網際網路的IP服務被定義成不可靠的、盡力而為、無連接配接分組傳遞系統。目前有兩個版本的 IP 協定在使用：
IP4 [RFC 791]
IP6 [RFC 2460;RFC 4291]
一、IPv4
1、IPv4資料報格式
首部 20 位元組
- 版本（号）——占 4 bit，指IP協定的版本，目前的 IP 協定版本号為 4 (即 IPv4)。
- 首部長度——占 4 bit，可表示的最大數值是 15 個機關(一個機關為 4 位元組)是以 IP 的首部長度的最大值是60位元組。
- 服務類型——占 8 bit，用來獲得更好的服務。（這個字段以前一直沒有被人們使用 ）
IP協定——網絡層 - 總長度——占 16 bit，指首部和資料之和的長度，機關為位元組，是以資料報的最大長度為 65535 位元組。總長度一般不超過最大傳送單元 MTU。
- 辨別、标志、片偏移——分别占 16、3、13 bit，用于IP分片功能。
- 生存時間(TTL,Time-To-Live)——占 8 bit，每經過一個路由器，該字段減1，TTL為0時，則丢棄該資料報。
-
協定——占 8 bit，字段指出此資料報攜帶的資料使用何種協定以便目的主機的 IP 層将資料部分上交給哪個處理過程
TCP—6 UDP—17
- 首部檢驗和——占 16 bit，字段隻檢驗資料報的首部不包括資料部分。
- 源位址和目的位址——各占 32 bit
- 選項——占 32 bit，允許IP首部被擴充，但是很少用。
- 資料（有效載荷）——傳遞資料。
2、IPv4資料報分片和重裝
（1）網絡鍊路有MTU (最大傳輸長度) – 最大可能的鍊路級幀
- 不同的鍊路類型及MTU
（2）在網絡中，大IP 資料報被分割(“分段”)
- 一個資料報 變為幾個資料報
- “重新裝配”僅在最後目的地
- IP首部比特用于辨別、排序相關段
IP協定——網絡層 IP協定——網絡層
3、IP編址概述
（1）IP位址: 對主機、路由器接口的32-bit 辨別符
（2）接口: 在主機/路由器和實體鍊路之間的連接配接
- 路由器通常具有多個接口
- 主機可能具有多個接口
- IP編址與每個接口相聯系
IP協定——網絡層
4、子網
（1）兩級IP位址
- 子網部分，網絡号，網絡字首
- 主機部分，主機号，可變部分
（2）子網 定義
- IP位址具有相同的子網部分的裝置接口（具有共同的IP位址字首）
- 無需通過路由器就能夠實體上互相到達
（3）判斷方法
- 為了決定子網，從其主機或路由器分離每個接口，生成孤立網絡的島。每個孤立的網絡被稱為一個子網
（4）子網的表示方法
- 子網路遮罩：用從最高位開始的連續1表示IP位址中的子網号部分
- 字首/長度：223.1.1.0/24，表示前24位為子網号部分
5、分類IP編址
（1）網絡數
- A類：27-2；B類：214 ；C類：221
- 網絡号不能為全0；127.X.X.X為循環測試保留位址
（2）主機數
- A類：224-2；B類：216-2 ；C類：28-2
- 主機号全0代表網絡本身；主機号全1代表本子網的廣播位址
（3）位址範圍（包括網絡位址本身，廣播位址，私有位址等）
- A類：1.0.0.0 ~ 127.255.255.255
- B類：128.0.0.0 ~ 191.255.255.255
- C類：192.0.0.0 ~ 223.255.255.255
- D類：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255
- E類：240.0.0.0 ~ 247.255.255.255
6、私有位址
在網際網路中不使用，僅在區域網路中使用的IP位址
- 10.X.X.X (A類)
- 172.16.0.0~172.31.255.255 (B類)
- 192.168.X.X (C類)
7、CIDR(無類域間路由)
無類型域間選路(Classless InterDomain Routing, CIDR)
- 不分類編址
- 子網為連續位址的位址塊
- 由網絡字首（如/25）确定網絡部分的比特長度
- （位址塊，主機位址）格式: a.b.c.d/x
例子：
（1）某位址塊為200.23.16.0/23，則其
子網路遮罩為：255.255.254.0 或 /23
網絡位址為：200.23.16.0 (主機比特全0)
可用主機位址為：200.23.16.1~200.23.17.254
廣播位址為：200.23.17.255 (主機比特全1)
（2）某位址塊為200.23.16.0/25，則其
子網路遮罩為：255.255.255.128 或 /25
網絡位址為：200.23.16.0
可用主機位址為：200.23.16.1~200.23.16.126
廣播位址為：200.23.16.127
8、擷取IP
（1）主機擷取IP位址
- 由系統管理者配置靜态位址
- 動态主機配置協定(Dynamic Host Configuration Protocol DHCP): 動态地從伺服器得到位址（“即插即用” ）
DHCP 伺服器發現： 0.0.0.0——>255.255.255.255
DHCP 伺服器提供： a.b.c.d——>255.255.255.255
DHCP 請求
DHCP ACK
（2）網絡得到IP位址的子網部分
- 從它的ISP的位址空間得到配置設定的部分
ISP's block 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/20
Organization 0 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/23
Organization 1 11001000 00010111 00010010 00000000 200.23.18.0/23
Organization 2 11001000 00010111 00010100 00000000 200.23.20.0/23
... ….. …. ….
Organization 7 11001000 00010111 00011110 00000000 200.23.30.0/23
9、等級編址
（1）路由聚合（route aggregation）
（2）ISPs-R-Us
二、網絡位址轉換NAT
NAT技術（位址代理技術），提供内部私有位址與共有位址的轉換，支援内網與公網的通信
（1）16-bit 端口号字段
- 用一個LAN側位址支援60,000 并行連接配接!
（2）NAT 引起争議
- 路由器的處理上升為第三層
- 違反了端到端原則：應用設計者必須要考慮 NAT可能性，如 P2P應用程式
- 位址短缺應當由IPv6來解決
IP協定——網絡層
三、ICMP
1、網際網路控制封包協定——ICMP
（1）IP網絡是盡力而為（不可靠）的，ICMP通過差錯封包和詢問封包來輔助IP網絡的功能
（2）由主機和路由器用于網絡級資訊的通信
- 差錯報告：不可達主機，網絡，端口, 協定
- 回聲請求/回答 (由 ping使用)
（3）與IP的關系:
２、tracerroute使用ICMP停止規則
（1）UDP段最終到達目的地主機
（2）目的地傳回ICMP “端口不可達”分組
（3）當源得到該ICMP, 停止
四、IPv6
1、初始動機: 32bit位址空間耗盡
2、 IPv6的特點:
- 大位址空間，位址128bit
- 更簡潔的封包頭， 首部 40 位元組
- 更好的QoS支援
- 更好的安全性
3、IPv6資料報格式
- 版本（号）——占 4 bit，指IP協定的版本，目前的 IP 協定版本号為 6 (即 IPv6)。
- 流量類型——占 8 bit。
- 流标簽——占 20 bit，辨別一條資料報的流，能夠給某些資料報給出優先權。
- 有效載荷長度——占 16 bit，無符号整數，給出40位元組首部後面的位元組數量。
- 跳限制——占 8 bit，轉發資料報的每台路由器将對該字段的内容減 1。如果跳限制計數到達 0，則将該資料報丢棄。
- 源位址和目的位址——各占 128 bit。
- 資料（有效載荷）——傳遞資料。