载荷、目的端选项。

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