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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。

IP信息包的分割与重组

为了能把一个IP报文放在不同的物理帧中，最大IP报文的长度就只能等于这条路径上所有物理网络的MTU的最小值。当数据报通过一个可以传输长度更大的帧的网络时，把数据报的大小限制在互联网上最小的MTU之下不经济；如果数据报的长度超过互联网中最小的MTU值的话，则当该数据报在穿越该子网时，就无法被封装在一个帧中。

TCP/IP协议是什么？

TCP/IP是供已连接因特网的计算机进行通信的通信协议。

TCP/IP协议TransmissionControlProtocol/InternetProtocol的简写，中译名为传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。

TCP/IP传输协议，即传输控制/网络协议，也叫作网络通讯协议。它是在网络的使用中的最基本的通信协议。TCP/IP传输协议对互联网中各部分进行通信的标准和方法进行了规定。并且，TCP/IP传输协议是保证网络数据信息及时、完整传输的两个重要的协议。

TCP/IP传输协议是严格来说是一个四层的体系结构，应用层、传输层、网络层和数据链路层都包含其中。

什么是IP协议//？

——IP是当前热门的技术。与此相关联的一批新名词，如IP网络、IP交换、IP电话、IP传真等等，也相继出现。那么，IP是什么呢？

——IP是英文Internet

Protocol的缩写，意思是“网络之间互连的协议”，也就是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。在因特网中，它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。任何厂家生产的计算机系统，只要遵守IP协议就可以与因特网互连互通。正是因为有了IP协议，因特网才得以迅速发展成为世界上最大的、开放的计算机通信网络。因此，IP协议也可以叫做“因特网协议”。

——IP是怎样实现网络互连的？各个厂家生产的网络系统和设备，如以太网、分组交换网等，它们相互之间不能互通，不能互通的主要原因是因为它们所传送数据的基本单元（技术上称之为“帧”）的格式不同。IP协议实际上是一套由软件程序组成的协议软件，它把各种不同“帧”统一转换成“IP数据报”格式，这种转换是因特网的一个最重要的特点，使所有各种计算机都能在因特网上实现互通，即具有“开放性”的特点。

——那么，“数据报”是什么？它又有什么特点呢？数据报也是分组交换的一种形式，就是把所传送的数据分段打成“包”，再传送出去。但是，与传统的“连接型”分组交换不同，它属于“无连接型”，是把打成的每个“包”（分组）都作为一个“独立的报文”传送出去，所以叫做“数据报”。这样，在开始通信之前就不需要先连接好一条电路，各个数据报不一定都通过同一条路径传输，所以叫做“无连接型”。这一特点非常重要，它大大提高了网络的坚固性和安全性。

——每个数据报都有报头和报文这两个部分，报头中有目的地址等必要内容，使每个数据报不经过同样的路径都能准确地到达目的地。在目的地重新组合还原成原来发送的数据。这就要IP具有分组打包和集合组装的功能。

——在实际传送过程中，数据报还要能根据所经过网络规定的分组大小来改变数据报的长度，IP数据报的最大长度可达65535个字节。

——IP协议中还有一个非常重要的内容，那就是给因特网上的每台计算机和其它设备都规定了一个唯一的地址，叫做“IP地址”。由于有这种唯一的地址，才保证了用户在连网的计算机上操作时，能够高效而且方便地从千千万万台计算机中选出自己所需的对象来。

——现在电信网正在与IP网走向融合，以IP为基础的新技术是热门的技术，如用IP网络传送话音的技术（即VoIP）就很热门，其它如IP

over

ATM、IPover

SDH、IP

over

WDM等等，都是IP技术的研究重点。

IP协议基本知识

IP 协议是基于 IP 地址将数据包发送给目的主机，能够让互联网上任何两台主机进行通信。他位于七层通信协议中的第三层（网络层）。

网络层的主要作用是实现终端节点之间的通信。这种终端节点之间的通信，也叫点对点通信。

主机：配置有IP地址，不进行路由控制的设备。

路由器：既有IP地址又具有路由控制功能的设备。

节点：主机和路由器。

数据链路层实现两个直连设备之间的数据传输，网络层的IP协议实现没有直连的两个网络之间的数据传输。

在TCP/IP通信中使用IP地址识别主机和路由器。IP地址是逻辑地址，需要手工配置或自动获取，为了保证正常通信，每个设备必须配置IP地址。

IP地址由网络号（网段地址）和主机号（主机地址）两部分组成。

IP 地址分为四类，分别是 A类、 B类、 C类、 D类（还有一个保留的E类）。

A类IP地址是首位以“ 0 ”开头的地址。从第1位到第8位是它的网络号，网络号的范围是 0 ~ 127 。其中0和127属于保留地址，减去两个保留地址，因此有126个可用的A类地址。

B类IP地址是前两位以“ 10 ”开头的地址。从第1位到第16位是它的网络号，网络号的范围是128.0 ~ 191.255 。其中128.0和191.255属于保留地址，减去两个保留地址，因此有16382个可用的B类地址。

C类IP地址是前三位以“ 110 ”开头的地址。从第1位到第24位是它的网络号，网络号的范围是192.0.0 ~ 223.255.255 。其中192.0.0和223.255.255属于保留地址，减去两个保留地址，因此有2097150个可用的C类地址。

D类IP地址是前四位以“ 1110 ”开头的地址。从第1位到第32位是它的网络号，网络号的范围是 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 。D类地址没有主机号，用于组播。

当主机号全为 0 时，表示的是网段地址，非主机地址。当主机号全为1时是广播地址，也不是主机地址。因此在分配IP地址过程中，需要排除这两个地址。例如一个C类地址192.168.1.0/24最多只有254个可用主机地址，而不是256个（192.168.1.0和192.168.1.255保留）。

例如：一个 B 类主机地址172.20.1.100的广播地址是 172.20.255.255。

组播使用 D 类地址。因此 IP 地址前四位是“ 1110 ”开头的，就是组播地址。剩下的 28 位就是组播的组编号。组播的地址范围是 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 ，其中 224.0.0.0 ~ 224.0.0.255 既可以在同一个网段内实现组播，又可以跨网段给全网所有组员发送组播包。

解决 IP 地址浪费问题，除了使用子网掩码，还使用了 CIDR 和 VLSM 技术。

CIDR ，即无类域间路由，采用任意长度分割 IP 地址的网络号和主机号。它有两个作用：

把多个网段聚合到一起，生成一个更大的网段。

汇总路由表 IP 地址，分担路由表压力。

CIDR 是主机号向网络号借位，目的是把几个网络汇总成一个大的网络，增加子网主机数量。

VLSM ，即可变长子网掩码，它可以对 A 、 B 、 C 类地址再进行子网划分，以达到充分利用 IP 地址的目的。

VLSM 是网络号向主机号借位，目的是把一个标准的网络划分成几个子网，减少子网主机数量。

IP 地址分为公网地址和私有地址。公网地址是在互联网上使用的，私有地址是在局域网中使用的。公网地址由 Internet NIC 负责分配，通过它直接访问互联网。

私有地址是一段保留的 IP 地址。只在局域网中使用，无法在互联网上使用。但是私有地址可以通过 NAT 技术，将私有地址转换为公网地址接入互联网。

IP路由是设备根据IP地址对数据进行转发的操作。当一个数据包到达路由器时，路由器根据数据包的目的地址查询路由表，根据查询结果将数据包转发出去，这个过程就是IP路由。

路由表的生成方式有两种：一种是手动设置，也叫静态路由。另一种是路由器之间通过交换信息自动刷新，也叫动态路由。

只要确定了IP地址，就可以向这个目标地址发送IP数据报文。但是在进行实际通信时，还要知道每个IP地址所对应的MAC地址。

地址解析协议，简称ARP协议。是根据目的设备的IP地址来查询对应 MAC 地址的协议。

当主机A向同一个网段内的主机C发送数据，但是不知道主机C的MAC 地址。

ARP请求：主机A以主机C的IP地址为目的IP地址，以广播MAC地址为目的MAC地址，在同网段内发送这个广播报文，这个报文就叫ARP请求报文。

二层交换机不查看IP地址，根据目的MAC地址将报文除接收端口外的所有端口发送。

1）主机A使用主机C的IP地址查询ARP，ARP发现主机C不在同一个网段，需要通过默认网关（即默认路由的下一跳地址），但是没有网关MAC地址。

2）主机A先将发送给主机C的数据放入缓存中，然后发送ARP请求报文，主机A以网关IP地址为目的IP地址发送ARP广播请求报文。

3）路由器收到ARP广播请求报文后，将主机A的MAC地址和对应端口添加到自己的 MAC表中，然后查看目的IP地址发现是请求自己的MAC地址，于是单播发送ARP响应报文。

4）主机A收到ARP响应报文后，将发送给主机C的数据封装网关MAC地址为目的 MAC地址进行发送。

5）路由器收到报文后，查看目的IP地址，是发送给主机C的，于是查询路由表从相应端口发送数据。由于没有主机C的MAC地址，路由器发送ARP请求报文，源MAC地址和源IP地址替换为发送端口的MAC地址和IP地址。

6）主机C收到ARP请求报文后，添加路由器的端口和MAC地址到MAC地址表，单播发送ARP响应报文。

7）路由器收到主机C的MAC地址后，将其添加到MAC地址表中。将主机A发送给主机 C的报文重新封装，以自己的MAC地址为源MAC地址，以主机C的MAC地址为目的 MAC地址，发送给主机C。

8）主机C收到主机A发送的数据，发送过程结束。当主机C向主机A发送回复报文时，同主机A向主机C发送数据的步骤一致。

如果ARP请求是从一个网络的主机发往同一网段却不在同一物理网络上的另一台主机，那么连接它们的具有代理ARP功能的设备就可以回答该请求，这个过程称作代理 ARP 。

免费ARP是一种特殊的ARP请求，它并非通过IP找到对应的MAC地址，而是当主机启动的时候，发送一个免费ARP请求，即请求自己的IP地址的MAC地址。

与普通ARP请求报文的区别在于报文中的目标IP地址。普通ARP报文中的目标IP地址是其它主机的IP地址；而免费ARP的请求报文中，目标IP地址是自己的IP地址。

免费ARP有以下一些作用：

1）起到一个宣告作用。它以广播的形式将数据包发送出去，不需要得到回应，只为了告诉其它主机自己的IP地址和MAC地址。

2）与普通ARP请求报文的区别在于报文中的目标IP地址。普通 ARP 报文中的目标 IP 地址是其它主机的IP地址；而免费ARP的请求报文中，目标IP地址是自己的IP地址。

3）可用于更新其它主机的 ARP 缓存表。如果该主机更换了网卡，而其它主机的 ARP缓存表仍然保留着原来的MAC地址。这时，通过免费的ARP数据包，更新其它主机的ARP缓存表。

IP提供尽力而为的服务，指为了把数据包发送到目的地址尽最大努力。它并不做对端目的主机是否收到数据包的验证，无法保证服务质量。

ICMP（互联网控制消息协议）是提供这类功能的一种协议。ICMP的主要功能包括，确认IP包是否成功送达目的地址，通知发送过程中IP包被丢弃的原因。

ICMP报文像TCP/UDP 一样通过IP进行传输，但是ICMP的功能不是传输层的补充，应该把它当做网络层协议。ICMP头部封装字段如下图。

通过类型字段和编码字段的取值判断这个ICMP消息的类型。常见的ICMP消息所对应的类型和编码值如下图。

ping工具就是通过 ICMP 消息测试网络层连通性的。源主机发出 Echo request 消息，目的主机回应 Echo reply 消息，则两台主机间的网络层通信正常。也可以通过 ping命令来判断目标主机是否启用。