什么是 Internet 协议?

Internet 协议(IP)是在 Internet 上寻址和路由数据的一系列要求。IP 可与多种传输协议搭配使用,包括 TCP 和 UDP 在内。

学习目标

阅读本文后,您将能够:

  • 定义 Internet 协议(IP)
  • 说明如何使用 IP 确保数据到达正确的位置
  • 探索 TCP/IP 和 UDP/IP 之间的区别

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什么是 Internet 协议(IP)?

互联网协议 (IP) 是一种协议或一组规则,用于对数据包进行路由和寻址,以便它们可以跨网络传输并到达正确的目的地。互联网上传输的数据会被切分为较小的碎片,称之为数据包。每个数据包上会附加相应的 IP 信息,它有助于路由器将数据包发送到正确的位置。每个已连接互联网的设备或会获得一个分配的 IP 地址,并且当数据包定向到与之关联的 IP 地址时,数据便能够到达预期的位置。

数据包到达目的地后,将根据与 IP 结合使用的传输协议对数据包进行不同的处理。最常见的传输协议是 TCP 和 UDP。

什么是网络协议?

在网络连接中,协议是指执行某些操作和设置数据格式的标准化方法,以便两个或更多个设备能够相互理解和相互通信。

若要了解为什么需要协议,不妨想一下邮寄信件的过程。信封上按照以下顺序书写地址:邮政编码、州/省、城市、街道地址和姓名。如果放入邮箱的信封上姓名写在最前面,然后接上街道地址和州/省等,邮局可能不会投递这封信。书写地址有一套公认的规范,以方便邮政系统正常工作。同样,所有 IP 数据包都必须以一定的顺序出示特定的信息,并且所有 IP 地址都要遵循标准化的格式。

什么是 IP 地址?IP 寻址如何工作?

IP 地址是分配给连入互联网的设备或域的唯一标识符。每个 IP 地址都是一个字符序列,如 192.168.1.1。DNS 解析器将人类可读的域名转换为 IP 地址,这样用户便能访问网站,而无需记住这种复杂的字符序列。每个 IP 数据包都同时包含发送数据包的设备或域的 IP 地址以及预期接收方的 IP 地址,这与一封邮件中同时包含目的地地址和回邮地址一样。

IP 地址使数据包到达其目的地

IPv4 与 IPv6 对比

第四版 IP(简称 IPv4)于 1983 年推出。但是,就如汽车车牌号的排列组合数量有限,必须定期重新格式化一样,可用 IPv4 地址的供应也已枯竭。IPv6 地址具有更多的字符,因此排列组合也更多。但是,IPv6 尚未全面采用,而且大多数域和设备仍然具有 IPv4 地址。有关 IPv4 和 IPv6 的更多信息,请参见我的 IP 地址是什么?

什么是 IP 数据包?

在发送数据包前,每个数据包上会添加一个 IP 标头,以此形成 IP 数据包。简单来说,IP 标头是一系列位(一和零),记录与数据包相关的几段信息,如发送方和接收方 IP 地址等。IP 标头也报告以下信息:

  • 标头长度
  • 数据包长度
  • 生存时间 (TTL),或数据包在丢弃前可以经过的网络跃点数
  • 使用了哪一种传输协议(如 TCP 或 UDP 等)

IPv4 标头中总共有 14 个信息字段,但其中之一是可选的。

IP 路由如何工作?

互联网由相互连接的大型网络组成;这些大型网络各自负责某些 IP 地址块,它们称为自治系统 (AS)。在包括 BGP 在内的各种路由协议的帮助下,根据目标 IP 地址来跨 AS 路由数据包。路由器具有路由表,指示数据包应经过哪个 AS,从而能尽快到达所需目的地。数据包从一个 AS 传播到另一个,直到到达声称对目标 IP 地址负责的 AS 为止。然后,该 AS 在内部将数据包路由到目的地。

协议在 OSI 模型的不同层附加数据包标头:

协议在 OSI 模型的不同层附加数据包标头

如有需要,数据包可以通过不同的路由到达同一位置,就像一群开车驶向约定地点的人可以沿着不同道路到达目的地一样。

什么是 TCP/IP?

传输控制协议 (TCP) 是一种传输协议,即它将指示数据的发送和接收方式。TCP 标头包含在每个使用 TCP/IP 的数据包的数据部分中。在传输数据之前,TCP 打开与接收方的连接。一旦传输开始,TCP 会确保所有数据包按顺序到达。接收方将通过 TCP 确认接收到每一个到达的数据包。如果未确认接收,则再次发送缺失的数据包。

TCP 的设计宗旨是可靠性,而不是速度。因为 TCP 必须确保所有数据包都按顺序到达,所以在缺失部分数据包时,通过 TCP/IP 加载数据可能会花费更久时间。

TCP 和 IP 最初设计为两者一同使用,而这通常称为 TCP/IP 套件。不过,也有其他传输协议可与 IP 搭配使用。

什么是 UDP/IP?

User Datagram Protocol 或 UDP 是另一种广泛使用的传输协议。它的速度比 TCP 快,但可靠性有所降低。UDP 不能确保所有数据包都按顺序传送,而且也不会在开始或接收传输之前建立连接。

网络交换机指的是IP地址吗?

网络交换机是一种在 局域网(LAN)内转发数据包的设备,。 大多数网络交换机工作在第二层,即数据链路层,而不是第三层,即网络层,因此使用MAC地址而不是IP地址来转发数据包。 要了解更多信息,请参阅 什么是网络交换机?