3.2 网络协议IP

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1 定义

网际协议 IP是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一，也是最重要的互连网协议之一。IPv4 和 IPv6 是 IP 协议的两个版本。

与网际协议 IPv4 配套的三个协议：

• 地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)
• 网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)
• 网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)

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2 虚拟互连网络

实现网络互连、互通时需解决许多问题，如：

1. 寻址方案
2. 最大分组长度
3. 网络接入机制
4. 超时控制
5. 差错恢复方法
6. 状态报告方法
7. 路由选择技术
8. 用户接入控制
9. 管理与控制方式

那如何将异构的网络互相连接起来？

根据中间设备所在层次，可以有以下四种不同的中间设备：

注意：当中间设备为转发器或网桥时，仅仅是把一个网络扩大了，而从网络层的角度看，这仍然·是一个网络，一般不称之为网络互连。

图 (a) 表示有许多计算机网络通过一些路由器进行互连。由于参加互连的计算机网络都使用相同的网络协议 IP ，因此可以把互连以后的计算机网络看成为如图 (b) 所示的一个虚拟互连网络 (internet)。

所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用协议 IP 就可以使这些性能各异的网络在网络层上看起来好像是一个统一的网络。这种使用协议 IP 的虚拟互连网络可简称为 IP 网 (IP 网是虚拟的，但平常不必每次都强调“虚拟”二字)。

• IP 网的意义
  当互联网上的主机通信时，宛如在一个单一网络中通信，不感知异构网络的细节。
• 互联网 (Internet)
  在覆盖全球的 IP 网基础上运行 TCP 协议形成互联网。

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3 分组在互联网中的传送

如图所示，互联网中的源主机 H1 要把一个 IP 数据报发送给目的主机 H2。

主机 H1 先要查找自己的转发表，看看目的主机 H2 是否就在本网络上。
如果是，则不需要经过任何路由器而是直接交付。

如果不是，则必须把 IP 数据报发送给某个路由器（图中的 R1）。R1 在查找了自己的转发表后，知道应当把数据报转发给 R2，进行间接交付。这样一直转发下去，最后由路由器 R5 知道自己是和 H2 连接在同一个网络上，不需要再使用别的路由器转发了，于是就把数据报直接交付给目的主机 H2。

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4 IPv4 地址

①背景
IP地址由因特网名字和数字分配机构ICANN(Intemet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。

我国用户可向亚太网络信息中心APNIC(Asia Pacific Network Information Center)申请IP地址，需要缴费。

2011年2月3日，互联网号码分配管理局IANA(由ICANN行使职能)宣布，IPV4地址已经分配完毕。

我国在2014至2015年也逐步停止了向新用户和应用分配IPv4地址，同时全面开展商用部署IPv6。

IPV4地址的编址方法经历了如下三个历史阶段：

②类型
IP 地址是指用于标识网络中设备的唯一地址。它可以指任何类型的 IP 协议地址，包括 IPv4 和 IPv6。

• IPv4 地址：是 IP 地址的一个版本，使用 32 位地址，表示为四个十进制数字（如：192.168.1.1）。
• IPv6 地址：是 IP 地址的另一个版本，使用 128 位地址，表示为八组十六进制数字（如：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334）。

③定义
在 TCP/IP 体系中，IPv4 地址就是给连接到互联网上的每一台主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的32为的标识符，是通信的基本单位。 没有 IP 地址，就无法实现与其他设备的通信。

⑤IPv4 地址表示方法

• 每台主机或路由器的每个接口都有一个全球唯一的 IP 地址。
• 分配机构：互联网名字与数字分配机构 (ICANN)。

IP 地址采用 2 级结构：

• 网络号：标识所在网络。
• 主机号：标识该网络中的设备。

【点分十进制记法举例】