ip协议的设计(tcp/ip协议在设计时)

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。数据包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"数据包"。ip协议的特点ip协议的特征是一种不可靠、无连接的数据报传送服务，网络之间互连的协议（IP）是Internet Protocol的外语缩写，中文缩写为“网协”，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。IP地址具有唯一性，根据用户性质的不同，可以分为5类。另外，IP还有进入防护，知识产权，指针寄存器等含义。

ip协议中的三个基本功能是：IP编址方案、分组封装格式及分组转发规则。1、IP分组的转发规则路由器仅根据网络地址进行转发。当IP数据包经由路由器转发时，如果目标网络与本地路由器直接相连，则直接将数据包交付给目标主机，这称为直接交付；否则，路由器通过路由表查找路由信息，并将数据包转交给指明的下一跳路由器，这称为间接交付。2、IP分片一个IP包从源主机传输到目标主机可能需要经过多个不同的物理网络。由于各种网络的数据帧都有一个最大传输单元(MTU)的限制，如以太网帧的MTU是1500；因此，当路由器在转发IP包时，如果数据包的大小超过了出口链路的最大传输单元时，则会将该IP分组分解成很多足够小的片段，以便能够在目标链路上进行传输。这些IP分片重新封装一个IP包独立传输，并在到达目标主机时才会被重组起来。3、IP分组结构一个IP分组由首部和数据两部分组成。首部的前20字节是所有IP分组必须具有的，也称固定首部。在首部固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。扩展资料：五种地址等级在设计IP时，着眼于路由与管理上的需求，因此制定了5种IP地址的等级。不过，一般最常用到的便是A、B、C类这三种等级的IP地址。5种等级分别使用不同长度的网络地址，因此适用于大、中，小型网络。IP地址的管理机构可根据申请者的网络规模，决定要赋予哪种等级。传统IP地址的运行方式，由于以等级来划分，因此称为等级式的划分方式。相对的，后来又产生了无等级的划分方式，也就时CIDR。
IP协议是TCP/IP的核心协议之一，其作用主要是用于主机与网关、网关与网关、主机与主机之间的通信。功能包括IP的寻址、面向无连接数据报传送和数据报路由选择等。

TCP/IP协议（又名：网络通讯协议）即传输控制协议/互联网协议，是一个网络通信模型，以及一整个网络传输协议家族。这一模型是Internet最基本的协议，也是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。 其定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。TCP负责发现传输的问题，而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。 为了减少网络设计的复杂性，大多数网络都采用分层结构。对于不同的网络，层的数量、名字、内容和功能都不尽相同。在相同的网络中，一台机器上的第N层与另一台机器上的第N层可利用第N层协议进行通信，协议基本上是双方关于如何进行通信所达成的一致。不同机器中包含的对应层的实体叫做对等进程。在对等进程利用协议进行通信时，实际上并不是直接将数据从一台机器的第N层传送到另一台机器的第N层，而是每一层都把数据连同该层的控制信息打包交给它的下一层，它的下一层把这些内容看做数据，再加上它这一层的控制信息一起交给更下一层，依此类推，直到最下层。最下层是物理介质，它进行实际的通信。相邻层之间有接口，接口定义下层向上层提供的原语操作和服务。相邻层之间要交换信息，对等接口必须有一致同意的规则。层和协议的集合被称为网络体系结构。每一层中的活动元素通常称为实体，实体既可以是软件实体，也可以是硬件实体。第N层实体实现的服务被第N+1层所使用。在这种情况下，第N层称为服务提供者，第N+1层称为服务用户。服务是在服务接入点提供给上层使用的。服务可分为面向连接的服务和面向无连接的服务，它在形式上是由一组原语来描述的。这些原语可供访问该服务的用户及其他实体使用。TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通讯完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接的所以只能用于端到端的通讯。TCP提供的是一种可靠的数据流服务，采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，所谓窗口实际表示接收能力，用以限制发送方的发送速度。如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包，那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。TCP将它的信息送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层，设备驱动程序和物理介质，最后到接收方。 面向连接的服务（例如 Telnet、 FTP、 rlogin、 X Windows和 SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收 域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。

在TCP/IP协议有四层。1、应用层：应用层是TCP/IP协议的第一层，是直接为应用进程提供服务的。2、运输层：作为TCP/IP协议的第二层，运输层在整个TCP/IP协议中起到了中流砥柱的作用。且在运输层中，TCP和UDP也同样起到了中流砥柱的作用。3、网络层：网络层在TCP/IP协议中的位于第三层。在TCP/IP协议中网络层可以进行网络连接的建立和终止以及IP地址的寻找等功能。4、网络接口层：在TCP/IP协议中，网络接口层位于第四层。由于网络接口层兼并了物理层和数据链路层所以，网络接口层既是传输数据的物理媒介，也可以为网络层提供一条准确无误的线路。网际互联层网际互联层对应于OSI参考模型的网络层，主要解决主机到主机的通信问题。它所包含的协议设计数据包在整个网络上的逻辑传输。注重重新赋予主机一个IP地址来完成对主机的寻址，它还负责数据包在多种网络中的路由。该层有三个主要协议：网际协议（IP）、互联网组管理协议（IGMP）和互联网控制报文协议（ICMP）。IP协议是网际互联层最重要的协议，它提供的是一个可靠、无连接的数据报传递服务。
TCP/IP协议分为如下4层: 网络接口层：负责接收和发送物理帧网络层：负责相邻节点之间的通信传输层：负责起点到终点的通信应用层：提供诸如文件传输、电于邮件等应用程序 要把数据以TCP/IP协议方式从一台计算机传送到另-台计算机，数据需经过上述四层通讯软件的处理才能在物理网络中传输。

原理如下图：IP包头字段说明：版本：4位，指定IP协议的版本号。包头长度(IHL)：4位，IP协议包头的长度，指明IPv4协议包头长度的字节数包含多少个32位。由于IPv4的包头可能包含可变数量的可选 项，所以这个字段可以用来确定IPv4数据报中数据部分的偏移位置。IPv4包头的最小长度是20个字节，因此IHL这个字段的最小值用十进制表示就是5 (5x4 = 20字节)。就是说，它表示的是包头的总字节数是4字节的倍数。服务类型：定义IP协议包的处理方法，它包含如下子字段。过程字段：3位，设置了数据包的重要性，取值越大数据越重要，取值范围为：0（正常）~ 7（网络控制）。延迟字段：1位，取值：0（正常）、1（期特低的延迟）。流量字段：1位，取值：0（正常）、1（期特高的流量）。可靠性字段：1位，取值：0（正常）、1（期特高的可靠性）。成本字段：1位，取值：0（正常）、1（期特最小成本）。未使用：1位。长度：IP包的总长。认证：标志：是一个3位的控制字段，包含：保留位：1位。不分段位：1位，取值：0（允许数据报分段）、1（数据报不能分段）。更多段位：1位，取值：0（数据包后面没有包，该包为最后的包）、1（数据包后面有更多的包）。段偏移量：当数据分组时，它和更多段位（MF, More fragments）进行连接，帮助目的主机将分段的包组合。TTL：表示数据包在网络上生存多久，每通过一个路由器该值减一，为0时将被路由器丢弃。协议：8位，这个字段定义了IP数据报的数据部分使用的协议类型。常用的协议及其十进制数值包括ICMP(1)、TCP(6)、UDP(17)。校验和：16位，是IPv4数据报包头的校验和。IP是Internet Protocol（网际互连协议）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。目前，电视节目直播信号选择通过IP传输方式来实现，主要是依靠通信运营商的网络。直播信号经过发送端编码设备编码后形成能在通信网络中传输的数据流，并附加了接收端在通信网络中所对应的唯一IP地址，当数据流到达接收端，再通过解码设备解码生成所需的视音频信号。IP编解码设备接入通信网络的技术已经日趋成熟，接入网络的方式也变得越来越丰富，既能通过有线网络和无线WiFi接入，又可以使用移动数据4G网络接入。可以说，只要有网络覆盖，就能实现电视节目直播信号的IP传输。IP传输系统具有结构简单、安全高效以及传输成本低等特点，既能很好地作为传统电视直播信号传输方式的补充，又能在一定程度上降低节目制作的成本。同时，在我国通信技术不断发展、通信基础设施不断完善的背景下，电视直播信号基于IP网络的传输技术也会越来越成熟和完善。物联网作为Internet延伸与扩展的网络，在其构建的过程中，对IP协议进行合理地引入是非常必要的。由于物联网中的物品之间需要进行信息通信，所以保证网络传输的畅通是最为基本的前提条件，IP地址缺乏成为制约企业物联网建设的关键性因素之一，而IPv6协议的出现给这一问题的解决提供了途径，这是因为IPv6有大量的地址空间。IP协议的优势在如下几个方面上体现：一是开放性。IP协议由IETF（互联网工程任务组）负责规范，在这一前提下，使得IP协议具有了开放性的特点，该特点为IP协议的应用提供了广阔的空间。二是轻量级。各种轻量级IP协议栈的发布，为IP协议的推广应用奠定了坚实基础，可支持多种不同的应用场合。三是稳定性。在全球范围内IP协议得到广泛使用，这与其架构本身所具备的稳定性有着密不可分的关联。四是可扩展性。IPv6协议有着大量的地址空间，物联网连接的所有设备都能够分配到一个相应的IP地址。同时，IP可以为网络设备之间提供通信，整个过程无需转换网关，也不需要配置中间协议。正是因为IP协议所具备的上述特点和优势，使其在物联网建设中发挥着不可替代的作用，也奠定了不可动摇的地位。
IP分组的分段原理是：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。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的格式不同。相关如下。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。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。