IPプロトコルはどの層に属しますか?

IP プロトコルはネットワーク層に属します。 IPとは、Internet Protocolの略で、TCP/IPシステムにおけるネットワーク層プロトコル（OSIモデルのネットワーク層に相当）で、TCPなどのトランスポート層にさまざまなプロトコル情報を提供することができます。 、UDP など; 次に、IP 情報パケットをリンク層に配置し、イーサネットやトークン リング ネットワークなどのさまざまなテクノロジを通じて送信できます。

このチュートリアルの動作環境: Windows 7 システム、Dell G3 コンピューター。

IP は、Internet Protocol の略で、TCP/IP システムのネットワーク層プロトコルです。 IP を設計する目的は、ネットワークのスケーラビリティを向上させることです。第一に、インターネットの問題を解決し、大規模で異種ネットワークの相互接続を実現します。第二に、トップレベルのネットワーク アプリケーションと基盤となるネットワーク テクノロジの間の結合関係を分離し、独立して開発します。エンドツーエンドの設計原則によれば、IP は、コネクションレスで信頼性の低いベストエフォート型のパケット送信サービスをホストに提供するだけです。

IP は、TCP/IP プロトコル スイート全体の中核であり、インターネットの基盤です。 IP は TCP/IP モデルのネットワーク層 (OSI モデルのネットワーク層に相当) に位置し、TCP、UDP などのさまざまなプロトコル情報をトランスポート層に提供できます。リンク層に配置され、イーサネットやトークン リング ネットワークなどのさまざまなテクノロジーを通じて送信されます。

異種ネットワークに適応するために、IP は適応性、シンプルさ、操作性を重視し、信頼性をある程度犠牲にしています。 IP はパケットの配信時間や信頼性を保証するものではなく、送信されたパケットの損失、重複、遅延、順序の乱れが発生する可能性があります。

ip プロトコルの主な内容

IP には主に、IP アドレス指定スキーム、パケットのカプセル化形式、およびパケット転送ルールの 3 つの側面が含まれます。

IP パケットの転送ルール

ルーターはネットワーク アドレスのみに基づいて転送します。 IP データ パケットがルーター経由で転送される場合、ターゲット ネットワークがローカル ルーターに直接接続されている場合、データ パケットはターゲット ホストに直接配信されます (これを直接配信と呼びます)。それ以外の場合、ルーターはルーティング情報を検索します。ルーティング テーブルを参照して、指定されたネクストホップ ルーターにデータ パケットを転送します。これは間接配信と呼ばれます。間接配信では、ルータがルーティング テーブルにターゲット ネットワークへのルートを持っている場合、ルーティング テーブルに指定されているネクストホップ ルータにデータ パケットを配信します。ルートはなくてもデフォルト ルートが存在する場合は、データ パケットをルーティング テーブルに指定されたネクストホップ ルータに配信します。ルーティング テーブルにデータ パケットを配信します。指定されたデフォルト ルーターを指定します。どちらも存在しない場合、パケットはドロップされ、エラーが報告されます。

IP フラグメンテーション

IP パケットは、送信元ホストから宛先ホストに送信されるために、複数の異なる物理ネットワークを通過する必要がある場合があります。さまざまなネットワークのデータ フレームには最大送信単位 (MTU) 制限があるため、たとえば、イーサネット フレームの MTU は 1500 であるため、ルータが IP パケットを転送する場合、データ パケットのサイズが最大サイズを超えると、ユニットを送信するとき、IP パケットは、ターゲット リンクで送信できるほど十分に小さい多くのフラグメントに分割されます。これらの IP フラグメントは、独立した送信のために IP パケットを再カプセル化し、宛先ホストに到達したときに再組み立てされます。

IP パケットの構造

IP パケットはヘッダーとデータで構成されます。ヘッダーの最初の 20 バイトはすべての IP パケットで必要であり、固定ヘッダーとも呼ばれます。ヘッダーの固定部分の後には、長さが可変のオプションのフィールドがいくつかあります。

IP パケット構造

IP データグラム ヘッダー図

IP データグラム ヘッダーの意味フィールド

ip プロトコル バージョン

IPv4 プロトコル

インターネット プロトコル バージョン 4 (インターネット プロトコル バージョン) 4 (IPv4) は、TCP/IP プロトコルで使用されるデータグラム送信メカニズムです。データグラムは、ヘッダーとデータの 2 つの部分で構成される可変長パケットです。ヘッダーの長さは 20 ～ 60 バイトで構成され、この部分にはルーティングと送信に関連する重要な情報が含まれています。ヘッダーの各フィールドの意味は、順番に次のとおりです。 [3]

(1) バージョン (4 ビット): このフィールドは IP プロトコルのバージョンを定義し、上で実行されている IP ソフトウェアに示す役割を果たします。プロセッサ、どの IP データグラムであるか、バージョン、すべてのフィールドはこのバージョンのプロトコルに従って解釈されます。コンピュータが異なるバージョンを使用している場合、データグラムは破棄されます。

(2) ヘッダー長 (4 ビット): このフィールドはデータグラム プロトコル ヘッダーの長さを定義し、プロトコル ヘッダー内の 32 ビットのワード長の数を示します。プロトコル ヘッダーの最小値は 5 で、最大値は 15 です。

(3) サービス (8 ビット): このフィールドは、現在のデータグラムを処理するために上位層プロトコルによって期待されるサービス品質を定義し、重要度に従ってデータグラムを割り当てます。最初の 3 ビットは優先ビット、最後の 4 ビットはサービス タイプとなり、最後の 1 ビットは定義されません。これらの 8 ビット フィールドは、優先度、レイテンシー、スループット、および信頼性を割り当てるために使用されます。

(4) 合計長 (16 ビット): このフィールドは、プロトコル ヘッダーとデータを含む IP データグラム全体のバイト長を定義します。その最大値は 65535 バイトです。イーサネット プロトコルには、フレームにカプセル化できるデータの最小制限と最大制限 (46 ～ 1500 バイト) があります。

(5) 識別 (16 ビット): このフィールドには、現在のデータグラムを識別するために使用される整数が含まれます。データグラムが断片化されると、識別フィールドの値がすべての断片にコピーされます。このフィールドは、受信者がデータグラムの断片化に集中できるように、送信者によって割り当てられます。

(6) フラグ (3 ビット): このフィールドは 3 ビットのフィールドで構成され、その最下位ビット (MF) がセグメント化を制御します。次のセグメントがある場合は 1 に設定され、そうでない場合は 1 に設定されます。セグメントが最後のセグメントであることを示すには、0 に設定されます。中央のビット (DF) はデータグラムを断片化できるかどうかを示し、これが 1 の場合、マシンはデータグラムを断片化できません。 3 番目のビット (最上位ビット) は未使用で予約されており、値は 0 です。

(7) セグメンテーション オフセット (13 ビット): このフィールドは、ソース データグラム内のセグメント化されたデータの相対位置を示し、ターゲット IP がソース データを適切に再構築できるようにサポートします。

(8) ライフタイム (8 ビット): このフィールドはカウンターであり、値は 0 になるまで、データグラムが破棄されるたびに 1 ずつ減分されます。これにより、データグラムのループ プロセス (TTL) が制限され、データグラムの寿命が制限されることが保証されます。

(9) プロトコル (8 ビット): このフィールドは、IP 処理が完了した後にどの上位層プロトコルが受信データグラムを受信するかを示します。このフィールドの値は、受信ネットワーク層がデータがどのプロトコルに属しているかを知るのに役立ちます。

(10) ヘッダー チェックサム (16 ビット): このフィールドは、IP プロトコル ヘッダーの整合性を確保するのに役立ちます。一部のプロトコル ヘッダー フィールドの変更により、各ポイントの再計算と検証が必要になります。計算プロセスは、まずチェックサム フィールドを 0 に設定し、次にヘッダー全体を 16 ビットごとに部分に分割し、それらの部分を加算し、計算結果の補数を取得してチェックサム フィールドに挿入します。

(11) 送信元アドレス (32 ビット): 送信元ホストの IP アドレス このフィールドは、送信元ホストから宛先ホストへの IPv4 データグラムの送信中は変更されない必要があります。

(12) 宛先アドレス (32 ビット): 宛先ホストの IP アドレス このフィールドも、送信元ホストから宛先ホストへの IPv4 データグラムの送信中に変更されない必要があります。

IPv6 プロトコル

1970 年代に IPv4 が登場して以来、データ通信技術は急速に発展しました。 IPv4 はよく設計されていますが、その欠点が徐々に明らかになります。 ① IP アドレスの使用効率は、サブネット化、クラスレス アドレッシング、NAT 技術の助けを借りて改善できますが、インターネットにおける IP アドレスの枯渇は未だに解決されていない問題です。問題は完全に解決されている; ② IPv4 は、リアルタイムのオーディオおよびビデオ伝送に最小限の伝送遅延を必要とするポリシーと予約されたリソースをサポートしていない; ③ IPv4 は、データの暗号化と認証を必要とする特定のアプリケーションをサポートできていない。これらの欠点を克服するために、IPv6 (Internet working Protocol version 6) が提案されました。 IPv6 では、パケットの形式だけでなく、IP アドレスの形式とパケット長も変更されました。各 IPv6 パケットは、必要な基本ヘッダーとそれに続くペイロードで構成されます。ペイロードは、オプションの拡張ヘッダーと上位層からのデータで構成されます。基本ヘッダーは 40 バイトを占め、ペイロードには 65535 バイトのデータを含めることができます。 IPv6 ヘッダーの各フィールドの意味は、順番に次のとおりです。

(1) バージョン (4 ビット): このフィールドは、IPv6 プロトコルのバージョンを定義します。その値は 6 で、この IP を示す役割を果たします。プロセッサ上で実行されている IP ソフトウェアにデータを送信します。報告されるバージョンは IPv6 です。

(2) 優先度 (4 ビット): このフィールドは、通信輻輳が発生した場合のパケットの優先度を定義します。

(3) ストリーム ラベル (24 ビット): このフィールドは、特別なデータ ストリームに特化した処理を提供するために使用されます。

(4) ペイロード長 (16 ビット): このフィールドは、基本ヘッダーとペイロードを含む IPv6 データグラム全体のバイト長を定義します。その最大値は 65,535 バイトです。

(5) 次のヘッダー (8 ビット): このフィールドは、データグラム内の基本ヘッダーに続くヘッダーを定義します。次のヘッダーは、IP で使用されるオプションの拡張ヘッダー、または上位層プロトコルのヘッダーにすることができます。

(6) エントリ数制限 (8 ビット): このフィールドは、IPv4 の Time to Live (TTL) フィールドのようなカウンタであり、データグラムが破棄されるたびに、値は 1 ずつ減らされます。 0になるまで。

(7) 送信元アドレス (128 ビット): 送信元ホストの IP アドレス このフィールドは、送信元ホストから宛先ホストへの IPv4 データグラムの送信中は変更されない必要があります。

(8) 宛先アドレス (128 ビット): 宛先ホストの IP アドレス このフィールドも、送信元ホストから宛先ホストへの IPv4 データグラムの送信中に変更されない必要があります。

(9) 拡張ヘッダー: このフィールドには、ホップバイホップ オプション、ソース ルーティング、セグメンテーション、認証、暗号化セキュリティ ペイロード、宛先オプションを含む 6 つのオプション タイプが含まれます。

関連知識の詳細については、FAQ 列をご覧ください。

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