ip协议实现的功能(ip协议实现的功能是)

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。

其中包括两个部分： （1）寻址与路由。(a)用IP地址来标识Internet的主机：在每个IP数据报中，都会携带源IP地址和目标IP地址来标识该IP数据报的源和目的主机。IP数据报在传输过程中，每个中间节点(IP网关)还需要为其选择从源主机到目的主机的合适的转发路径(即路由)。IP协议可以根据路由选择协议提供的路由信息对IP数据报进行转发，直至抵达目的主机。(b)IP地址和MAC地址的匹配，ARP协议。数据链路层使用MAC地址来发送数据帧，因此在实际发送IP报文时，还需要进行IP地址和MAC地址的匹配，由TCP/IP协议簇中的ARP(地址解析协议)完成。（2）分段与重组。(a) IP数据报通过不同类型的通信网络发送，IP数据报的大小会受到这些网络所规定的最大传输单元(MTU)的限制。

简述TCP/IP协议的分层结构是数据链路层 、网络层、传输层、应用层。 1.数据链路层：数据链路层是物理传输通道，可使用多种传输介质传输，可建立在任何物理传输网上。比如光纤、双绞线等。2.网络层：其主要功能是要完成网络中主机间“分组”(Packet)的传输。含有4个协议：（1）网际协议IP负责分组数据的传输，各个IP数据之间是相互独立的。（2）互联网控制报文协议ICMPIP层内特殊的报文机制，起控制作用，能发送报告差错或提供有关意外情况的信息，因为ICMP的数据报通过IP送出因此功能上属于网络的第3层。3）地址转换协议ARP为了让差错或意外情况的信息能在物理网上传送到目的地，必须知道彼此的物理地址，这样就存在把互联网地址（是32位的IP地址来标识，是一种逻辑地址）转换为物理地址的要求，这就需要在网络层上有一组服务（协议）能将IP地址转换为相应的网络地址，这组协议就是APP.（可以把互联网地址看成是外识别地址和物理地址看成是内识别地址）（4）反向地址转换协议RARPRARP用于特殊情况，当只有自己的物理地址没有IP地址时，可通过RARP获得IP地址，如果遇到断电或重启状态下，开机后还必需再使用RARP重新获取IP地址，广泛用于获取无盘工作站的IP地址。3.传输层：其主要任务是向上一层提供可靠的端到端（End-to-End）服务，确保“报文”无差错、有序、不丢失、无重复地传输。它向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中最关键的一层。包含以下2个重要协议：（1）TCP :TCP是TCP/IP体系中的传输层协议处于第4层传输层，负责数据的可靠传输（“三次握手”-建立连接、数据传送、关闭连接）。（2）UDP:和TCP相比，数据传输的可靠性低，适合少量的可靠性要求不高的数据传输。4.应用层：应用层确定进程间通信的性质，以满足用户的需要。在应用层提供了多个常用协议。①Telnet(Remote Login)：远程登录②FTP(File Transfer Protocol)：文件传输协议③SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)：简单邮件传输协议④POP3（Post Office Protocol 3）：第三代邮局协议⑤HTTP（Hyper Text Transfer Protocol）：超文本传输协议 ⑥NNTP（Network News Transfer Protocol）：网络新闻传输协议
TCP/IP协议分为4个层次，自上而下依次为应用层、传输层、网络层、网络接口层。 各层的功能如下：1、应用层：对客户发出的一个请求，服务器作出响应并提供相应的服务。2、传输层：通信双方的主机提供端到端的服务，传输层对信息流具有调节作用，提供可靠性传输，确保数据到达无误。3、网络层：进行网络互连，根据网间报文IP地址，从一个网络通过路由器传到另一网络。 4、网络接口层：负责接收IP数据报，并负责把这些数据报发送到指定网络上。

其中包括两个部分： （1）寻址与路由。(a)用IP地址来标识Internet的主机：在每个IP数据报中，都会携带源IP地址和目标IP地址来标识该IP数据报的源和目的主机。IP数据报在传输过程中，每个中间节点(IP网关)还需要为其选择从源主机到目的主机的合适的转发路径(即路由)。IP协议可以根据路由选择协议提供的路由信息对IP数据报进行转发，直至抵达目的主机。(b)IP地址和MAC地址的匹配，ARP协议。数据链路层使用MAC地址来发送数据帧，因此在实际发送IP报文时，还需要进行IP地址和MAC地址的匹配，由TCP/IP协议簇中的ARP(地址解析协议)完成。（2）分段与重组。(a) IP数据报通过不同类型的通信网络发送，IP数据报的大小会受到这些网络所规定的最大传输单元(MTU)的限制。

其中包括两个部分： （1）寻址与路由。(a)用IP地址来标识Internet的主机：在每个IP数据报中，都会携带源IP地址和目标IP地址来标识该IP数据报的源和目的主机。IP数据报在传输过程中，每个中间节点(IP网关)还需要为其选择从源主机到目的主机的合适的转发路径(即路由)。IP协议可以根据路由选择协议提供的路由信息对IP数据报进行转发，直至抵达目的主机。(b)IP地址和MAC地址的匹配，ARP协议。数据链路层使用MAC地址来发送数据帧，因此在实际发送IP报文时，还需要进行IP地址和MAC地址的匹配，由TCP/IP协议簇中的ARP(地址解析协议)完成。（2）分段与重组。(a) IP数据报通过不同类型的通信网络发送，IP数据报的大小会受到这些网络所规定的最大传输单元(MTU)的限制。