IPv4

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2013年8月6日 (二) 22:43109.73.78.99（讨论）的版本

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　　IPv4，英文全称：Internet Protocol version 4，中文意为“互联网协议版本4”，是互联网协议开发过程中的第四个修订版本，也是此协议第一个被广泛部署的版本。是第一个被广泛使用，构成现今互联网技术的基石的协议。Ipv4可以运行在各种各样的底层网络上，比如端对端的串行数据链路(PPP协议和SLIP协议) ，卫星链路等。局域网中最常用的是以太网（Ether)。

　　IPv4的下一个版本是IPv6。IPv6正处在不断发展和完善的过程中，在不久的将来将取代目前被广泛使用的IPv4。美国已经开始对已经与网络服务商签订IPv6协议的政府部门给与有条件的奖励政策。而欧盟希望跟随美国的步伐，促使其成员国的政府部门在这次转型过程中起到带头作用。

　　IPv4与IPv6均是标准化互联网络的核心部分。IPv4依然是使用最广泛的互联网协议版本，直到2011年，IPv6仍处在部署的初期。

　　IPv4在IETF于1981年9月发布的RFC 791中被描述，此RFC替换了于1980年1月发布的RFC 760。

　　IPv4是一种无连接的协议，操作在使用分组交换的链路层（如以太网）上。此协议会尽最大努力交付分组，意即它不保证任何分组均能送达目的地，也不保证所有分组均按照正确的顺序无重复地到达。这些方面是由上层的传输协议（如传输控制协议）处理的。

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IP包长

　　IP包由首部(header)和实际的数据部分组成。数据部分一般用来传送其它的协议，如TCP，UDP，ICMP等。数据部分最长可为65515字节(Byte)(=2xx16 - 1 - 最短首部长度20字节) 。一般而言，低层(链路层) 的特性会限制能支持的IP包长。例如以太网(Ethernet)协议，有一个协议参数，即所谓的最大传输单元(Maximum Transfer Unit, MTU) ，为1518字节，以太网的帧首部使用18字节，剩给整个IP包(首部+数据部分)的只有1500字节。 还有一些底层网络只能支持更短的包长。这种情况下，IP协议提供一个分割(fragment)的可选功能。长的IP包会被分割成许多短的IP包，每一个包中携带一个标志(Fragmentid)。发送方(比如一个路由器) 将长IP包分割，一个一个发送，接送方(如另一个路由器)按照相应的IP地址和分割标志将这些短IP包再组装还原成原来的长IP包。

IP路由

　　Ipv4并不区分作为网络终端的主机(host) 和网络中的中间设备如路由器中间的差别。每台电脑可以即做主机又做路由器。路由器用来联结不同的网络。所有用路由器联系起来的这些网络的总和就是互联网。 IPv4技术即适用于局域网(LAN) 也适用于广域网。一个IP包从发送方出发，到接送方收到，往往要穿过通过路由器连接的许许多多不同的网络。每个路由器都拥有如何传递IP包的知识，这些知识记录在路由表中。路由表中记录了到不同网络的路径，在这儿每个网络都被看成一个目标网络。路由表中记录由路由协议管理，可能是静态的记录比如由网络管理员写入的，也有可能是由路由协议动态的获取的。有的路由协议可以直接在IP协议上运行。

　　常用的路由协议有：

　　- 路由信息协议(Routing Information Protocol, RIP),

　　- 开放式最短路径优先协议，Open Shortest Path Fast, OSPF) ，

　　- 中介系统对中介系统协议(Intermediate System – Intermediate System, IS-IS) ,

　　- 边界网关协议(Border Gateway Protocol, BGP) . 在网络负荷很重或者出错的情况下，路由器可以将收到的IP包丢弃。在网络负荷重的时候，同样一个IP包有可能由路由器决定走了不同的路径。路由器对每一个IP包都是单独选择路由的。这也提高了IP通信的可靠性。但单是IP层上的包传输，并不能保证完全可靠。IP包可能会丢失; 可能会有重复的IP包被接受方收到; IP包可能会走不同的路径，不能保证先发的先到; 接受方收到的可能是被分割了的IP包。在IP之上再运行TCP协议则解决这些缺点提供了一个可靠的数据通路。

IP包首部格式

　　IPv4首部一般是20字节长。在以太网帧中，IPv4包首部紧跟着以太网帧首部，同时以太网帧首部中的协议类型值设置为080016。 IPv4提供不同，大部分是很少用的选项，使得IPv4包首部最长可扩展到60字节(总是4个字节4个字节的扩展) 。

IP包头字段说明

　　版本：4位，指定IP协议的版本号。 包头长度(IHL)：4位，IP协议包头的长度，指明IPv4协议包头长度的字节数包含多少个32位。由于IPv4的包头可能包含可变数量的可选项，所以这个字段可以用来确定IPv4数据报中数据部分的偏移位置。IPv4包头的最小长度是20个字节，因此IHL这个字段的最小值用十进制表示就是5 (5x4 = 20字节)。就是说，它表示的是包头的总字节数是4字节的倍数。 服务类型：定义IP协议包的处理方法，它包含如下子字段 ::过程字段：3位，设置了数据包的重要性，取值越大数据越重要，取值范围为：0（正常）~ 7（网络控制） ::延迟字段：1位，取值：0（正常）、1（期待低的延迟） ::流量字段：1位，取值：0（正常）、1（期待高的流量） ::可靠性字段：1位，取值：0（正常）、1（期待高的可靠性） ::成本字段：1位，取值：0（正常）、1（期待最小成本） ::未使用：1位 长度：IP包的总长 标识：唯一地标识主机所发送的一个数据段，通常每发送一个数据段后加一。但IP包被分割后，分割得到的IP包拥有相同的标识 标志：是一个3位的控制字段，包含： ::保留位：1位 ::不分段位：1位，取值：0（允许数据报分段）、1（数据报不能分段） ::更多段位：1位，取值：0（数据包后面没有包，该包为最后的包）、1（数据包后面有更多的包） 段偏移量：当数据段被分割时，它和更多段位（MF, More fragments）进行连接，帮助目的主机将分段的包组合。 TTL：表示数据包在网络上生存多久，每通过一个路由器该值减一，为0时将被路由器丢弃。 协议：8位，这个字段定义了IP数据报的数据部分使用的协议类型。常用的协议及其十进制数值包括ICMP(1)、TCP(6)、UDP(17)。 校验和：16位，是IPv4数据报包头的校验和。

IPv6与IPv4

　　IPv4从出生到如今几乎没什么改变的生存了下来。1983年TCP/IP协议被ARPAnet采用，直至发展到后来的互联网。那时只有几百台计算机互相联网。到1989年联网计算机数量突破10万台，并且同年出现了1.5Mbit/s的骨干网。因为IANA把大片的地址空间分配给了一些公司和研究机构，90年代初就有人担心10年内IP地址空间就会不够用，并由此导致了IPv6 的开发 。

　　IPv6与IPv4相比有以下特点和优点：

  1. 更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32,即有2^32-1个地址；而IPv6中IP地址的长度为128,即有2^128-1个地址。夸张点说就是，如果IPV6被广泛应用以后，全世界的每一粒沙子都会有相对应的一个IP地址。
  2. 更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类(Aggregation)的原则,这使得路由器能在路由表中用一条记录(Entry)表示一片子网,大大减小了路由器中路由表的长度,提高了路由器转发数据包的速度。
  3. 增强的组播(Multicast)支持以及对流的支持(Flow-control)。这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量(QoS)控制提供了良好的网络平台。
  4. 加入了对自动配置(Auto-configuration)的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络(尤其是局域网)的管理更加方便和快捷。
  5. 更高的安全性。在使用IPv6网络中，用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，这极大地增强了网络安全。

相关协议

　　IPv6、TCP、UDP、ICMP、SNMP、FTP、TELNET、SMTP、ARP、RARP、RPC、XDR、NFS

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