计算机网络 - IP 协议

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2023-12-01

IP 协议简介

IP 协议位于 TCP/IP 协议的第三层——网络层。与传输层协议相比，网络层的责任是提供点到点(hop by hop)的服务，而传输层（TCP/UDP）则提供端到端(end to end)的服务。

IP 地址的分类

A类地址

B类地址

C类地址

D 类地址

广播与多播

广播和多播仅用于UDP（TCP是面向连接的）。

广播
一共有四种广播地址：
1. 受限的广播
  受限的广播地址为255.255.255.255。该地址用于主机配置过程中IP数据报的目的地址，在任何情况下，router不转发目的地址为255.255.255.255的数据报，这样的数据报仅出现在本地网络中。
2. 指向网络的广播
  指向网络的广播地址是主机号为全1的地址。A类网络广播地址为netid.255.255.255，其中netid为A类网络的网络号。
  一个router必须转发指向网络的广播，但它也必须有一个不进行转发的选择。
3. 指向子网的广播
  指向子网的广播地址为主机号为全1且有特定子网号的地址。作为子网直接广播地址的IP地址需要了解子网的掩码。例如，router收到128.1.2.255的数据报，当B类网路128.1的子网掩码为255.255.255.0时，该地址就是指向子网的广播地址；但是如果子网掩码为255.255.254.0，该地址就不是指向子网的广播地址。
4. 指向所有子网的广播
  指向所有子网的广播也需要了解目的网络的子网掩码，以便与指向网络的广播地址区分开来。指向所有子网的广播地址的子网号和主机号为全1.例如，如果子网掩码为255.255.255.0，那么128.1.255.255就是一个指向所有子网的广播地址。
  当前的看法是这种广播是陈旧过时的，更好的方式是使用多播而不是对所有子网的广播。
  广播示例:
  PING 192.168.0.255 (192.168.0.255): 56 data bytes
  64 bytes from 192.168.0.107: icmp_seq=0 ttl=64 time=0.199 ms
  64 bytes from 192.168.0.106: icmp_seq=0 ttl=64 time=45.357 ms
  64 bytes from 192.168.0.107: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.203 ms
  64 bytes from 192.168.0.106: icmp_seq=1 ttl=64 time=269.475 ms
  64 bytes from 192.168.0.107: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.102 ms
  64 bytes from 192.168.0.106: icmp_seq=2 ttl=64 time=189.881 ms
可以看到的确收到了来自两个主机的答复，其中 192.168.0.107 是本机地址。
多播
多播又叫组播，使用D类地址，D类地址分配的28bit均用作多播组号而不再表示其他。
多播组地址包括1110的最高4bit和多播组号。它们通常可以表示为点分十进制数，范围从224.0.0.0到239.255.255.255。
多播的出现减少了对应用不感兴趣主机的处理负荷。
多播的特点：
- 允许一个或多个发送者（组播源）发送单一的数据包到多个接收者（一次的，同时的）的网络技术
- 可以大大的节省网络带宽，因为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包
- 多播技术的核心就是针对如何节约网络资源的前提下保证服务质量。

多播示例：
    PING 224.0.0.1 (224.0.0.1): 56 data bytes
    64 bytes from 192.168.0.107: icmp_seq=0 ttl=64 time=0.081 ms
    64 bytes from 192.168.0.106: icmp_seq=0 ttl=64 time=123.081 ms
    64 bytes from 192.168.0.107: icmp_seq=1 ttl=64 time=0.122 ms
    64 bytes from 192.168.0.106: icmp_seq=1 ttl=64 time=67.312 ms
    64 bytes from 192.168.0.107: icmp_seq=2 ttl=64 time=0.132 ms
    64 bytes from 192.168.0.106: icmp_seq=2 ttl=64 time=447.073 ms
    64 bytes from 192.168.0.107: icmp_seq=3 ttl=64 time=0.132 ms
    64 bytes from 192.168.0.106: icmp_seq=3 ttl=64 time=188.800 ms

BGP

边界网关协议（BGP）是运行于 TCP 上的一种自治系统的路由协议
BGP 是唯一一个用来处理像因特网大小的网络的协议，也是唯一能够妥善处理好不相关路由域间的多路连接的协议
BGP是一种外部网关协议（Exterior Gateway Protocol，EGP），与OSPF、RIP等内部网关协议（Interior Gateway Protocol，IGP）不同，BGP不在于发现和计算路由，而在于控制路由的传播和选择最佳路由
BGP使用TCP作为其传输层协议（端口号179），提高了协议的可靠性
BGP既不是纯粹的矢量距离协议，也不是纯粹的链路状态协议
BGP支持CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类别域间路由）
路由更新时，BGP只发送更新的路由，大大减少了BGP传播路由所占用的带宽，适用于在Internet上传播大量的路由信息
BGP路由通过携带AS路径信息彻底解决路由环路问题
BGP提供了丰富的路由策略，能够对路由实现灵活的过滤和选择
BGP易于扩展，能够适应网络新的发展

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参考资料