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文章目录

- IP 协议概述
- 异构网络互连
- IP 地址
- - IPv4
  - IPv6

IP 协议概述

网际协议(Internet Protocol，IP)是 TCP/IP 体系结构网际层中的核心协议，也是构成互联网的基础。

IP 协议是一种用于在计算机网络中传输数据的协议，是 TCP/IP 协议组中的网络层协议之一。它主要负责将数据包从源地址传输到目的地址，它通过 IP 地址来识别网络中的计算机和设备，实现了计算机之间的通信。

网际协议IP、传输控制协议 TCP、TCP/IP 体系结构是由“因特网之父” Robert Kahn 和 Vint cerf 二人共同研发的，1974年5月发布了 TCP/IP 的第一个版本。

设计 IP 的目的是为了解决互联网问题，实现大规模、异构网络的互联互通，并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。

在这里插入图片描述

IP 协议是一种无连接、不可靠的协议，它将数据包分割成一系列的数据包，每个数据包被称为 IP 数据报。每个 IP 数据报中都包含了发送方和接收方的 IP 地址，以及其他的控制信息。

异构网络互连

异构网络互连是指将不同种类的网络连接在一起，使它们能够相互交流与合作。在现代社会中，各种类型的网络正在迅速发展，包括物联网、移动网络、云计算网络等，这些网络在功能、技术和协议方面存在差异，因此如何将它们有效地连接起来成为一个具有挑战性的问题。

这些网络的拓扑、性能以及所使用的网络协议都不尽相同，这是由用户需求的多样性造成的，没有一种单一的网络能够适应所有用户的需求。

要将众多的异构型网络都互连起来，并且能够互相通信，则会面临许多需要解决的问题：

不同的网络接入机制
不同的差错恢复方法
不同的路由选择技术
不同的寻址方案
不同的最大分组长度
不同的服务(面向连接服务和无连接服务)

![[异构网络互连.png]]

IP 地址

IP 地址是 IP 协议的核心概念，用于唯一标识连接在Internet 上的所有主机、路由器和其他网络设备。IP 地址分为 IPv4 和 IPv6 两种类型。

IPv4 地址是由 4个字节 组成，通常表示成点分十进制格式，如 192.168.1.1。总共有 $2^{32}$ 种（大约 42 亿）
IPv6 地址则使用更长的 128 位，16个字节 来表示地址，示例格式如下：2001:0DB8:85A3:0000:0000:8A2E:0370:7334 总共有 $2^{128}$ 个（大约 340 万亿亿亿亿）。IPv4 的地址目前已耗尽，而 IPv6 的地址是根本用不完的。

IPv4

IPv4（Internet Protocol version 4）是互联网上最常用的 IP 协议版本。是给因特网（Intemnet）上的每一个主机（或路由器）的每一个接口分配的一个在全世界范围内唯一的32比特的标识符。它是互联网传输层协议栈中的网络层协议，用于为网络中的设备分配唯一的 IP 地址，并在网络上传输数据。

![[IPv4地址.png]]
IPv4地址格式：

32位地址：IPv4地址是一个32位的二进制数，通常表示为四个十进制数字，每个数字代表8位（一个字节），中间用点号分隔。例如：192.168.1.1。
子网掩码：子网掩码用于区分IP地址中的网络部分和主机部分。常见的子网掩码有255.255.255.0（/24）、255.255.0.0（/16）和255.0.0.0（/8）。

IPv4 地址空间的有限性导致了 IP 地址短缺问题。IPv4 地址共有约 42 亿个，但是随着互联网的快速发展，这个数量已经远远不够。2011年2月3日，因特网号码分配管理局（Internet Assigned Numbers Authority,IANA）（由ICANN行使职能）宣布，IPv4地址已经分配完毕。

IPv6

由于 IPv4 是在20世纪70年代末期设计的，其 IPv4 地址的设计存在以下缺陷：

IPv4 的设计者最初并没有想到该协议会在全球范围内广泛使用因此将IPv4地址的长度规定为他们认为足够长的32比特，
IPv4 地址早期的编址方法（分类的 IPv4 地址和划分子网的 IPv4 地址）也不够合理，造成 IPv4 地址资源的浪费。

如果没有网络地址转换 NAT 技术的广泛应用，IPv4 早已停止发展。然而，NAT仅仅是为了延长 IPv4 使用寿命而采取的权宜之计，解决 IPv4 地址耗尽的根本措施就是采用具有更大地址空间（IP地址的长度为128比特）的新版本IP，即IPv6。

IPv6（Internet Protocol version 6）是互联网协议的第六版，旨在解决 IPv4 地址耗尽问题，并提供更安全、更高效的网络通信。IPv6 的设计不仅增加了地址空间，还引入了许多新的特性和改进。

主要优势：

更大的地址空间：128位地址提供了几乎无限的地址空间，解决了IPv4地址耗尽的问题。
更简单的头部格式：固定40字节的头部，简化了处理过程，提高了转发效率。
内置的安全性：IPv6支持IPsec（Internet Protocol Security），提供了端到端的安全性。
自动配置：支持无状态地址自动配置（SLAAC），设备可以自动获取IPv6地址。
更好的移动性：支持移动IPv6（MIPv6），提高了移动设备的网络连接体验。
更高效的路由：更大的地址空间和更好的路由聚合能力，减少了路由表的大小，提高了路由效率。

但到目前为止，IPv6还只是草案标准阶段 [RFC2460，RFC4862，RFC4443]