IP：Internet Protocol

互联网的的网络层

• 路由协议
• IP协议（数据平面的转发功能）
• ICMP协议（信令）
  
  

IP分片和重组（Fragmentation & Reassembly）

• 网络链路有MTU（max Transmission Unit 最大传输单元），链路层帧所携带的最大数据长度
  • 不同的链路类型
  • 不同的MTU
• 大的IP数据报在网络上被分片（“fragmented”）
  • 一个数据被分割成若干个小的数据报
    • 相同的ID
    • 不同的偏移量
    • 最后的分片被标记为0
  • “重组”只在最终的目标主机进行
  • IP头部的信息被用于标识，排序相关分片（分头行动）
    

IP编址：引论

• IP 地址: 32位标示，对主机或者路由器的接口编址
• 接口: 主机/路由器和物理链路的连接处
  • 路由器通常拥有多个接口 （路由器有两个级及以上的IP地址，否则无法进行网络交换）
  • 主机也有可能有多个接口
  • IP地址
• 一个IP地址和一个接口相关联
  
  IP都是一跳可达

子网（Subnets）

• IP地址：
  • 子网部分（高位bit）
  • 主机部分(地位bits)
• 什么是子网？有下面的两个特征
  • IP地址的高位部分相同（前缀相同）
  • 无需路由器介入（一跳可达）
    
    

上图有6个子网

特殊IP地址

• 一些约定：
  • 子网部分：全为0—本网络
  • 主机部分：全为0—本主机
  • 主机部分: 全为1–广播地址，这个网络的所有主机
    
    

IP 编址: CIDR

CIDR:Classless InterDomain Routing（无类域间路由）

• 子网部分可以在任意的位置
• 地址格式: a.b.c.d/x, 其中 x 是 地址中子网号的长度
  

子网掩码（Subnet mask）

转发表和转发算法

• 获取IP数据报的目标地址
• 对于转发表中的每一个表项

如何获取一个IP地址？

• DHCP：Dynamic Host Configuration Protocol从服务器中动态获取一个IP地址（动态主机配置协议）

DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol

目标: 允许主机在加入网络的时候，动态地从服务器那里获得IP地址：

• 可以更新对主机在用IP地址的租用期-租期快到了
• 重新启动时，允许重新使用以前用过的IP地址
• 支持移动用户加入到该网络（短期在网）

DHCP: 不仅仅是IP addresses

DHCP返回：

• IP地址
• 第一跳路由器的IP地址（默认网关）
• DNS服务器的域名和IP地址
• 子网掩码（指示地址部分的网络号和主机号）

如何获得一个IP地址

如何获得一个网络的子网部分？
从ISP获得地址块中分配的一小块地址块

层次编址：路由聚集（rout aggregation）

将子网前缀都发给他，然后他做一个聚集，再给下一跳。
最长前缀匹配是最精确的匹配

IP 编址: 如何获得一块地址

一个ISP如何获得一个地址块?
ICANN: Internet Corporation for Assigned
Names and Numbers

• 分配地址
• 管理DNS
• 分配域名，解决冲突

NAT：Network Address Translation（网络地址转换）

出去的时候将源地址换成机构IP地址（外网）
回来的时候将机构IP地址（外网）换成内网地址：这里就会有问题，内网不会允许随便一个外网来访问自己。

• 动机：本地网络只需要一个有效的IP地址：
  • 不需要从ISP分配一块地址，可用一个IP地址用于所有的（局域网）设备–省钱
  • 可以改变ISP（地址变化）而不需要改变内部的设备地址
  • 局域网内部的设备没有明确的地址，对外是不可见的–安全

==实现：==NAT路由器必须：
外网的IP/端口号代替内网的IP/端口号。

• 对NAT是有争议的：
  • 路由器只应该对第3层（网络层）做信息处理，而这里对端口号（4层运输层）作了处理，相当于下层改了上层的信息。
  • 违反了end-to-end 原则（复杂性放到了网络边缘）
  • 地址短缺问题可以被IPv6解决

IPv6：动机

• 初始动机: 32-bit地址空间将会被很快用完
• 另外的动机:
  • 头部格式改变帮助加速处理和转发加重了路由器的负担
    • TTL-1
    • 头部checksum
    • 分片

IPv6 数据报格式:

• 固定的40 字节头部
• 数据报传输过程中，不允许分片

和IPv4的其它变化

• Checksum: 被移除掉，降低在每一段中的处理速度
• Options: 允许，但是在头部之外, 被 “Next Header” 字段标示
• ICMPv6: ICMP的新版本
  路由器本身不做分配，通过发送ICMP向源主机发送错误报告

从IPv4到IPv6的平移

不能同时升级
将v4携带v6的分组，通过隧道传，然后将v6取出来，最后慢慢的就变成了v6。