一、IP协议的概念

　　IP（Internet Protocol）网模式即互联网方式，在因特网中采用TCP/IP协议簇进行数据传送，IP协议是TCP/IP协议（传输控制协议/网际协议）簇中两个最重要的协议之一。IP协议以信息包为基础，位于OSI七层模型中的网络层。与IP协议在同一层中配套使用的还有三个协议：即地址解码协议ARP（Address Resolution Protocol）；逆地址解码协议RARP(Reverse Address Resolution Protocol)；Internet 控制报文协议(Internet Control Message Protocol)。

　　IP协议通过计算机网络交换数据、处理寻址、分割、拼接及协议信号分解。IP协议是所有其它IP协议套件的基础。作为网络层协议、IP包含寻址和控制允许数据报（datagram）传递的信息。

　　二、IP协议的作用

　　TCP/IP是由100多个网络传输协议构成的庞大的协议族，其中最重要的协议是传输控制协议（TCP）和网际协议（IP）。IP负责信息的实际传送，TCP负责保证所传送信息的正确性，在实际传输过程中，TCP/IP主要完成以下功能：首先，TCP协议把数据分成若干个数据报，并将每个数据报加上一个TCP报头（形象称为信封）写上数据报的编号，以便在接收端把数据还原成原来的格式；之后，IP协议把每个TCP信封再套上一个IP信封，在上面写上接收主机的地址。有了IP，信封就可以在物理网络中传输数据了；由于传输路径的不同，可能会出现顺序颠倒，数据丢失或重复，这些由TCP协议来处理，它具有检查和纠错的功能，必要时还可以请求重发。也就是说，IP负责数据的传输，TCP负责数据的可靠传输。

　　三、IP地址及其表示方法

　　IP地址表示IP数据报将要发送到的位置，其实就是连接到Internet上的主机分配的一个全世界范围内唯一的32比特地址，分为A、B、C、D、E五类，常用的A类、B类、C类地址都是由网络号字段（net-id）和主机号字段(host-id)两个字段组成。某些IP地址保留为特殊用途，不能用于主机、子网或网络地址。掩码用来识别IP地址中网络号的位数。当使用掩码确定一个网络中的子网时，这个掩码就认为是子网掩码(Sub Net Masking)，它的用途就是通知TCP/IP主机，32位的IP地址的哪些位对应网络地址，哪些位对应主机地址。子网的划分是由于当初IP地址的设计存在很多不合理的地方，使得各类网络和主机的使用数量存在很大的差别并且庞大和不好管理，IP地址使用时也会造成很大浪费。而且IP地址的这种编址方法还存在着许多缺陷，最明显的就是地址是指向网络连接，而不是某台主机。通过子网划分，即将一个大的网络划分成若干相对较小的网，并用路由器连接，可以更大程度地利用网络带宽，很好地解决以上问题。

　　IP地址一般采用点分十进制表示法来表示，即将32位比特的IP地址分成4个8比特，再用其等效的十进制数字来表示，并在这四个数字之间加上一个点，这就是点分十进制表示方法(dotted decimal notation)。 四、IP地址与物理地址

　　IP地址是网络层以上使用的地址，在数据链路层以下使用的则是物理地址。物理地址是在单个网络中对一台计算机进行寻址时使用的地址。在局域网中，物理地址已固化在网络适配器的ROM中，因此将物理地址称为硬件地址或MAC(Media Access Control，介质访问控制)地址。物理地址有两种，分别是以以太网的巨大而固定的物理地址和局域网的小而易于配置的物理地址为代表，对于后者其地址转换是通过直接映射进行的，非常简单。以太网的物理地址与IP地址之间的转换，则非常复杂。IP地址放在IP数据报的报头（header），而MAC地址是放在MAC帧的报头。每个IP数据报都有一个报头，它是一个比特序列，用于标记数据报以及控制该数据的管理方式。

　　在IP层抽象的互联网上，我们看到的只是IP数据报，在IP数据报的报头记录着该数据报的源IP地址和目的IP地址，中间经过的路由器的IP地址不记录在IP数据报的报头中，而且路由器只根据目的IP地址进行选路。在具体的物理网络上的链路层，我们看到的就是MAC帧，在不同的网络上进行MAC帧传送时，其报头是不同的。

　　五、IP路由器

　　路由器（ROUTER）是Internet中最为重要的设备之一，当数据从一个网络传输到路由器时，路由器需要根据所要达到的目的地，为其选择一条最佳路径，指明数据应该沿着哪个方向传输。如果所选路径比较拥挤，路由器负责指挥数据排队等待。

　　一个路由器并不连接所有站点，它只连通相邻的站点，信息是由路由器一个一个站点转送达到目的地。路由器的基本功能和操作流程是：首先，识别网络层地址和选择路由，也称打包。当路由器接到接收到一个信息包时，先将链路层所加的包头去掉，只看网络层地址，根据目的站点的地址确定目的网络号，查找路由表，找出与目的网络号对应的本路由器输出接口号和下一个站点的IP地址（即下一个将接收报文的与本路由器接在同一个网络的路由器接口的IP地址）。网络接口软件调用APP（地址转换协议）将下一个路由器的IP地址映射成MAC（物理）地址，再将原IP数据包封装成适合下一个网络传输的数据再重新进行转发，路由器可以根据链路速率，传输开销，时延、拥塞情况等参数优先路由。此外，路由器还可以隔离子网，连通广域网，提供安全保障和管理控制。

　　六、IP网络的特点

　　对于数据传输，IP网络具有以下特点：

　　（1）路由器根据IP数据包所含目的地址来选择路由，各数包的长度可以不同，同一用户信息的各个数据包可以选择不同的路由传送。

　　（2）路由器对输入的数据包不进行流量控制。当到达的数据包过于密集时，路由器按先来后到的原则使后到的排队等候，故路由器转发数据包的时延随业务量而变化。

　　（3）当资源不足时，就丢掉来不及处理的IP数据包。在IP的目的地，终端的TCP层会检验出IP数据包的丢失，要求源端重发，因此会出现时延。

　　（4）路由器对输入的IP数据包不纠错，接收端的TCP层发现错误后，也要求源端重发，因此也会出现时延。

　　对于会出现时延的情况，人们参考了第二层交换机的优点，发展IP层的交换，把原来由通用处理器所做的工作交由ASIC的芯片完成，将快速交换与路由结合，这就是交换式路由器。于是可以大幅度提高处理速度，使网络的利用率提高。其交换速度比传统路由器的速度高出几十到百倍，其时延和时延抖动在微秒数量级，这样可很好地解决时延问题。

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