學習筆記-IP

重點紀要

IP協議筆記  IP（Internet Protocol)

IP地址（IP address）

子網掩碼（subnet mask）

IP路由（IP router）

IP 5類范圍

A類 1-26

B類 128-191

C類 192-223

D類 224-239組播（多播）

E類 240-254科研

子網掩碼ABC類型IP默認子網掩碼

A類 255.0.0.0

B類 255.255.0.0

C累 255.255.255.0

IP地址網段

A類 10.0.0.1-10.255.255.254

B類 172.16.0.1-172.16.31.254

C類 192.168.0.1-192.168.255.254

名字  地址范圍      地址數量        有類別的描述     最大的CIDR地址塊

24位塊 10.0.0.0–10.255.255.255 16,777,216 一個A類                10.0.0.0/8

20位塊 172.16.0.0–172.31.255.255 1,048,576 連續的16個B類        172.16.0.0/12

16位塊 192.168.0.0–192.168.255.255 65,536        連續的256個C類        192.168.0.0/16

7 應用層

application layer 例如HTTP、SMTP、SNMP、FTP、Telnet、SIP、SSH、NFS、RTSP、XMPP、Whois、ENRP

6 表示層

presentation layer 例如XDR、ASN.1、SMB、AFP、NCP

5 會話層

session layer 例如ASAP、SSH、ISO 8327 / CCITT X.225、RPC、NetBIOS、ASP、Winsock、BSD sockets

4 傳輸層

transport layer 例如TCP、UDP、TLS、RTP、SCTP、SPX、ATP、IL

3 網絡層

network layer 例如IP、ICMP、IGMP、IPX、BGP、OSPF、RIP、IGRP、EIGRP、ARP、RARP、X.25

2 數據鏈路層

data link layer 例如以太網、令牌環、HDLC、幀中繼、ISDN、ATM、IEEE 802.11、FDDI、PPP

1 物理層

physical layer 例如線路、無線電、光纖

IPv6編址

IPv6具有比IPv4大得多的編碼地址空間。這是因為IPv6采用了128位的地址，而IPv4使用的是32位。因此新增的地址空間支持2128（約3.4 ×1038）個地址，具體數量為340,282,366,920,938,463,463,374,607,431,768,211,456 個，也可以說成1632個，因為32位地址每位可以取16個不同的值。

網絡地址轉換是目前減緩IPv4地址耗盡最有效的方式，而IPv6的地址消除了對他的依賴，被認為足夠在可以預測的未來使用。就以地球人口70億人計算，每人平均可分得約4.86×1028（486117667*1020）個IPv6地址。

IPv6從IPv4到IPv6最顯著的變化就是網絡地址的長度。RFC 2373和RFC 2374定義的IPv6地址有128位長；IPv6地址的表達形式一般采用32個十六進制數。

在很多場合，IPv6地址由兩個邏輯部分組成：一個64位的網絡前綴和一個64位的主機地址，主機地址通常根據物理地址自動生成，叫做EUI-64（或者64-位擴展唯一標識）

IPv6格式

IPv6二進位制下為128位長度，以16位為一組，每組以冒號“:”隔開，可以分為8組，每組以4位十六進制方式表示。例如：2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344 是一個合法的IPv6地址。

同時IPv6在某些條件下可以省略：

每項數字前導的0可以省略，省略后前導數字仍是0則繼續，例如下組IPv6是相等的。

2001:0DB8:02de:0000:0000:0000:0000:0e13

2001:DB8:2de:0000:0000:0000:0000:e13

2001:DB8:2de:000:000:000:000:e13

2001:DB8:2de:00:00:00:00:e13

2001:DB8:2de:0:0:0:0:e13

可以用雙冒號“::”表示一組0或多組連續的0，但只能出現一次：

如果四組數字都是零，可以被省略。遵照以上省略規則，下面這兩組IPv6都是相等的。

2001:DB8:2de:0:0:0:0:e13

2001:DB8:2de::e13

2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab

2001:0DB8:0000:0000:0000::1428:57ab

2001:0DB8:0:0:0:0:1428:57ab

2001:0DB8:0::0:1428:57ab

2001:0DB8::1428:57ab

2001::25de::cade 是非法的，因為雙冒號出現了兩次。它有可能是下種情形之一，造成無法推斷。

2001:0000:0000:0000:0000:25de:0000:cade

2001:0000:0000:0000:25de:0000:0000:cade

2001:0000:0000:25de:0000:0000:0000:cade

2001:0000:25de:0000:0000:0000:0000:cade

如果這個地址實際上是IPv4的地址，后32位可以用10進制數表示；因此::ffff:192.168.89.9 相等于::ffff:c0a8:5909，但不等于::192.168.89.9 和::c0a8:5909。

另外，::ffff:1.2.3.4 格式叫做IPv4映射地址。而::1.2.3.4 格式叫做IPv4一致地址，目前已被取消。

IPv4位址可以很容易的轉化為IPv6格式。舉例來說，如果IPv4的一個地址為135.75.43.52（十六進制為0x874B2B34），它可以被轉化為0000:0000:0000:0000:0000:ffff:874B:2B34 或者::ffff:874B:2B34。同時，還可以使用混合符號（IPv4-compatible address），則地址可以為::ffff:135.75.43.52。

IPv6地址的分類

IPv6地址可分為三種：[8]

單播（unicast）地址

單播地址標示一個網絡接口。協議會把送往地址的數據包投送給其接口。IPv6的單播地址可以有一個代表特殊地址名字的范疇，如link-local地址和唯一區域地址（ULA，unique local address）。單播地址包括可聚類的全球單播地址、鏈路本地地址等。

任播（anycast）地址

Anycast是IPv6特有的數據發送方式，它像是IPv4的Unicast（單點傳播）與Broadcast（多點廣播）的綜合。IPv4支持單點傳播和多點廣播，單點廣播在來源和目的地間直接進行通信；多點廣播存在于單一來源和多個目的地進行通信。

而Anycast則在以上兩者之間，它像多點廣播（Broadcast）一樣，會有一組接收節點的地址欄表，但指定為Anycast的數據包，只會發送給距離最近或發送成本最低（根據路由表來判斷）的其中一個接收地址，當該接收地址收到數據包并進行回應，且加入后續的傳輸。該接收列表的其他節點，會知道某個節點地址已經回應了，它們就不再加入后續的傳輸作業。

以目前的應用為例，Anycast地址只能分配給路由器，不能分配給電腦使用，而且不能作為發送端的地址。

多播（multicast）地址

多播地址也稱組播地址。多播地址也被指定到一群不同的接口，送到多播地址的數據包會被發送到所有的地址。多播地址由皆為一的字節起始，亦即：它們的前置為FF00::/8。其第二個字節的最后四個比特用以標明"范疇"。

一般有node-local(0x1)、link-local(0x2)、site-local(0x5)、organization-local(0x8)和global(0xE)。多播地址中的最低112位會組成多播組群識別碼，不過因為傳統方法是從MAC地址產生，故只有組群識別碼中的最低32位有使用。定義過的組群識別碼有用于所有節點的多播地址0x1和用于所有路由器的0x2。

另一個多播組群的地址為"solicited-node多播地址"，是由前置FF02::1:FF00:0/104和剩余的組群識別碼（最低24位）所組成。這些地址允許經由鄰居發現協議（NDP，Neighbor Discovery Protocol）來解譯鏈接層地址，因而不用干擾到在區網內的所有節點。

特殊地址

IANA維護官方的IPv6地址空間列表[9]。全域的單播地址的分配可在各個區域互聯網注冊管理機構或（英文）GRH DFP pages找到。

IPv6中有些地址是有特殊含義的：

未指定地址

::/128－所有比特皆為零的地址稱作未指定地址。這個地址不可指定給某個網絡接口，并且只有在主機尚未知道其來源IP時，才會用于軟件中。路由器不可轉送包含未指定地址的數據包。

鏈路本地地址

::1/128－是一種單播繞回地址。如果一個應用程序將數據包送到此地址，IPv6堆棧會轉送這些數據包繞回到同樣的虛擬接口（相當于IPv4中的127.0.0.1/8）。

fe80::/10－這些鏈路本地地址指明，這些地址只在區域連接中是合法的，這有點類似于IPv4中的169.254.0.0/16。

唯一區域位域

fc00::/7－唯一區域地址（ULA，unique local address）只可在一群網站中遶送。這定義在RFC 4193中，是用來替換站點本地位域。這地址包含一個40比特的偽隨機數，以減少當網站合并或數據包誤傳到網絡時碰撞的風險。這些地址除了只能用于區域外，還具備全域性的范疇，這點違反了唯一區域位域所替換的站點本地地址的定義。

多播地址

ff00::/8－這個前置表明定義在"IP Version 6 Addressing Architecture"（RFC 4291）中的多播地址[10]。其中，有些地址已用于指定特殊協議，如ff0X::101對應所有區域的NTP服務器（RFC 2375）。

請求節點多播地址（Solicited-node multicast address）

ff02::1:FFXX:XXXX－XX:XXXX為相對應的單播或任播地址中的三個最低的字節。

IPv4轉譯地址

::ffff:x.x.x.x/96－用于IPv4映射地址。（參見以下的轉換機制）。

2001::/32－用于Teredo隧道。

2002::/16－用于6to4。

ORCHID

2001:10::/28－ORCHID (Overlay Routable Cryptographic Hash Identifiers)（RFC 4843）。這些是不可遶送的IPv6地址，用于加密散列識別。

文件

2001:db8::/32－這前置用于文件（RFC 3849）。這些地址應用于IPV6地址的示例中，或描述網絡架構。

遭舍棄或刪除的用法

::/96－這個前置曾用于IPv4兼容地址，現已刪除。

fec0::/10－這個站點本地前置指明這地址只在組織內合法。它已在2004年9月的RFC3879中舍棄，并且新系統不應該支持這類型的地址。

IPv6數據包

IPv6數據包的架構說明。

IPv6數據包由兩個主要部分組成：頭部和負載。

包頭是包的前64比特并且包含有源和目的地址，協議版本，通信類別（8位，包優先級），流標記（20比特，QoS服務質量控制），分組長度（16位），下一個頭部（用于入棧解碼，類似IPv4中的協議號），和跳段數限制（8位，生存時間，相當于IPv4中的TTL）。后面是負載。MTU至少1280字節長，在常見的以太網環境中為1500字節。負載在標準模式下最大可為65535字節，如果擴展報頭設置了"jumbo payload"選項，則長度值被置為0。

IPv6曾有兩個有著細微差別的版本；在RFC 1883中定義的原始版本（現在廢棄）和RFC 2460中描述的現在提議的標準版本。兩者主要在通信類別這個選項上有所不同，它的位數由4位變為了8位。其他的區別都是微不足道的。

分段（Fragmentation）只在IPv6的主機中被處理。在IPv6中，可選項都被從標準頭部中移出并在協議字段中指定，類似于IPv4的協議字段功能。