[科普中國(guó)]-IP協(xié)議

IP（Internet Protocol）協(xié)議是TCP/IP協(xié)議族的核心組成部分，是目前應(yīng)用最廣的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議。IP層對(duì)應(yīng)于ISO/OSI七層參考模型中的網(wǎng)絡(luò)層。通過IP數(shù)據(jù)包和IP地址屏蔽掉了不同的物理網(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等）的幀格式、地址格式等各種底層物理網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)，使得各種物理網(wǎng)絡(luò)的差異性對(duì)上層協(xié)議不復(fù)存在，從而使網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成為可能。IP協(xié)議的主要功能有：無(wú)連接數(shù)據(jù)報(bào)傳送、數(shù)據(jù)報(bào)路由選擇和差錯(cuò)控制。

簡(jiǎn)介IP（Internet Protocol）協(xié)議，又稱網(wǎng)際協(xié)議，是TCP/IP協(xié)議的核心。它負(fù)責(zé)Internet上網(wǎng)絡(luò)之間的通信，并規(guī)定了將數(shù)據(jù)報(bào)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)所應(yīng)遵循的規(guī)則。具體來說，IP協(xié)議不但定義了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的基本單元和格式，還定義了數(shù)據(jù)報(bào)的遞交方法和路由選擇。此外，在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)之間進(jìn)行通信所必需的地址，也是通過IP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)的。

有了這種地址，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用戶之間才能夠方便地進(jìn)行通信。正是因?yàn)橛辛薎P協(xié)議，因特網(wǎng)才得以迅速發(fā)展成為世界上最大的、開放的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。因此，IP協(xié)議也稱之為“因特網(wǎng)協(xié)議”。

IP協(xié)議主要用于互聯(lián)異構(gòu)型網(wǎng)絡(luò)，例如將LAN與WAN（使用X.25技術(shù)）互聯(lián)。盡管這兩類網(wǎng)絡(luò)中采用的低層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不同，但通過網(wǎng)關(guān)中的IP可使LAN中的LLC幀和WAN中的X.25分組之間互相交換。各種網(wǎng)絡(luò)的幀格式、地址格式等差別很大，TCP/IP通過IP數(shù)據(jù)報(bào)和IP地址將它們統(tǒng)一起來，向上層（主要是傳輸層）提供統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)報(bào)，使低層物理幀的差異對(duì)上層協(xié)議不復(fù)存在，達(dá)到屏蔽低層、提供一致性的目的。

雖然IP協(xié)議保證了計(jì)算機(jī)之間可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)報(bào)，但它不負(fù)貢解決數(shù)據(jù)報(bào)傳達(dá)的可靠性等安全問題，這些安全因素主要由TCP協(xié)議負(fù)責(zé)完成。1

特點(diǎn)從某種意義上講，Internet是許多物理網(wǎng)絡(luò)的抽象，它不是互聯(lián)技術(shù)，不涉及物理網(wǎng)絡(luò)的細(xì)節(jié)，只提供與物理網(wǎng)絡(luò)的接口。以用戶觀點(diǎn)看，Internet是一個(gè)互聯(lián)所有主機(jī)的虛擬網(wǎng)絡(luò)，但可以提供與所有物理網(wǎng)絡(luò)同樣的功能。

從概念上講，Internet提供3層服務(wù)。最低層，無(wú)連接傳送，系統(tǒng)提供不可靠、無(wú)連接的服務(wù)，這是其他服務(wù)的基礎(chǔ)；第二層提供高可靠、面向連接的服務(wù)；第三層提供優(yōu)質(zhì)與應(yīng)用有關(guān)的服務(wù)。

IP數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議非常簡(jiǎn)單，僅能提供不可靠、無(wú)連接的傳送服務(wù)。不可靠即不保證分組成功傳送，對(duì)分組丟失、分組無(wú)序或重新傳送等問題，IP都不作檢測(cè)，也不通知發(fā)送端或接收端。無(wú)連接則是指每個(gè)分組被獨(dú)立地處理和傳送。其次，IP協(xié)議是點(diǎn)到點(diǎn)的。點(diǎn)到點(diǎn)通信的最大問題便是如何進(jìn)行恰當(dāng)路由選擇。2

提供服務(wù)IP協(xié)議是TCP/IP網(wǎng)際層的核心協(xié)議，也是整個(gè)TCP/IP模型中的核心協(xié)議之一。運(yùn)行IP協(xié)議的網(wǎng)際層可以為高層用戶提供的服務(wù)有如下3個(gè)：

（1）不可靠的數(shù)據(jù)投遞服務(wù)。這意味著IP不能保證數(shù)據(jù)報(bào)的可靠投遞，IP本身沒有能力證實(shí)發(fā)送的報(bào)文是否被正確接收。數(shù)據(jù)報(bào)可能在線路延遲、路由錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)報(bào)分片和重組等過程中受到損壞，但I(xiàn)P不檢測(cè)這些錯(cuò)誤。在錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，IP也沒有可靠的機(jī)制來通知發(fā)送方或接收方。

（2）面向無(wú)連接的傳輸服務(wù)。IP協(xié)議不維護(hù)IP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送后的狀態(tài)信息。從源節(jié)點(diǎn)到

目的節(jié)點(diǎn)的每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)可能經(jīng)過不同的傳輸路徑，并且每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的處理是相對(duì)獨(dú)立的，數(shù)據(jù)報(bào)在傳輸過程中數(shù)據(jù)報(bào)有可能丟失，有可能正確到達(dá)。

（3）盡最大努力投遞服務(wù)。盡管IP層提供的是面向非連接的不可靠服務(wù)，但是，IP并不隨意地丟棄數(shù)據(jù)報(bào)。只有當(dāng)系統(tǒng)的資源用盡、接收數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或網(wǎng)絡(luò)故障等狀態(tài)下，IP才被迫丟棄報(bào)文。3

版本1.IPv4

因特網(wǎng)采用的核心協(xié)議族是TCP/IP協(xié)議族。IP是TCP/IP協(xié)議族中網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議，是TCP/IP協(xié)議族的核心協(xié)議。目前IP協(xié)議的版本號(hào)是4（IPv4），發(fā)展至今已經(jīng)使用了30多年。

IPv4的地址位數(shù)為32位，也就是最多有232臺(tái)計(jì)算機(jī)可以連到Internet上。

2.IPv6

IPv6是下一版本的因特網(wǎng)協(xié)議，也可以說是下一代因特網(wǎng)的協(xié)議，它的提出最初是因?yàn)殡S著因特網(wǎng)的迅速發(fā)展，IPv4定義的有限地址空間將被耗盡，地址空間的不足必將妨礙因特網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。為了擴(kuò)大地址空間，擬通過IPv6重新定義地址空間。IPv6采用128位地址長(zhǎng)度，幾乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算，IPv6實(shí)際可分配的地址，整個(gè)地球的每平方米面積上仍可分配1000多個(gè)地址。和IPv4相比，IPv6的主要改變就是地址的長(zhǎng)度為128位，也就是說可以有2128個(gè)IP地址，相當(dāng)于1038。這么龐大的地址空間，足以保證地球上的每個(gè)人擁有一個(gè)或多個(gè)IP地址?？紤]到IPv6地址的長(zhǎng)度是原來的4倍，RFC1884規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)法建議把IPv6地址的128位（16個(gè)字節(jié)）寫成8個(gè)16位的無(wú)符號(hào)整數(shù)，每個(gè)整數(shù)用4個(gè)十六進(jìn)制位表示，這些數(shù)之間用冒號(hào)分開，例如841b:e34f:16ca:3e00:80:c8ee:fBed:bf26。在IPv6的設(shè)計(jì)過程中除了一勞永逸地解決了地址短缺問題以外，還考慮了在IPv4中解決不好的其他問題，主要有端到端IP連接、服務(wù)質(zhì)量、安全性、多播、移動(dòng)性和即插即用等。

3.IPv4向IPv6的過渡

IPv6是在IPv4的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，一個(gè)重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)是與IPv4兼容，因?yàn)椴豢赡芤罅⒓磳⑺薪Y(jié)點(diǎn)都轉(zhuǎn)變到新的協(xié)議版本中，這需要有一個(gè)過渡時(shí)期。IPv6比起IPv4，具有面向高性能的網(wǎng)絡(luò)（如ATM），同時(shí)，也可以在低帶寬的網(wǎng)絡(luò)（如無(wú)線網(wǎng)）上有效地運(yùn)行。

IPv4的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)將會(huì)在一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里與IPv6共存，許多業(yè)務(wù)仍然要在IPv4網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間，特別是IPv6不可能馬上提供全球的連接，很多IPv6的通信不得不在IPv4網(wǎng)絡(luò)上傳輸，因此過渡機(jī)制非常重要，需要業(yè)界的特別關(guān)注和重視。IPv4向IPv6過渡的過程是漸進(jìn)的，可控制的，過渡時(shí)期會(huì)相當(dāng)長(zhǎng)，而且網(wǎng)絡(luò)/終端設(shè)備需要同時(shí)支持IPv4和IPv6，最終的目標(biāo)是使所有的業(yè)務(wù)功能都運(yùn)行在IPv6的平臺(tái)上。4

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

閆曉東 - 副教授 - 中央民族大學(xué)信息工程學(xué)院