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1 基本概念
IP协议(Internet Protocol)：网络层协议
1.1 IP协议可能遇到的问题
- 封包损坏：在传输过程中数据发生损坏
- 丢包：在传输过程中发生数据丢失
- 重发：通过不同的路由发行了相同的数据，并且都到达目的地
- 乱序：到达目的地的数据顺序和发送的数据是不一致的 但这些问题都不在网络层解决
1.2 网络层需要解决的3个问题
- 延迟
- 吞吐量
- 丢包率
1.3 IP协议的架构
IP协议目前主要有两种架构，IPv4和IPv6，IPv4是目前应用最广泛的互联网协议。
2 IP协议的工作原理
2.1 分片(Fragmentation)
- 把数据切分成片
- 为了适配底层传输网络
2.2 增加协议头(IP Header)
IPV4协议的协议头参数：
- Type Of Service：服务的类型，是为了响应不同的用户诉求，用来选择延迟、吞吐量和丢包率之间的关系。
- IHL（Internet Header Length)：IP协议头的大小。 最大的协议头部就是60个字节
- Total Length：报文(封包datagram)的长度
- Identification：报文的ID，发送方分配，代表顺序
- Fragment offset：描述是否要分包（拆分），和如何拆分。
- Time To Live：封包存活的时间。
- Protocol：描述上层的协议，比如TCP=6,UDP=17
- Options：可选项
- Checksum：检验封包的正确性，若是被篡改或者损坏，则直接丢弃
- Source adress：源IP 32位
- Destination address：目的地IP 32位
2.3 延迟、吞吐量、丢包率
- 延迟：1bit的数据从网络的1个终端传送到另一个终端需要的时间
- 包括发送前的准备时间和发送时间
- 吞吐量：单位时间内可以传输的平均数据量。
- 丢包率：发送出去的封包没有到达目的地的比例。
Type of Service字段：低延迟，高吞吐量，低丢包率，低成本
2.4 寻址(Addressing)
- 寻址：给一个地址，然后找到这个东西
- IPv4地址(32位)：逐级寻址
2.5 路由(Routing)
- 若寻找的IP地址不在局域网中，需要路由找到去往对应网络的路径。
- IP地址和子网掩码位与的过程是由路由算法实现的。 路由算法：
- 寻找路由编号
- 根据子网掩码&去算
- 查询路由记录
- 数据转发
3 IPv6协议
3.1 背景
IPv4只能支持43亿设备，不够用。
3.2 IPv6的工作原理
IPv6和IPv4两者工作原理相似，为切片、增加封包头、路由(寻址)几个阶段。
3.3 IPv6和IPv4的主要区别
3.3.1 地址
- 地址数量：
- IPv4有4个8位，共16位，IPv6有8个16位，共128位
- 分割符号：
- IPv4的地址用 . 分割，如 103.28.7.35 。每一个是8位，用0-255的数字表示。
- IPv6的地址用 : 分割，如 0123:4567:89ab:cdef:0123:4567:89ab:cdef 。每个是一个16位的16进制数字，就是4个符。
3.3.2 寻址
全局单播
- 站点前缀（Site Prefix)：48bit，一般是由ISP（Internet Service Providor，运营商）或者RIR(Regional Internet Registry， 地区性互联网注册机构)。RIR将IP地址分配给运营商。
- 子网号（Subnet ID)：16bit，用于站点内部区分子网。
- 接口号（Interface ID)：64bit，用于站点内部区分设备。
本地单播
- 给定地址，本地网定位设备
分组多播
- 需要以8个1，也就是 ff00 开头，后面跟上一个分组的编号。
- 所在的网络中已经定义了该分组编号，而且有设备可以识别这个编号。
- 拥有分组下设备的完整清单，并把数据发送给对应的设备们。
- IPv4也支持分组多播，但需要网络配置整体配合。
3.3.3 新设备接入
新设备接入IPv6后，会使用IPv6的邻居发现协议(Neighbour Discover Protocol)为自己申请一个IP地址。当新设备需要发送信息到目的地时，还可以通过ND协议广播查询目标设备。然后如果需要路由，还可以通过ND查找路由器。
3.3.4 Ipv6的主要优势
- 解决了IP地址耗尽的问题
- 解决了网络区域、站点划分的问题。
- 协议层支持多播。Ipv6可以有专门的地址用作多播。
- 支持邻居发现协议，自动分配地址，做到了无状态接入设备。
