局域网ipv4知识

2017-03-22

局域网ipv4知识：

IPv4，是互联网协议(Internet Protocol，IP)的第四版，也是第一个被广泛使用，构成现今互联网技术的基石的协议。1981年 Jon Postel 在RFC791中定义了IP，Ipv4可以运行在各种各样的底层网络上，比如端对端的串行数据链路(PPP协议和SLIP协议) ，卫星链路等等。局域网中最常用的是以太网。

目前的全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族。IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。目前IP协议的版本号是4(简称为IPv4，v，version版本)，它的下一个版本就是IPv6。IPv6正处在不断发展和完善的过程中，它在不久的将来将取代目前被广泛使用的IPv4。据国外媒体报道，欧盟委员会希望于2010年前将欧洲其成员国境内四分之一的商业和政府部门以及家用网络转换成IPv6标准。美国已经开始对已经与网络服务商签订IPv6协议的政府部门给与有条件的奖励政策。而欧盟希望跟随美国的步伐，促使其成员国的政府部门在这次转型过程中起到带头作用。

Version - 4位字段，指出当前使用的 IP 版本。

IP Header Length (IHL) ─ 指数据报协议头长度，表示协议头具有32位字长的数量。指向数据起点。正确协议头最小值为5。

Type-of-Service ─ 指出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。这些8位字段用于分配优先级、延迟、吞吐量以及可靠性。(即TOS)

Total Length ─ 指定整个 IP 数据包的字节长度，包括数据和协议头。其最大值为65,535字节。典型的主机可以接收576字节的数据报。

Identification ─ 包含一个整数，用于识别当前数据报。该字段由发送端分配帮助接收端集中数据报分片。

Flags ─ 由3位字段构成，其中最低位(MF)控制分片，存在下一个分片置为1，否则置0代表结束分片。中间位(DF)指出数据包是否可进行分片。第三位即最高位保留不使用，但是必须为0。

Fragment Offset ─ 13位字段，指出与源数据报的起始端相关的分片数据位置，支持目标IP适当重建源数据报。

Time-to-Live ─ 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。这样确保数据包无止境的环路过程(即TTL)。

Protocol ─ 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包。

Header Checksum ─ 帮助确保 IP 协议头的完整性。由于某些协议头字段的改变，如生存期(Time to Live)，这就需要对每个点重新计算和检验。Internet 协议头需要进行处理。

Source Address ─ 源主机IP地址。

Destination Address ─ 目标主机IP地址。

Options ─ 允许 IP 支持各种选项，如安全性。

Data ─ 包括上层信息。

ipv4发展：

基于IPv4的网络难以实现网络实名制，一个重要原因就是因为IP资源的共用，因为IP资源不够，所以不同的人在不同的时间段共用一个IP，IP和上网用户无法实现一一对应。而IPv6的普及将改变现状，因为IPv6一个重要的应用将是实现网络实名制下的互联网身份证/VIeID，

在IPv4下，现在根据IP查人也比较麻烦，电信局要保留一段时间的上网日志才行，通常因为数据量很大，运营商只保留三个月左右的上网日志，比如查前年某个IP发帖子的用户就不能实现。

IPv6的出现可以从技术上一劳永逸地解决实名制这个问题，因为那时IP资源将不再紧张，运营商有足够多的IP资源，那时候，运营商在受理入网申请的时候，可以直接给该用户分配一个固定IP地址，这样实际就实现了实名制，也就是一个真实用户和一个IP地址的一一对应。

当一个上网用户的IP固定了之后，你任何时间做的任何事情都和一个唯一IP绑定，你在网络上做的任何事情在任何时间段内都有据可查，并且无法否认。因此你可能昨晚刚浏览过非法网站后，第二天早上就会有人上门给你开罚款单。

ipv4地址格式：

IPv4中规定IP地址长度为32(按TCP/IP参考模型划分) ，即有2^32-1个地址。

一般的书写法为4个用小数点分开的十进制数。也有人把4位数字化成一个十进制长整数，但这种标示法并不常见。另一方面，IPv6使用的128位地址所采用的位址记数法，在IPv4也有人用，但使用范围更少。过去IANAIP地址分为A,B,C,D 4类，把32位的地址分为两个部分：前面的部分代表网络地址，由IANA分配，后面部分代表局域网地址。如在C类网络中，前24位为网络地址，后8位为局域网地址，可提供254个设备地址(因为有两个地址不能为网络设备使用: 255为广播地址，0代表此网络本身) 。网络掩码(Netmask) 限制了网络的范围，1代表网络部分，0代表设备地址部分，例如C类地址常用的网络掩码为255.255.255.0。

特殊IP

- 127.x.x.x给本地网地址使用。

- 224.x.x.x为多播地址段。

- 255.255.255.255为通用的广播地址。

- 10.x.x.x，172.16.x.x至172.31.x.x 和192.168.x.x供本地网使用，这些网络连到互连网上需要对这些本地网地址进行转换(NAT)。但由于这种分类法会大量浪费网路上的可用空间，所以新的方法不再作这种区分，而是把用者需要用的位址空间，以2的乘幂方式来拨与。例如，某一网路只要13个ip位址，就会把一个16位址的区段给他。假设批核了 61.135.136.128/16 的话，就表示从 61.135.136.129 到 61.135.136.142 的网址他都可以使用。

IP包长

IP包由首部(header)和实际的数据部分组成。数据部分一般用来传送其它的协议，如TCP，UDP，ICMP等。数据部分最长可为65515字节(Byte)(=2xx16 - 1 - 最短首部长度20字节) 。一般而言，低层(链路层) 的特性会限制能支持的IP包长。例如以太网(Ethernet)协议，有一个协议参数，即所谓的最大传输单元(Maximum Transfer Unit, MTU) ，为1518字节，以太网的帧首部使用18字节，剩给整个IP包(首部+数据部分)的只有1500字节。还有一些底层网络只能支持更短的包长。这种情况下，IP协议提供一个分割(fragment)的可选功能。长的IP包会被分割成许多短的IP包，每一个包中携带一个标志(Fragmentid)。发送方(比如一个路由器) 将长IP包分割，一个一个发送，接送方(如另一个路由器)按照相应的IP地址和分割标志将这些短IP包再组装还原成原来的长IP包。

IP路由

Ipv4并不区分作为网络终端的主机(host) 和网络中的中间设备如路由器中间的差别。每台电脑可以既做主机又做路由器。路由器用来联结不同的网络。所有用路由器联系起来的这些网络的总和就是互联网。 IPv4技术即适用于局域网(LAN) 也适用于广域网。一个IP包从发送方出发，到接送方收到，往往要穿过通过路由器连接的许许多多不同的网络。每个路由器都拥有如何传递IP包的知识，这些知识记录在路由表中。路由表中记录了到不同网络的路径，在这儿每个网络都被看成一个目标网络。路由表中记录由路由协议管理，可能是静态的记录比如由网络管理员写入的，也有可能是由路由协议动态的获取的。有的路由协议可以直接在IP协议上运行。常用的路由协议有

- 路由信息协议(Routing Information Protocol, RIP),

- 开放式最短路径优先协议，Open Shortest Path Fast, OSPF) ，

- 中介系统对中介系统协议(Intermediate System – Intermediate System, IS-IS) ,

- 边界网关协议(Border Gateway Protocol, BGP) . 在网络负荷很重或者出错的情况下，路由器可以将收到的IP包丢弃。在网络负荷重的时候，同样一个IP包有可能由路由器决定走了不同的路径。路由器对每一个IP包都是单独选择路由的。这也提高了IP通信的可靠性。但单是IP层上的包传输，并不能保证完全可靠。IP包可能会丢失; 可能会有重复的IP包被接受方收到; IP包可能会走不同的路径，不能保证先发的先到; 接受方收到的可能是被分割了的IP包。在IP之上再运行TCP协议则解决这些缺点提供了一个可靠的数据通路。

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