学习笔记-IP

重点纪要

IP协议笔记  IP（Internet Protocol)

IP地址（IP address）

子网掩码（subnet mask）

IP路由（IP router）

IP 5类范围

A类 1-26

B类 128-191

C类 192-223

D类 224-239组播（多播）

E类 240-254科研

子网掩码ABC类型IP默认子网掩码

A类 255.0.0.0

B类 255.255.0.0

C累 255.255.255.0

IP地址网段

A类 10.0.0.1-10.255.255.254

B类 172.16.0.1-172.16.31.254

C类 192.168.0.1-192.168.255.254

名字  地址范围      地址数量        有类别的描述     最大的CIDR地址块

24位块 10.0.0.0–10.255.255.255 16,777,216 一个A类                10.0.0.0/8

20位块 172.16.0.0–172.31.255.255 1,048,576 连续的16个B类        172.16.0.0/12

16位块 192.168.0.0–192.168.255.255 65,536        连续的256个C类        192.168.0.0/16

7 应用层

application layer 例如HTTP、SMTP、SNMP、FTP、Telnet、SIP、SSH、NFS、RTSP、XMPP、Whois、ENRP

6 表示层

presentation layer 例如XDR、ASN.1、SMB、AFP、NCP

5 会话层

session layer 例如ASAP、SSH、ISO 8327 / CCITT X.225、RPC、NetBIOS、ASP、Winsock、BSD sockets

4 传输层

transport layer 例如TCP、UDP、TLS、RTP、SCTP、SPX、ATP、IL

3 网络层

network layer 例如IP、ICMP、IGMP、IPX、BGP、OSPF、RIP、IGRP、EIGRP、ARP、RARP、X.25

2 数据链路层

data link layer 例如以太网、令牌环、HDLC、帧中继、ISDN、ATM、IEEE 802.11、FDDI、PPP

1 物理层

physical layer 例如线路、无线电、光纤

IPv6编址

IPv6具有比IPv4大得多的编码地址空间。这是因为IPv6采用了128位的地址，而IPv4使用的是32位。因此新增的地址空间支持2128（约3.4 ×1038）个地址，具体数量为340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 个，也可以说成1632个，因为32位地址每位可以取16个不同的值。

网络地址转换是目前减缓IPv4地址耗尽最有效的方式，而IPv6的地址消除了对他的依赖，被认为足够在可以预测的未来使用。就以地球人口70亿人计算，每人平均可分得约4.86×1028（486117667*1020）个IPv6地址。

IPv6从IPv4到IPv6最显著的变化就是网络地址的长度。RFC 2373和RFC 2374定义的IPv6地址有128位长；IPv6地址的表达形式一般采用32个十六进制数。

在很多场合，IPv6地址由两个逻辑部分组成：一个64位的网络前缀和一个64位的主机地址，主机地址通常根据物理地址自动生成，叫做EUI-64（或者64-位扩展唯一标识）

IPv6格式

IPv6二进位制下为128位长度，以16位为一组，每组以冒号“:”隔开，可以分为8组，每组以4位十六进制方式表示。例如：2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344 是一个合法的IPv6地址。

同时IPv6在某些条件下可以省略：

每项数字前导的0可以省略，省略后前导数字仍是0则继续，例如下组IPv6是相等的。

2001:0DB8:02de:0000:0000:0000:0000:0e13

2001:DB8:2de:0000:0000:0000:0000:e13

2001:DB8:2de:000:000:000:000:e13

2001:DB8:2de:00:00:00:00:e13

2001:DB8:2de:0:0:0:0:e13

可以用双冒号“::”表示一组0或多组连续的0，但只能出现一次：

如果四组数字都是零，可以被省略。遵照以上省略规则，下面这两组IPv6都是相等的。

2001:DB8:2de:0:0:0:0:e13

2001:DB8:2de::e13

2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab

2001:0DB8:0000:0000:0000::1428:57ab

2001:0DB8:0:0:0:0:1428:57ab

2001:0DB8:0::0:1428:57ab

2001:0DB8::1428:57ab

2001::25de::cade 是非法的，因为双冒号出现了两次。它有可能是下种情形之一，造成无法推断。

2001:0000:0000:0000:0000:25de:0000:cade

2001:0000:0000:0000:25de:0000:0000:cade

2001:0000:0000:25de:0000:0000:0000:cade

2001:0000:25de:0000:0000:0000:0000:cade

如果这个地址实际上是IPv4的地址，后32位可以用10进制数表示；因此::ffff:192.168.89.9 相等于::ffff:c0a8:5909，但不等于::192.168.89.9 和::c0a8:5909。

另外，::ffff:1.2.3.4 格式叫做IPv4映射地址。而::1.2.3.4 格式叫做IPv4一致地址，目前已被取消。

IPv4位址可以很容易的转化为IPv6格式。举例来说，如果IPv4的一个地址为135.75.43.52（十六进制为0x874B2B34），它可以被转化为0000:0000:0000:0000:0000:ffff:874B:2B34 或者::ffff:874B:2B34。同时，还可以使用混合符号（IPv4-compatible address），则地址可以为::ffff:135.75.43.52。

IPv6地址的分类

IPv6地址可分为三种：[8]

单播（unicast）地址

单播地址标示一个网络接口。协议会把送往地址的数据包投送给其接口。IPv6的单播地址可以有一个代表特殊地址名字的范畴，如link-local地址和唯一区域地址（ULA，unique local address）。单播地址包括可聚类的全球单播地址、链路本地地址等。

任播（anycast）地址

Anycast是IPv6特有的数据发送方式，它像是IPv4的Unicast（单点传播）与Broadcast（多点广播）的综合。IPv4支持单点传播和多点广播，单点广播在来源和目的地间直接进行通信；多点广播存在于单一来源和多个目的地进行通信。

而Anycast则在以上两者之间，它像多点广播（Broadcast）一样，会有一组接收节点的地址栏表，但指定为Anycast的数据包，只会发送给距离最近或发送成本最低（根据路由表来判断）的其中一个接收地址，当该接收地址收到数据包并进行回应，且加入后续的传输。该接收列表的其他节点，会知道某个节点地址已经回应了，它们就不再加入后续的传输作业。

以目前的应用为例，Anycast地址只能分配给路由器，不能分配给电脑使用，而且不能作为发送端的地址。

多播（multicast）地址

多播地址也称组播地址。多播地址也被指定到一群不同的接口，送到多播地址的数据包会被发送到所有的地址。多播地址由皆为一的字节起始，亦即：它们的前置为FF00::/8。其第二个字节的最后四个比特用以标明"范畴"。

一般有node-local(0x1)、link-local(0x2)、site-local(0x5)、organization-local(0x8)和global(0xE)。多播地址中的最低112位会组成多播组群识别码，不过因为传统方法是从MAC地址产生，故只有组群识别码中的最低32位有使用。定义过的组群识别码有用于所有节点的多播地址0x1和用于所有路由器的0x2。

另一个多播组群的地址为"solicited-node多播地址"，是由前置FF02::1:FF00:0/104和剩余的组群识别码（最低24位）所组成。这些地址允许经由邻居发现协议（NDP，Neighbor Discovery Protocol）来解译链接层地址，因而不用干扰到在区网内的所有节点。

特殊地址

IANA维护官方的IPv6地址空间列表[9]。全域的单播地址的分配可在各个区域互联网注册管理机构或（英文）GRH DFP pages找到。

IPv6中有些地址是有特殊含义的：

未指定地址

::/128－所有比特皆为零的地址称作未指定地址。这个地址不可指定给某个网络接口，并且只有在主机尚未知道其来源IP时，才会用于软件中。路由器不可转送包含未指定地址的数据包。

链路本地地址

::1/128－是一种单播绕回地址。如果一个应用程序将数据包送到此地址，IPv6堆栈会转送这些数据包绕回到同样的虚拟接口（相当于IPv4中的127.0.0.1/8）。

fe80::/10－这些链路本地地址指明，这些地址只在区域连接中是合法的，这有点类似于IPv4中的169.254.0.0/16。

唯一区域位域

fc00::/7－唯一区域地址（ULA，unique local address）只可在一群网站中遶送。这定义在RFC 4193中，是用来替换站点本地位域。这地址包含一个40比特的伪随机数，以减少当网站合并或数据包误传到网络时碰撞的风险。这些地址除了只能用于区域外，还具备全域性的范畴，这点违反了唯一区域位域所替换的站点本地地址的定义。

多播地址

ff00::/8－这个前置表明定义在"IP Version 6 Addressing Architecture"（RFC 4291）中的多播地址[10]。其中，有些地址已用于指定特殊协议，如ff0X::101对应所有区域的NTP服务器（RFC 2375）。

请求节点多播地址（Solicited-node multicast address）

ff02::1:FFXX:XXXX－XX:XXXX为相对应的单播或任播地址中的三个最低的字节。

IPv4转译地址

::ffff:x.x.x.x/96－用于IPv4映射地址。（参见以下的转换机制）。

2001::/32－用于Teredo隧道。

2002::/16－用于6to4。

ORCHID

2001:10::/28－ORCHID (Overlay Routable Cryptographic Hash Identifiers)（RFC 4843）。这些是不可遶送的IPv6地址，用于加密散列识别。

文件

2001:db8::/32－这前置用于文件（RFC 3849）。这些地址应用于IPV6地址的示例中，或描述网络架构。

遭舍弃或删除的用法

::/96－这个前置曾用于IPv4兼容地址，现已删除。

fec0::/10－这个站点本地前置指明这地址只在组织内合法。它已在2004年9月的RFC3879中舍弃，并且新系统不应该支持这类型的地址。

IPv6数据包

IPv6数据包的架构说明。

IPv6数据包由两个主要部分组成：头部和负载。

包头是包的前64比特并且包含有源和目的地址，协议版本，通信类别（8位，包优先级），流标记（20比特，QoS服务质量控制），分组长度（16位），下一个头部（用于入栈解码，类似IPv4中的协议号），和跳段数限制（8位，生存时间，相当于IPv4中的TTL）。后面是负载。MTU至少1280字节长，在常见的以太网环境中为1500字节。负载在标准模式下最大可为65535字节，如果扩展报头设置了"jumbo payload"选项，则长度值被置为0。

IPv6曾有两个有着细微差别的版本；在RFC 1883中定义的原始版本（现在废弃）和RFC 2460中描述的现在提议的标准版本。两者主要在通信类别这个选项上有所不同，它的位数由4位变为了8位。其他的区别都是微不足道的。

分段（Fragmentation）只在IPv6的主机中被处理。在IPv6中，可选项都被从标准头部中移出并在协议字段中指定，类似于IPv4的协议字段功能。