向上传输层接口
无连接服务，即数据报服务
有连接服务，即虚电路服务
IP协议
IP地址
IPv4
分类IP地址
- A类地址：网络号1字节，主机号3字节
- 网络号全0：本网络
- 网络号后7位全1：本地软件环回测试IP数据报
- B类地址：网络号2字节，主机号2字节
- 网络号后15位全0：不指派
- C类地址：网络号3字节，主机号1字节
- 网络号后22位全0：不指派
- D类地址：前4位为1110，后28位为多播组标识
- 后28位全0为本地网络多播
特殊地址
- 特殊网络号
- IP地址全1
- 本网络广播
- A类地址
- 网络号全0：本网络
- 网络号后7位全1：本地软件环回测试IP数据报
- B类地址
- 网络号后15位全0：不指派
- C类地址
- 网络号后22位全0：不指派
- IP地址全1
- 特殊主机号
- 主机号全0：本机地址
- 网络号仍为所在网络的网络号
- 主机号全1：本网络上的所有主机
- 主机号全0：本机地址
子网划分
XX.YY.ZZ.WW/UU UU为网络号+子网号的位数
子网掩码：对应仅在网络号+子网号部分为1，其他为0的IP地址
无类域间路由CIDR
使用子网掩码（地址掩码）的两级编址
- 缓解IPv4地址耗尽问题的治标不治本策略
不规定明确的网络号位数，而通过每个地址块的子网掩码长度确定网络号位数
CIDR地址块：网络前缀相同的连续IP地址
- 比A-B-C分类更灵活
- A-B-C两类间差距过大
- 以*替代CIDR地址块地址末尾的连续0
路由聚合（构成超网）
由于采用CIDR，路由表间信息交换减少
最长前缀匹配
查找路由时选择具有最长前缀匹配的网络号发送
IPv6
- 128位地址
- 地址层次结构
IP数据报
IPv4数据报
- 版本
- 4位
- IPv4为4
- 决定路由器如何解读IP数据报
- 首部长度
- 4位
- 单位为4字节
- 首部的长度必须是4字节的整数倍
- 不足用填充部分补足
- 最小为5（20字节，仅首部固定部分）
- 最大为15（60字节）
- 区分服务
- 8位
- 一般不用
- 总长度
- 16位
- 单位为1字节
- 一个IP数据报的最大长度为65535字节
- 不能超过使用的数据链路层的MTU
- 超过时需要分片
- 标识
- 16位
- 标识相同的数据报来自同一个数据报分片组
- 标志
- 3位
- DF
- 从左到右第2位
- Don't Fragment
- DF = 0（false）时可分片
- MF
- 从左到右第3位
- More Fragment
- MF = 0（false）时是最后一个分片
- 片偏移
- 13位
- 单位为8字节
- 存放该数据包的数据部分起点与分片前的数据部分起点的偏移量
- 生存时间TTL
- 8位
- 还能再被多少次转发（跳数）
- TTL = 0时丢弃该数据报
- 协议
- 8位
- 该数据报的上层协议
- TCP=6，UDP=17
- 首部检验和
- 16位
- 只检验首部部分
- 为节省计算量，不使用CRC
- 发送方
- 先把首部检验和置全0
- 将数据报以16位为步长划分
- 所有16位字相加，结果取反码，置于首部检验和
- 接收方
- 将数据报以16位为步长划分
- 所有16位字相加
- 结果为0则收下，不为0则丢弃
- 发送方
- 源地址
- 32位
- 目的地址
- 32位
IPv6数据报
- 基本首部固定为40字节
- 版本
- 4位
- IPv6为6
- 通信量类
- 8位
- 区分不同数据报的种类和优先级
- 流标号
- 20位
- 用于实时数据传送
- 有效载荷长度
- 16位
- 单位为1字节
- 该数据报除去基本首部以外的长度
- 下一个首部
- 8位
- 如果数据报没有扩展首部
- 指明该数据报的上层协议
- TCP=6，UDP=17
- 如果数据报有扩展首部
- 指明第一个扩展首部的类型
- 逐跳选项
- 路由选择
- 分片
- 鉴别
- 封装安全有效载荷
- 目的站选项
- 指明第一个扩展首部的类型
- 跳数限制
- 8位
- 同TTL
- 源地址
- 128位
- 目的地址
- 128位
IPv4过渡为IPv6
双协议栈
有双协议栈的主机或路由器完成IPv4和IPv6地址间转换
- 双协议栈机器分别持有IPv4地址和IPv6地址
- 使用DNS确定是否需要转换
- IPv6转换为IPv4存在信息损失
隧道技术
有双协议栈的主机或路由器完成IPv4和IPv6数据报间转换
- 双协议栈发送方将IPv6数据报作为IPv4数据报的数据部分封装
- IPv4数据报的源地址是该发送方
- 置协议字段为41，通知接收方拆解
- 双协议栈接收方将IPv6数据报从IPv4数据报的数据部分中提取
- IPv4数据报的目的地址是该接收方
IP多播
- 使用D类IP地址
- 1110+28位多播地址
- 尽力地把数据报投递给组成员
- 不保证投递成功
- 在本地局域网上多播无需路由协议
- 路由器不转发该数据报
网际组管理协议IGMP
让多播路由器知道在本地局域网上的多播组中主机进程情况
地址解析协议ARP
动态主机配置协议DHCP
网络地址转换NAT
提供从内部网络IP地址到全球IP地址的转换
- 违反IP架构模型
- 可能有多台主机共用一个IP地址
- 不是端到端的连接
- 从无连接网络变为有连接网络
- 网络层依赖传输层
- 传输层、应用层大量协议受限
网际控制报文协议ICMP
- 用IP数据报封装
- 差错报告报文
- 终点不可达：数据报无法到达目的地
- 超时：数据报超过TTL
- 参数问题：收到的数据报有错误或无法识别的协议参数
- 源点抑制：通知发送方减慢数据传输速度，用于网络拥塞
- 重定向：路由器告诉主机将由另一个路由器发送数据报
- 询问报文
- 回送请求和回答：发送方发送ICMP回送请求报文测试可达性，接收方必须发送ICMP回送回答报文
- Internet包探索器ping
- 时间戳请求和回答：用于时钟同步和时间测量
- 回送请求和回答：发送方发送ICMP回送请求报文测试可达性，接收方必须发送ICMP回送回答报文
路由选择协议
软件定义网络SDN
- 控制平面：路由选择对应的软件和逻辑
- 数据平面：基于硬件的对数据包的操作
