Apakah protokol yang dimiliki ip dalam seni bina rangkaian komputer?

IP tergolong dalam protokol "lapisan rangkaian" seni bina rangkaian komputer. IP merujuk kepada Internet Interconnection Protocol, yang merupakan protokol lapisan rangkaian dalam sistem TCP/IP Ia boleh memberikan maklumat pelbagai protokol kepada lapisan pengangkutan, seperti TCP, UDP, dll lapisan pautan melalui Pelbagai teknologi seperti rangkaian Ethernet dan Token Ring digunakan untuk penghantaran.

Persekitaran pengendalian tutorial ini: sistem Windows 7, komputer Dell G3.

ip tergolong dalam protokol "lapisan rangkaian" seni bina rangkaian komputer.

Penerangan ringkas protokol IP

IP merujuk kepada Internet Protocol, singkatan Internet Protocol, IP ialah keseluruhan TCP/ Protokol IP Teras keluarga dan asas Internet. IP terletak dalam lapisan rangkaian model TCP/IP (bersamaan dengan lapisan rangkaian model OSI Ia boleh menyediakan pelbagai maklumat protokol kepada lapisan pengangkutan, seperti TCP, UDP, dan lain-lain paket maklumat; diletakkan dalam lapisan pautan Ditransmisikan melalui pelbagai teknologi seperti rangkaian Ethernet dan Token Ring.

Tujuan mereka bentuk IP adalah untuk meningkatkan kebolehskalaan rangkaian: pertama, untuk menyelesaikan masalah Internet dan mencapai kesalinghubungan rangkaian berskala besar, kedua, kepada segmen aplikasi rangkaian peringkat atas dan teknologi rangkaian asas untuk memudahkan pembangunan bebas kedua-duanya. Mengikut prinsip reka bentuk hujung ke hujung, IP hanya menyediakan perkhidmatan penghantaran paket tanpa sambungan, tidak boleh dipercayai, usaha terbaik kepada hos.

Walaupun IPV4 akhirnya akan digantikan oleh IPV6, IPV4 masih merupakan versi arus perdana protokol IP, jadi kami akan menumpukan pada versi IPV4. Apabila mempelajari protokol TCP dan pengaturcaraan soket, kami tahu bahawa jika kami ingin mencari hos dengan tepat dalam rangkaian kongsi Internet, kami mesti memerlukan alamat IP hos. Hos mempunyai alamat IP, tetapi tidak boleh melakukan kawalan penghalaan (Penghalaan, yang bermaksud pemajuan dan pengelompokan paket data Peranti seperti penghala mempunyai alamat IP dan juga boleh melaksanakan kawalan penghalaan ke Internet dan penghala dipanggil nod.

Contohnya, kita orang biasa hanya ada alamat sendiri Kalau nak hantar hantaran ekspres kepada kawan atau terima hantaran ekspres daripada orang lain, kita hanya boleh berikan alamat pihak lain sahaja atau alamat kita sendiri. alamat, iaitu, kami hanya mempunyai logo, tetapi kami tidak boleh menghantar penghantaran ekspres; penghantaran mengikut destinasi untuk pengangkutan. Angka berikut boleh menyatakan dengan jelas peranan protokol IP dalam persekitaran rangkaian.

Format pengepala protokol IP (IPV4)

Sama seperti mempelajari protokol TCP dan UDP sebelum ini, mari perkenalkan dulu format pengepala protokol IP

Kami dapati bahawa pengepala protokol IP sangat serupa dengan pengepala protokol TCP Melainkan terdapat keadaan khas, kedua-duanya adalah 20 bait, jadi kami sering menggabungkan kedua-duanya dan memanggilnya TCP. / Protokol IP. Di bawah ialah pengenalan terperinci kepada setiap medan dalam pengepala protokol IP:

• Nombor versi 4 digit (Versi): digunakan untuk menentukan versi protokol IP Nombor versi IPV4 ialah 4. Jika mesej IP ialah versi IPV4, maka nilai medan ini ialah 4. , menggunakan 4 digit Logo ialah 0100. Nombor versi IPv6 ialah 6.
• Panjang pengepala 4-bit (Panjang Pengepala Internet): Menunjukkan saiz pengepala IP, unit ialah 4 bait , panjang * 4 bait, kerana medan ini mempunyai 4 dalam jumlah bit, jadi nilai maksimum medan ini ialah 2^4 - 1, iaitu 15, jadi panjang maksimum pengepala IP ialah 15 * 4, iaitu 60 bait secara lalai, medan ini ditetapkan kepada 5, jadi IP lalai; tajuk ialah 20 perkataan Festival.
• Jenis Perkhidmatan 8 digit: tiga digit pertama mewakili keutamaan (ditamatkan), digit ke-4 mewakili kependaman minimum, digit ke-5 mewakili daya pemprosesan maksimum dan digit ke-6 mewakili kebolehpercayaan maksimum kos minimum. Empat digit ini bercanggah antara satu sama lain dan hanya satu yang boleh dipilih. Ia perlu dipilih mengikut situasi yang berbeza Jika ia adalah log masuk jauh seperti SSH/TELNET, maka kelewatan minimum harus dipilih bit terpelihara dan tidak digunakan pada masa ini, mesti diisi dengan 0.
• Jumlah panjang 16-bit (Jumlah Panjang): Menunjukkan bilangan bait yang terdapat dalam pengepala IP dan bahagian data yang berikut. Medan ini mempunyai 16 bit, jadi panjang maksimum keseluruhan datagram IP ialah 65535 bait.
• Pengenalpastian 16-bit (ID): secara unik mengenal pasti mesej yang dihantar oleh hos Jika mesej IP dipecahkan pada lapisan pautan data, maka medan ini dalam setiap serpihan harus mempunyai nilai yang sama. Bantu hos rakan sebaya melakukan pemecahan dan pemasangan semula selepas penerimaan.
• Bendera 3-bit (Bendera): Bit pertama dikhaskan (terpelihara bermaksud tidak digunakan sekarang, tetapi akan digunakan pada masa hadapan jika perlu), dan mesti diisi dengan 0; menunjukkan sama ada sharding boleh dilakukan, jika Jika 0, ia boleh dipecahkan Jika ia adalah 1, ia tidak boleh dipecahkan Jika paket IP dilarang daripada pemecahan dan panjangnya lebih besar daripada MTU (Unit Transmisi Maksimum, diterangkan. secara terperinci kemudian), paket hanya boleh dibuang; Jika paket itu berpecah-belah, jika bit ketiga adalah 1, bermakna ia adalah paket di tengah-tengah pemecahan, iaitu, akan ada paket berpecah-belah pada masa hadapan . Jika bit ketiga ialah 0, ini bermakna ini adalah serpihan terakhir.
• Offset Fragmen 13-bit: Medan ini menunjukkan offset serpihan berbanding permulaan mesej IP asal , yang sebenarnya bermakna serpihan semasa berada dalam mesej asal Pada lokasi, nilai yang sepadan bagi serpihan pertama ialah 0. Memandangkan medan ini mempunyai jumlah 13 bit, ia boleh mewakili sehingga 2^13 atau 8192 kedudukan relatif. Unit ialah 8 bait, jadi kedudukan maksimum boleh diwakili oleh 8192 * 8 = 65536 bait.
• 8-bit Time To Live: Bilangan maksimum lompatan mesej untuk datagram untuk sampai ke destinasinya (Hop, merujuk kepada selang dalam rangkaian dan paket data IP dimajukan antara lompatan dalam rangkaian) , secara amnya 64, setiap kali ia melalui laluan, TTL–, jika ia belum sampai ke destinasi apabila TTL == 0, maka paket akan dibuang. Medan ini digunakan terutamanya untuk menghalang gelung penghalaan Paket data dimajukan dalam gelung, yang membazirkan sumber rangkaian.
• Protokol 8-bit (Protokol): Menunjukkan apakah protokol lapisan atas IP. TCP, UDP, ICMP, dll. yang terkenal semuanya berada di lapisan atas IP.
• Semakan pengepala 16-bit (Semak Pengepala): Gunakan CRC untuk pengesahan untuk mengenal pasti sama ada pengepala IP rosak, ia akan dibuang terus sahaja kandungan berikut. , kerana pengesahan bahagian kandungan perlu dipertimbangkan oleh lapisan pengangkutan atas (TCP), dan protokol IP akan terus membuang mesej selagi ia menemui masalah dengan pengepala.
• Alamat IP sumber 32-bit (Alamat Sumber): Menunjukkan IP pengirim.
• Alamat IP destinasi 32-bit (Alamat Destinasi): Menunjukkan IP hujung penerima.
• Medan pilihan (Pilihan): panjang berubah-ubah, sehingga 40 bait.

Supplement: Fragmentation and Assembly

MTU (Maximum Transmission Unit) ialah konsep dalam protokol MAC di bawah lapisan IP Kita boleh memahami protokol MAC sebagai fizikal Beberapa protokol lapisan, yang terletak di lapisan bawah protokol IP, kemudian apabila menghantar data, ia bersamaan dengan menyerahkan 用户数据 应用层协议报头（如HTTP请求报头） sebagai muatan kepada lapisan pengangkutan (seperti protokol TCP), dan protokol TCP kemudian menyerahkan TCP报头 应用层传来的数据 ke lapisan IP, dan lapisan IP Kemudian hantar IP协议首部 TCP层传来的TCP报文 ke bingkai MAC. Jadi setiap bingkai MAC sebenarnya adalah IP协议首部 IP层的有效载荷. Bingkai MAC mempunyai had panjang, jadi datagram IP tidak perlu dihantar selagi anda mahu apabila ia dihantar ke bawah Jika bingkai MAC memerlukan MTU sebanyak 1500 bait, dan jumlah panjang datagram IP ialah 2000. bahagian perkataan, maka adalah perlu untuk membahagikan paket data IP asal kepada dua bahagian dan menghantarnya mengikut urutan Selepas hos rakan sebaya menerimanya, lapisan IP rakan sebaya melengkapkan pemasangan. Kita boleh menggunakan perintah ifconfig untuk melihat MTU dalam persekitaran Linux.

Pemecahan dan pemasangan adalah telus kepada lapisan atas TCP/UDP dan lapisan bawah MAC, iaitu, lapisan atas mahupun lapisan bawah tidak mengetahui bahawa lapisan IP telah memecah paket data, jadi operasi pemecahan dan pemasangan akan dilakukan oleh lapisan IP penghantar dan lapisan IP penerima dilengkapkan secara automatik. Walau bagaimanapun, pemecahan bermakna bahawa satu bahagian data perlu ditukar kepada beberapa kumpulan data untuk penghantaran, dan pemasangan perlu dilakukan pada hujung yang bertentangan Ini akan mengurangkan kecekapan penghantaran rangkaian dan meningkatkan risiko ralat harus dielakkan semasa proses penghantaran, iaitu, Cuba untuk tidak menghantar datagram IP yang melebihi panjang MTU.

Alamat IP

Definisi alamat IP:

Dalam IPV4, kami menggunakan integer positif 32-bit untuk mewakili alamat IP Komputer akan menyimpan alamat IP secara langsung dalam binari. Walau bagaimanapun, Orang ramai tidak pandai menghafal integer binari, jadi kami menggunakan sistem perpuluhan bertitik untuk merekod alamat IP: iaitu, alamat IP 32-bit dibahagikan kepada 4 kumpulan 8 digit, dipisahkan oleh '.' , dan kemudian setiap kumpulan ditukar kepada perpuluhan.

Jadi, kami boleh mengira secara langsung bahawa terdapat sehingga 2^32 = 4292967296 alamat IP di bawah piawaian IPV4, tetapi nombor yang boleh digunakan oleh orang adalah jauh lebih kecil daripada nombor ini. (Sebagai contoh, beberapa alamat IP dikhaskan untuk tujuan khas, dan sesetengah peranti seperti penghala akan menduduki berbilang alamat IP)

Komposisi alamat IP:

Alamat IP terdiri daripada Ia terdiri daripada dua bahagian: pengenalan rangkaian (alamat rangkaian) dan pengenalan hos (alamat hos) .

Proses mencari alamat IP adalah seperti melancong ke tempat tertentu Sebagai contoh, jika kita ingin ke Dataran Tiananmen, adalah mustahil untuk menaiki kereta api laju terus ke Dataran Tiananmen mula-mula tiba di Beijing (rangkaian destinasi ), dan kemudian tiba di Tiananmen (hos destinasi) melalui pengangkutan di Beijing. Oleh itu, apabila kita memilih penghalaan, kita harus mencari LAN di mana hos sasaran berada, dan kemudian mencari hos sasaran dalam LAN. Kaedah ini dengan cepat boleh membantu kami mencari LAN sasaran Mencari hos sasaran dalam LAN adalah lebih pantas daripada mencari hos dalam rangkaian yang luas.

ID Rangkaian: Pastikan kedua-dua segmen rangkaian yang disambungkan antara satu sama lain mempunyai identiti yang berbeza.

ID Hos: Pastikan dua hos dalam segmen rangkaian yang sama mempunyai identiti yang berbeza.

Pembahagian alamat IP:

Alamat IP dibahagikan kepada lima peringkat, iaitu Kelas A, Kelas B, Kelas C, Kelas D dan Kelas E (yang tidak pernah digunakan), jadi pada masa ini Alamat IP yang boleh kita lihat hanyalah empat jenis: A, B, C dan D. Asas untuk pembahagian ialah bit dari bit pertama hingga ke-4 alamat IP.

• Alamat Kelas A: 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255
• Alamat Kelas B: 128.0.2.0.2 ~ 5.59.0.5. 🎜>
Alamat kelas C: 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255
Alamat Kelas D: 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255
• Apabila tidak mempertimbangkan alamat IP Kelas E, kita boleh mendapati bahawa bilangan bit yang diduduki oleh nombor rangkaian alamat Kelas A, B, C dan D meningkat secara beransur-ansur, manakala bilangan bit yang diduduki oleh nombor hos semakin berkurangan. Ini bermakna antara empat jenis alamat di atas, bilangan subnet dalam satu jenis alamat semakin meningkat, tetapi bilangan hos yang boleh disambungkan dalam subnet semakin kecil. Ambil sebuah universiti biasa di China sebagai contoh Terdapat kira-kira 30,000 guru dan pelajar di sekolah Jika semua orang mempunyai komputer riba yang perlu disambungkan ke LAN kampus, dan beberapa pelajar juga mempunyai beberapa komputer tablet dan peranti terminal lain yang memerlukan. untuk disambungkan ke rangkaian, kemudian Apabila memohon rangkaian, anda harus memohon 50,000 hingga 60,000 alamat IP Jika anda menggunakan alamat Kelas A, maka nombor hos 24 digit akan menjana 2^24 = 16777216 alamat IP, iaitu. jauh lebih daripada apa yang sebenarnya diperlukan Jika anda menggunakan alamat Kelas C Kelas B, terdapat hanya 2^8 = 256 alamat IP, yang jauh lebih kecil daripada alamat IP yang diperlukan, jadi yang paling sesuai ialah alamat Kelas B, yang mempunyai 2^16 = 65536 alamat IP. Contoh ini juga memberitahu kita bahawa alamat IP tidak sepatutnya terlalu banyak, yang akan menyebabkan banyak pembaziran atau terlalu sedikit, jika tidak, banyak peranti tidak akan dapat menyambung ke rangkaian.

Pengenalan subnet mask:

Dengan perkembangan Internet, kelemahan menggunakan empat digit pertama untuk mengklasifikasikan mula kelihatan: iaitu, ramai pemohon daripada subnet akan menggunakan Kelas B alamat rangkaian, kerana kelas A tidak boleh digunakan sama sekali, dan kelas C tidak mencukupi. Akibatnya, alamat rangkaian Kelas B telah diperuntukkan dengan cepat. Memohon untuk rangkaian Kelas A akan membazirkan banyak alamat IP Dalam kes ini,

orang telah mencadangkan skim pembahagian baharu: CIDR (Penghalaan Interdomain Tanpa Kelas)

Perkenalkan subnet mask. untuk membezakan nombor rangkaian dan nombor hos

Subnet mask juga merupakan integer positif 32-bit, tetapi ia biasanya berakhir dengan rentetan 0
• Alamat IP dan subnet mask ialah
• dikendalikan, dan hasilnya ialah nombor rangkaian
• Pembahagian nombor rangkaian dan nombor hos tiada kaitan dengan sama ada alamat IP ialah Kelas A, Kelas B atau Kelas C&
• Berikan dua contoh untuk membantu memahami cara membahagikan nombor rangkaian dan nombor hos melalui subnet mask

Contoh 1:

Selepas melakukan operasi bitwise AND pada alamat IP dan subnet mask, kami mendapat 1000 1100 1111 1100 0001 0100 0000 0000, dan kemudian menukarnya menjadi notasi perpuluhan bertitik yang mudah untuk digunakan oleh orang ramai, iaitu 140.252.20.0 Ini ialah nombor rangkaian daripada subnet. Dan 8 bit terakhir subnet masknya ialah 0. Subnet ini boleh mewakili 2^8 = 256 hos, jadi julat alamat subnet ini ialah 140.252.20.0 ~ 140.252.20.255

Contoh 2:

IP地址	二进制表达
140. 252. 20. 68	1000 1100 1111 1100 0001 0100 0100 0100

子网掩码	二进制表达
255.255.255.240	1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000

Setelah melakukan bitwise dan operasi pada alamat IP dan topeng subnet, kami mendapat 1000 1100 1111 1100 0001 0110 0100 0000, yang merupakan nombor rangkaian subnet. 4 bit terakhir subnet masknya ialah 0. Subnet ini boleh mewakili 2^4 = 16 hos, jadi julat alamat subnet ini ialah 140.252.20.64140.252.20.64 ~ 140.252.20.79

beberapa Alamat IP khas

menetapkan semua alamat hos dalam alamat IP kepada 0, iaitu nombor rangkaian LAN ini.
• Tetapkan semua alamat hos dalam alamat IP kepada 1 untuk mengubahnya menjadi alamat siaran ini boleh menghantar paket data kepada semua hos yang bersambung antara satu sama lain pada pautan yang sama
• 127. *Alamat IP digunakan untuk ujian gelung balik tempatan, biasanya 127.0.0.1

Alamat IP peribadi dan alamat IP awam

Jika universiti ingin menyediakan LAN dalam kampus , hanya menyedari komunikasi rangkaian dalam kampus dan tidak berkomunikasi dengan mana-mana mesin luaran, maka secara teorinya 2^32 alamat IP boleh digunakan, kerana hanya dalam LAN ini, alamat IP yang sama tidak akan muncul. Walau bagaimanapun, RFC1918 menetapkan spesifikasi untuk alamat IP peribadi dalam mewujudkan LAN:

10.* 8 digit pertama ialah nombor rangkaian, dan terdapat sejumlah 16,777,216 alamat
• 172.16.*~172.31.* Sebelumnya 12 digit ialah nombor rangkaian, dengan jumlah 1,048,576 alamat
• 192.168.* 16 digit pertama ialah nombor rangkaian, dengan jumlah 65,536 alamat

Alamat IP dalam julat di atas adalah semua IP peribadi yang tidak berada dalam julat di atas ialah alamat IP global (alamat IP awam).

Untuk lebih banyak pengetahuan berkaitan, sila lawati ruangan

Soalan Lazim!

Atas ialah kandungan terperinci Apakah protokol yang dimiliki ip dalam seni bina rangkaian komputer?. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!